§4. Получение никеля

ИЗ СУЛЬФИДНЫХ МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ РУД

Никель из сульфидных медно-никелевых руд получают по тех­нологии, сходной с технологией пирометаллургического про­изводства меди из медных сульфидных руд. При этом допол­нительно после получения медно-никелевого штейна произво­дят разделение содержащихся в нем никеля и меди. Техноло­гия включает стадии: подготовка руд, плавка на штейн, конвертирование штейна с получением медно-никелевого файнштейна, разделение никеля и меди файнштейна, окисли­тельный обжиг никелевого концентрата с получением NiO, восстановительная плавка монооксида никеля с получением никелевых анодов, электролитическое рафинирование никеля.

Подготовка руд. Богатые руды с содержанием > 1,5 % Ni плавят без обогащения, а остальные руды подвергают обога­щению методом флотации. Далее медно-никелевый концентрат подвергают окускованию путем агломерации или окомкования, включающего окислительный обжиг.

Плавка на штейн. Выплавку медно-никелевого штейна в разных странах производят в шахтных, отражательных и руднотермических печах; начинают также применять автоген­ные процессы. В нашей стране штейн из сульфидных медно-никелевых руд выплавляют в основном в дуговых руднотерми­ческих печах. Печи закрытые, прямоугольной формы с пло­щадью пода 58—168 м² и тремя или шестью расположенными в линию самоспекающимися электродами; в печи протекают те же процессы, что и при выплавке в подобных печах медного штейна (см. п. 2 § 3 2-ой главы).

Выпуск штейна и шлака из печи производят раздельно че­рез шпуры. Штейн обычно содержит, %: Ni 7—16; Си 7—12; Со 0,3—0,5; Fe 47—55; S 23—27; никель и медь находятся в штейне в виде Ni₃S₂, Cu₂S и немного в виде металлической фазы.

Конвертирование медно-никелевого штейна — его продувку воздухом — осуществляют в горизонтальных конвертерах вместимостью 70—100 т, схожих с конвертерами для конвер­тирования медных штейнов (см. рис. 241).

В процессе продувки окисляется сульфид железа FeS с образованием S0₂ и FeO, последний оксид ошлаковывается добавляемым в конвертер кварцем (Si0₂). Продувку заканчи­вают после получения файнштейна, содержащего, %: Ni 35— 42; Си 25-30; Со 0,7-1,3; Fe 3-4; S 23-24. Он содержит также металлы платиновой группы и немного других ценных элементов (Au, Ag, Те, Se). Для того, чтобы предотвратить окисление кобальта, продувку заканчивают тогда, когда в штейне еще остается немного железа (железо обладает боль­шим химическим сродством к кислороду и в присутствии же­леза кобальт почти не окисляется). Никель и медь в файн-штейне находятся в виде тех же фаз, что и в исходном штейне.

Разделение никеля и меди, содержащихся в файнштейне, наиболее часто осуществляют флотационным способом. Пред­назначенный для флотации штейн подвергают очень медлен­ному охлаждению и кристаллизации (в течение 40—80 ч), в

726

727

этом случае в затвердевшем штейне формируются обособлен­ные кристаллы Ni₃S₂, Cu₂S и металлического сплава, что облегчает разделение этих фаз. Затем файнштейн измельчают и подвергают флотации в сильно щелочной среде. Вместе с пеной всплывает медный концентрат, содержащий 68—73% Си, его направляют в медноое производство. В осадке ("хвос­тах" флотации) остается никелевый концентрат, включающий металлическую фазу файнштейна. Он содержит, %: Ni 68—72; Си 3-4; Со до 1; Fe 2-3; S 22-23 и большую часть ценных элементов файнштейна.

Окислительный обжиг никелевого концентрата. Флотацион­ные никелевые концентраты подвергают окислительному обжи­гу с целью получения NiO. Обжиг ведут в печах кипящего слоя, схожих с показанной на рис. 243; процесс является автогенным, воздух" иногда обогащают кислородом, поддержи­вая температуру процесса в пределах 1100—1200 °С. Основ­ными реакциями являются окисление никеля и серы сульфида Ni₃S₂ и образование при этом NiO и S0₂.

Горячий оксид никеля (огарок) из печи кипящего слоя выпускают в трубчатый реактор, куда добавляют кокс, обес­печивающий восстановление части NiO, что уменьшает расход электроэнергии при последующей плавке на черновой никель.

Восстановительная плавка монооксида никеля. Монооксид никеля подвергают восстановительной плавке по технологии, близкой к переработке никелевого файнштейна на огневой никель (см. § 3) с тем отличием, что в печи не наводят шлак для удаления в него серы. Полученный в печи жидкий черновой никель разливают на карусельной разливочной ма­шине в плоские слитки — аноды массой ~ 300 кг. Анодный никель сожержит 88-92 % Ni и 11-17 видов примесей (эле­менты, содержавшиеся в файнштейне, и некоторые оксиды и сульфиды).

Электролитическое рафинирование никеля. Цель электро­литического рафинирования — получение из анодов катодного никеля чистотой * 99,93 % и попутное извлечение ценных примесей— Со, Au, Ag, Se, Те, Си и платиноидов. Отделе­ние никеля от примесей электролизом труднее, чем отделе­ние меди, поскольку никель является электроотрицательным элементом и на катоде, без принятия специальных мер, наряду с ним будут разряжаться (осаждаться) Си, Fe, Co, Zn и Н₂.

Электролиз ведут в ваннах ящичного типа, облицованных кислотоупорными материалами. В ваннах попеременно навеши­вают аноды чернового никеля и катоды из чистого никеля. Чтобы исключить осаждение на катоде других элементов, каждый катод помещают в мешок (диафрагму) из синтетичес­ких тканей, пропускающих электролит, его составляют из сульфатов никеля и натрия, хлорида никеля и добавки бор­ной кислоты.

Процесс электролиза заключается в растворении анода и осаждении никеля на катоде. Из анода в электролит пере­ходят примеси никеля, поэтому этот загрязненный электро­лит (анолит) непрерыно выводят из ванны и очищают от ме­ди, железа, кобальта и других примесей, после чего чистый электролит (католит) заливают в диафрагмы. Уровень като-лита в диафрагме (мешке) поддерживают на 30—40 мм выше уровня электролита во всей ванне, поэтому католит под действием ферростатического давления проходит через поры диафрагмы в ванну, не позволяя тем самым проникать загрязненному анолиту в катодное пространство.

Растворение анодов длится 15—22 сут, наращивание като­дов 2-4 сут, расход электроэнергии равен 2400— 3300 кВт • ч на 1т никеля. Благородные металлы и другие нерастворимые примеси выпадают в ванне в шлам, из которо­го затем извлекают ценные элементы.

Получаемый катодный никель содержит более 99,93— 99,99% Ni.

Г л а в а 4. МЕТАЛЛУРГИЯ АЛЮМИНИЯ