24. Сульфидтік мыс-никельдік концентраттарды шахталық пештерде балқыту.

Сульфидті никель кендерін штейнге балқытудың шикізаты бай никель кені, никельді немесе мысты-ниельді концентраттар болады. Мұндай шикізатты шахталы пештерде жартылай пиритті әдіспен, шарпымалы немесе электр пештерінде және кез-келген автогендік әдіспен балқытуға болады. Шахталы пештер қазір өзінің бұрынғы маңызын жоғалтты, Кагадада тек бір зауытта ғана сақталған.

Сульфидті мысты-никельді кендері мен концентраттарының екі ерекшелігі бар. Біріншісі кеннің сульфидтік бөлігінің құрамының ерекшелігі, ал екіншісі жыныстың қиынбалқығыштығы.

Кеннің сульфидті бөлігінің ерекшелігі мысты-никельді кендердің сульфидті минералдары аз мөлшерде күкірт бөліп диссоциацияланады. Олардың жарықшақтануы (растрескивание) нашар. Мысты-никельді кендердің сульфидті бөлігіндегі пирротин қиын тотығады. Сондықтан сульфидті сысты-никельді кендер мен концентраттарды шахталы балқытқанда күкіртсіздену шамасы көп емес, шикі кендерді балқытқанда 40-50%, ао агломератты балқытқанда 30-35% құрайды. Осының салдарынан сульфидті мысты-никельді кендерді балқытқанда кедей штейн алынады.

Сульфидтердің тотығу процесінің жылуы жалпы жылу балансының 15% құрайды. Сондықтан балқыту кезінде көп кокс қажет болады, оның шығыны шикіқұрам массасының 30% құрайды.

Сульфидті мысты-никельді кендердің бос тау жынысы айтарлықтай дәрежеде көпмагнезиалды силикаттардан тұрады. Олардың балқу температурасы 1400-1550⁰С шамасында. Сонымен қатар кеннің сульфидті бөлігінің балқу температурасы өте төмен, 800⁰С шамасында. Жартылай пиритті балқыту кезінде бос тау жынысы балқымайды, ол түзілген қожда баяу ериді. Кенде бос тау жынысы көп, ал күкіртсіздену дәрежесі аз болса, түзілген жеңіл балқитын қождың (2FeO·SiO₂) қиын балқитын бос тау жынысын ерітуге жетпеуі мүмкін. Соңғысы пеште жиналып, оны қатырып тастауы мүмкін. Сондықтан пештің дұрыс жұмыс істеуі үшін шикіқұрамға, балқып көрікке аққанда қиын балқитын силикатты магнезиалды бос тау жынысын ерітетін, жеңіл балқитын компоненттер қосу қажет. Арзан, жеңіл балқитын компонент конвертер қожы. Тәжрибе сульфидті мысты-никельді кендерде бос тау жынысы 10% -дан артық болса балқытуды жүргізу мүмкін емес екенін көрсетті. Бұл жағдайда пеште қиын балқитын бос тау жынысы қатып қалады. Шикіқұрамға қосылатын конвертер қожы 15 тен 45%-ға дейін болу керек.

Пештің жоғарғы жағында кен қыздырылады да, ылғалдан айырылады. Шикіқұрам қызған сайын жоғары сульфидтер (2.53), (2.54) және (2.55) реакциялары бойынша термиялық ыдырай бастайды.

Реакциялардың нәтижесінде бөлінген күкірт пешке ұрленген ауадағы оттегімен тотығады:

S₂ + 2O₂ = 2SO₂ (2.57)

Пештің төменірек зонасында сульфидтердің тотығуы басталады, бірінші кезекте, (2.56) реакция бойынша, күкіртті темір.

Темір сульфидімен қатар мыс және никель сульфидтері де тотығады:

Ni₃S₂ + 3,5O₂ = 3NiO + 2SO₂ (2.58)

2Cu₂S + 3O₂ = 2Cu₂O + 2SO₂ (2.59)

Бірақ мыс және никель оксидтерінің күкіртті темірмен әрекеттесуі салдарынан:

FeS + NiO = NiS + FeO (2.60)

FeS + Cu₂O = Cu₂S + FeO (2.61)

Никель мен мыс қайтадан толығымен сульфидке айналады.

Нәтижесінде балқу зонасынан төмен көрікте балқыған қож бен тотықпаған темір, никель және кобальттың сульфидтері жиналады. Сульфидтер бір-бірінде еріп, мысты-никельді штейн түзеді. Бұл штейнде фурманың маңында темір оксидінің (П) тотығуынан түзілген темір ферриттері ериді. Штейннің балқу температурасы 1150-1200⁰С.

Мысты-никельді штейндерде күкірттің орташа мөдшері 25%, оларға Мостович ережесін қолдануға болады. Басқа металдардың штейнлегі мөлшері: Ni – 0,1-03%; Cu – 0,08-0,25%; Co – 0,035-0,092%; SiO₂ – 31-42%; FeO – 33-43%; CaO – 5,0-9,0%; Al₂O₃ – 5-10%. Әдетте қожда SiO₂ 36%-дан кем болмауын, ал MgO 12%-дан көп болмауын қадағалайды. Шығарылатын қождың температурасы 1250-1350⁰С.

Сульфидті мысты-никельді кендерді шахталы балқытудың газдарының құрамында SO₂ аз (0,2-1,0%), ал СО₂ (4,0-8,0%) көп болады. Бұл күкіртсізденудің аз, кокс шығынының көп болуымен түсіндіріледі.

Шахталы пештен тозаң шығуы 1,0-3,0%.

Балқыту процесі кезінде металдардың шығымы: Ni – 83-93%, Cu – 84–95%, Со – 45-70%.

Сульфидті никель кендерін балқытуда қолданылатын пештердің сульфидті мыс кендерін жартылай пиритті балқытуда қолданылатын пештерден айырмашылығы жоқ.