Переработка никелевого файнштейна на огневой никель

Технология получения огневого никеля из файнштейна включает две стадии окислительного обжига (с промежуточным обезмеживанием огарка) и восстановительную плавку оксида никеля на металл.

Цель окислительного обжига файнштейна - удаление из него серы до содержания менее 0,02 % и перевод никеля в NiO.

Глубокое удаление серы требует высоких температур, а сульфид никеля Ni₃S₂ легкоплавок (t_пл = 788 ^оС). Это и вынуждает проводить окисление файнштейна в две стадии. Вначале обжиг проводят в печах КС с целью удаления серы до 1-1,5%. Для повышения тугоплавкости шихты измельченный файнштейн смешивают с оборотной (оксидной) пылью. Это вместе с разобщенностью частиц, витающих в КС, позволяет вести первую стадию при 950-1000 ^оС Окисление файнштейна протекает по реакции

2Ni₃S₂ +70₂ → 6NiO + 4SO₂.

Печи КС с площадью пода 7-8м² для первой стадии обжига никелевого файнштейна имеют ряд конструктивных особенностей. Они, во-первых, имеют увеличенный диаметр вверху, что снижает скорость газов на выходе из печи и уменьшает пылевынос богатого никелем огарка. Кроме того, разгрузка огарка проводится не через сливной порог, а с уровня пода и регулируется стопорным или дисковым затвором.

К горячему огарку(700-800^оС) по выходе из печи подмешивают 10-15 % природного сильвинита (NaCl, КС1) и смесь подвергают сульфатхлорирующему обжигу в трубчатом реакторе-холодильнике. Процесс идет за счет физической теплоты огарка. При обжиге хлористый натрий разлагается по реакции:

2NaCl+S0₂+0₂=Na₂SO₄+Cl₂.

Продукты этой реакции способствуют переводу меди в форму водорастворимых хлоридов и сульфатов. Никель и кобальт при этом остаются в оксидном состоянии.

Из реактора огарок направляют на обезмеживание, заключающееся в выщелачивании меди горячей подкисленной водой методом просачивания. После выщелачивания огарок с остаточным содержанием 0,3-0,4 % Си направляют на окончательный обжиг в трубчатую вращающуюся печь. Печь отапливается природным газом или мазутом, которые с цепью создания в печи окислительной атмосферы сжигают с большим избытком воздуха.

Огарок из бункера питателем подается в хвостовую часть печи с температурой 800 ^оС. Далее он движется навстречу топочным газам, содержащим 8-10% кислорода и нагретым до 1200-1300 ^оС. Высокая температура и присутствие в газах кислорода приводят к почти полному окислению серы (до 0,02 % и менее). Расход топлива . на второй обжиг достигает 40 % от массы огарка. Полученный в трубчатых печах оксид никеля (огарок) в среднем содержит, %: Ni 78; Си 0,4; Со 0,4-0,5; Fe 0,3-0,4.

Из обжиговой печи оксид никеля с температурой 900-1000^оС по течке ссыпается в трубчатый реактор, куда вводят также 4-8 % нефтяного кокса. За счет физической теплоты огарка в холодильнике по реакции NiO + С = Ni + СО оксид никеля частично (до 40-50 %) восстанавливается и из реактора выходит металлизированный огарок с содержанием 82-86 % Ni, что ускоряет и удешевляет его дальнейшую переработку в электропечах.

Процесс восстановительной электроплавки осуществляют в дуговых электрических печах за счет теплоты, выделяющейся при горении дуги между угольными (графитовыми) электродами и металлом. Для получения никеля из окисленных руд применяют трехэлектродные круглые печи вместимостью 4,5-10т.

Технологический процесс электроплавки оксида никеля состоит из ряда операций:

1) шихтовки оксида никеля с восстановителем;

2) загрузки шихты и ее расплавления;

3) доводки металла;

4) выпуска и грануляции никеля.

Во время приготовления шихты оксид никеля смешивают в заданной пропорции с твердым восстановителем, чаще всего нефтяным коксом, содержащим 0,2-0,5 % S.

При расплавлении шихты происходит восстановление оксида никеля до металла и одновременно его науглероживание за счет растворения углерода и образующегося карбида Ni₃С. При содержании ~ 2,2 % С температура плавления металла снижается до 1315^оС. Это сокращает время расплавления шихты и снижает расход электроэнергии.

В конце плавки избыток углерода удаляют путем доводки металла забрасыванием в печь оксида никеля. При этом происходит взаимодействие карбида никеля с NiO по реакции Ni₃C⁺ + 2NiO→5Ni + C0₂.

При доводке с целью предотвращения вторичного окисления никеля кислородом печной атмосферы в печи наводят известковый шлак. Этот шлак позволяет также очистить металл от серы за счет взаимодействия по реакции

Ni₃S₂ + 2СаО + 2С = 3Ni + 2CaS + 2СО.

Образующийся сульфид кальция не растворяется в никеле и переходит в шлак. После снятия шлака металл разливают, наклоняя печь в сторону разливочного желоба.

Готовый металл льют в грануляционные бассейны с проточной холодной водой, на дне которых установлена дырчатая металлическая корзина. Полученные гранулы никеля извлекают из бассейна, сушат, упаковывают в фанерные бочки и отправляют потребителю.

Огневой никель по ГОСТ 849 - 70 должен содержать суммарно никеля и кобальта не менее 98,6 % (Н-3) и кобальта не более 0,7 %.

Рассмотренная технологическая схема хорошо освоена на практике. Это, пожалуй, ее единственное достоинство. Главные ее недостатки заключаются в сложности (многостадийности) технологии, высоком расходе дорогостоящего и дефицитного кокса, низком извлечении никеля и особенно кобальта и, наконец, к полной потере всего железа руды.