Производство ферроникеля

Устранение большинства недостатков традиционной технологии переработки окисленных никелевых руд достигается при их переработке на ферроникель - сплав железа с никелем, в который переходит и кобальт. Этот способ в последние годы получает все большее распространение и относится к восстановительным процессам.

При плавке на ферроникель достигается значительное упрощение технологической схемы переработки окисленных никелевых руд, существенное повышение извлечения никеля и кобальта, улучшение использования вещественного состава руды, а также экономия топлива.

Плавку на ферроникель в основном ведут в руднотермических печах. Главные преимущества электроплавки - возможность использования руд с тугоплавкой, магнезиально-силикатной пустой породой, получение достаточно высокого извлечения металлов, небольшой расход низкосортного восстановителя и высокая комплексность использования сырья.

Ферроникель можно применять непосредственно в черной металлургии при получении легированных сталей или перерабатывать на марочные сорта никеля и кобальта.

Переработка окисленных никелевых руд на ферроникель электротермическим способом в промышленном масштабе осуществлена на Побужском никелевом заводе (Украина), в Новой Каледонии, США, Японии и Бразилии.

Технологическая схема получения ферроникеля включает агломерацию или сушку с прокаливанием руды с целью частичного восстановления оксидов железа и никеля до металла в трубчатых вращающихся печах, плавку огарка, нагретого до 700-900 ^оС, на ферроникель в руднотермических печах с восстановителем, рафинирование и обогащение первичного ферроникеля в конвертере с получением товарного продукта.

При электроплавке оксиды никеля восстанавливаются углеродом по реакции:

NiO + С = Ni + СО.

Одновременно с никелем восстанавливаются кобальт, железо, хром и кремний. В результате плавки получают ферроникель, загрязненный в основном кремнием, серой и углеродом.

Товарный ферроникель с содержанием 19- 25 % Ni и 1-1,2 % Со разливают в слитки массой по 45-50 кг. Извлечение никеля и кобальта при рафинировании составляет 95- 96 %. Одним из возможных способов извлечения никеля и кобальта из такого ферроникеля является его переработка в качестве холодных присадок при конвертировании штейнов на файнштейн. Файнштейн и кобальтсодержащие конвертерные шлаки перерабатывают по описанной ранее технологии.

Контрольные вопросы

1. Цель процесса конвертирования

2. Флюс, используемый при конвертировании медного штейна

3. Почему при конвертировании никелевого штейна не производится полная продувка железа?

4. Что называется файнштейном?

5. Как обедняются конвертерные никелевые шлаки?

6. Основные реакции конвертирования никелевых штейнов

7. Технологические стадии получения огневого никеля из файнштейна

8. Почему окисление файнштейна проводится в две стадии?

9. Этапы технологического процесса электроплавки оксида никеля

10. Преимущества переработки окисленных никелевых руд на ферроникель

Лекции 13,14.

Получение никеля из сульфидных медно-никелевых руд. Плавка на штейн. Конвертирование медно-никелевых штейнов. Разделение меди и никеля

Сульфидные медно-никелевые руды наряду с окисленными никелевыми рудами являются основным сырьем для получения никеля. В СНГ доля получаемого из сульфидного сырья никеля по сравнению с окисленными рудами непрерывно возрастает, хотя в дальнем зарубежье наблюдается обратная тенденция.

На базе сульфидных медно-никелевых руд работают крупнейшие российские предприятия: Норильский ГМК, комбинаты «Североникель» и «Печенганикель». Производство никеля в дальнем зарубежье из аналогичного сырья сосредоточено в руках Интернациональной никелевой компании (ИНКО), которая производит до 50 % общего выпуска никеля в дальнем зарубежье.

Для металлургии сульфидных медно-никелевых руд характерно специфическое размещение предприятий – они расположены в заполярных районах России и Канады.

Сульфидные медно-никелевые руды в отличие от окисленных никелевых руд являются сложным полиметаллическим сырьем, из которого в настоящее время извлекают 14 компонентов. В стоимостном выражении на долю платиноидов может приходиться до 50 %.

Химический состав сульфидных медно-никелевых руд следующий, %: Ni 0,3-5,5; Си 0,2 - 1,9; Со 0,02- 0,2; Fe 30 -40; S 17- 28; Si0₂ 10 - 30; MgO 1- 10; А1₂0₃ 5- 8. По структуре медно-никелевые руды могут быть сплошными, жильными и вкрапленными. Чаше встречаются два последних типа руд. В зависимости от глубины залегания руду добывают как открытым, так и подземным способом.

В отличие от окисленных никелевых руд сульфидные медно-никелевые руды характеризуются высокой механической прочностью, негигроскопичны и могут подвергаться обогащению. Следует отметить, что обогащению обычно подлежат только сравнительно бедные руды (не более 1,5-2,5 % Ni). Богатые руды после соответствующей подготовки направляют на плавку.

Основным способом обогащения сульфидных медно-никелевых руд является флотация. Иногда флотационному обогащению предшествует магнитная сепарация, направленная на выделение пирротина в самостоятельный концентрат. Возможность проведения магнитной сепарации обусловлена относительно высокой магнитной восприимчивостью пирротина.

Выделение пирротинового концентрата при обогащении руды улучшает качество первичного никелевого концентрата вследствие вывода из него значительной части железа и серы и упрощает его последующую металлургическую переработку. Однако при получении пирротинового концентрата, содержащего до 1,5 % Ni, возникает необходимость в обязательной его переработке с целью извлечения никеля, серы и платиноидов.

Флотационное обогащение медно-никелевых руд может быть коллективным и селективным. При коллективной флотации за счет отделения пустой породы получают медно-никелевый концентрат. Однако и селективная флотация не обеспечивает полного разделения меди и никеля (особенно по выделению никеля). Продуктами селекции в этом случае будут являться медный концентрат с относительно небольшим содержанием никеля и никелево-медный концентрат, отличающийся от руды более высоким отношением Ni:Си. На практике такой концентрат обычно называют просто никелевым.

Таким образом, в зависимости от принятой схемы обогащения сульфидных медно-никелевых руд можно получать коллективные медно-никелевые, медные, никелевые и пирротиновые концентраты, состав которых приведен ниже.

Состав продуктов обогащения медно-никелевых руд

Концентрат Содержание, %

Ni Си Fe S SiO₂

Коллективный 3,6-6,5 3,0-6,0 38-40 28-30 12-14

Никелевый 6-11 4-6 37-40 25-29 14-20

Пирротиновый 0,1-1,55 0,05-0,17 55-60 36-37 1-3

Как следует из приведенных данных, соотношение никеля и меди в медно-никелевых и никелевых концентратах изменяется примерно oт 2:1 до 1:2. Такие концентраты можно перерабатывать по одной и той же технологии. Медные концентраты с соотношением меди и никеля, равным 20:1, перерабатывают на медеплавильных заводах.

Наиболее распространенная технологическая схема получения никеля из сульфидных медно-никелевых руд пирометаллургическим методом включает следующие особенности:

1. Как и в схеме переработки сульфидных медных концентратов, она включает обязательную стадию плавки на штейн, что обусловлено аналогии поведения никеля при плавке поведению меди. Вместе с никелем в штейн переходят медь, кобальт, платиноиды, золото и серебро.

2. Обязательной технологической операцией является разделение меди и никеля (медно-никелевого файнштейна) с получением медного и никелевого промпродуктов (богатых концентратов), подвергающихся самостоятельной переработке.

3. Технологическая схема пирометаллургической переработки сульфидных медно-никелевых руд в отличие от технологии получения никеля из окисленного сырья заканчивается обязательным рафинированием чернового (огневого) никеля с получением не только никеля высокой чистоты, но и промпродуктов кобальта и благородных металлов (кобальтовые кеки и электролитные шламы).

Медно-никелевые штейны по своим физико-химическим свойствам близки к чисто медным: содержание серы около 25 %, присутствие кислорода в виде магнетита…