Продутая воздухом медь содержит остатки оксидов меди и газовые включения, их удаляют при восстановительной обработке расплава («дразнений» на плотность и ковкость).
Основная цель электролитического рафинирования - получение меди, удовлетворяющей по электропроводности требованиям международного стандарта (1,724×10-6 Ом×см). Такая медь содержит обычно более 99,96% меди, около 0,02% кислорода и 0,02% нормируемых в сумме девяти примесей. Дополнительная задача - концентрирование селена, теллура, золота и серебра в богатый полупродукт - шлам.
4.2.2 Пирометаллургическая технология переработки
окисленных никелевых руд
Основным сырьем для производства никеля являются окисленные никелевые и сульфидные медно-никелевые руды. Окисленные никелевые руды являются рудами вторичного происхождения. Они содержат незначительное количество никеля - от десятых долей до 1,5÷3,5%. В основном эти руды состоят из пустой породы. В рудах обязательно содержится кобальт. Отношения никеля к кобальту в них составляет (25÷40) : 1.
По внешнему виду окисленные никелевые руды похожи на глину. Для них характерно пористое, рыхлое строение, малая механическая прочность кусков, высокая гигроскопичность. Такое физико-химическое состояние окисленных никелевых руд делает невозможным механическое вскрытие индивидуальных минералов, содержащих никель, и, следовательно, их отделение от пустой породы при обогащении традиционными методами.
Из-за отсутствия рациональных методов обогащения, окисленные никелевые руды поступают непосредственно в металлургическую переработку.
Окисленные никелевые руды перерабатывают по схеме (рисунок 5) с использованием шахтных печей. Из-за неоднородности их состава руду разных сортов смешивают - усредняют. Шахтная печь способна перерабатывать прочную, кусковую шихту, поэтому перед плавкой руды окусковывают. Для этого используют два способа окускования: брикетирование или агломерацию.
Брикетирование - простая и дешевая операция, однако прочные брикеты удается получать только из железистых разновидностей руд; брикеты содержат влагу и газонепроницаемы.
Агломерация (спекание) - более сложный и дорогой процесс, но он позволяет получать хорошо подготовленный, пористый и достаточно прочный материал для шахтной плавки.
Шахтная плавка окисленных никелевых руд (брикетов или агломерата) заключается в максимальном переводе никеля в легкоплавкий богатый по никелю полупродукт - штейн.
В шахтной печи одновременно протекают процессы восстановления и образования сульфидов, поэтому плавку называют восстановительносульфидирующей.
Окисленная никелевая руда (ОНР)
Рисунок 5 - Принципиальная технологическая схема переработки ОНР
Сульфиды никеля Ni3S2 и железа FeS образуют штейн, в нем растворяются восстановленные металлический никель и железо (ферроникель), сульфиды меди и кобальта. Таким образом, по вещественному составу штейн состоит из Ni3S2, FeS, Ni, Fe, Cu2S и CoS; он содержит, %: 16-20 Ni; 18-22 S; 0,5-1,0 Co; 55-60 Fe. Степень металлизации штейна колеблется от 20 до 40%, температура его плавления -1100°С.
Оксиды пустой породы руды, флюсов, зола кокса сплавляются, взаимодействуют друг с другом и образуют шлак.
Количество шлака при плавке достигает 96-100% от массы агломерата, его состав,%: 44-46 SiO2; 8-12 MgO; 18-22 FeO; 4-10 А12О3; 15-18 CaO; 1,5-2,0 Cr2О3. Температура жидкоплавкости таких шлаков находится в интервале 1250-1350°С, плотность шлаков - 3,3-3,6 г/см3.
Г азы шахтных печей очищают от пыли и направляют в атмосферу; пыли - на стадию шихтоподготовки.
Никелевые штейны направляются на конвертирование. Цель передела - полный перевод железа в шлак, окисление части серы с получением файн штейна (богатого штейна). Сущность процесса состоит в продувке расплава воздухом в агрегатах, аналогичных конвертерам, используемым в металлургии меди, но меньших по емкости (20-40 т).
Файнштейн, получаемый в результате конвертирования никелевого штейна, имеет следующий состав, %: 76-78 Ni; 18-19 S; 0,4 Co; 0,26 Fe; 2,5 Cu.
Второй продукт продувки никелевого штейна - конвертерный шлак. На заводах, перерабатывающих окисленную никелевую руду через восстано вительно-сульфидирующую плавку и конвертирование, конвертерные шлаки служат сырьем для получения кобальта. Поэтому на таких заводах кобальт стремятся максимально перевести в конвертерный шлак. В настоящее время в конвертерный шлак переходит 90-95% всего кобальта, поступающего со штейном, и 30-40% от всего кобальта, поступающего с рудой.
Шлаки от конвертирования никелевых штейнов содержат заметно меньше магнетита (10-13%) по сравнению с аналогичными расплавами медного и свинцового производства.
Конвертерные шлаки никелевых заводов отличаются от аналогичных шлаков медеплавильных заводов более высоким содержанием кремнезема (28-32% против 23-27%), окиси кальция и глинозема.
Плотность конвертерного шлака никелевого производства составляет 4,2-4,5 т/м3, поверхностное натяжение 30-40 мкДж/см2 (300-400 эрг/см2).
Конвертерные шлаки поступают на переработку в электропечи для обеднения.
Выход пыли при конвертировании составляет 1-3% от массы переработанного штейна. Содержание никеля в пыли 25-30%. Газы содержат азот и диоксид серы (1,5-2,5 SO2).
Переработка никелевого файнштейна на огневой никель включает проведение двух стадий обжига и восстановительной электроплавки оксида никеля.
Цель окислительного обжига файнштейна - удаление серы до содержания не более 0,02% и перевод никеля в NiO. Глубокое удаление серы требует высоких температур, а сульфид никеля - легкоплавкий (788°С). Поэтому окисление проводят в две стадии. Вначале измельченный файнштейн обжигают в печах КС и удаляют серу до остаточного содержания 1-1,5%. Для повышения тугоплавкости материала файнштейн смешивают с оборотной пылью; это дает возможность проводить обжиг при 950-1000°С.
Огарок с температурой 700-800°С поступает на сульфатохлорирующий обжиг в трубчатый реактор. К горячему огарку добавляют 10-15% природного сильвинита (NaCI, KCl). Медь, присутствующая в огарке, образует водорастворимые соединения CuSO4 и CuCl2 в отличие от водонерастворимых оксидов железа, никеля и кобальта. Хлорированный огарок выщелачивают для перевода меди в подкисленный раствор. При этом обезмеживание огарка происходит на 75-80%. Огарок после выщелачивания содержит не более 0,3-0,4% Cu.
Обезмеженный огарок обжигают в трубчатой печи при температуре 1200-1300°С. Высокая температура и окислительная атмосфера позволяют снизить содержание серы до 0,02%.
Из обжиговой печи огарок ссыпают в трубчатый реактор, куда подают 5-8% нефтяного кокса. Используют тепло огарка для восстановления оксида никеля по реакции NiO + С = Ni + СО. Из реактора огарок выходит охлажденным и металлизированным с содержанием никеля 82-86%, это упрощает и удешевляет его переработку в электропечи.
Электроплавка оксида никеля состоит из ряда операций: шихтовка с восстановителем, загрузка шихты и ее расплавление, доводка металла, выпуск и грануляция никеля.
Товарный огневой никель (марки Н-3) содержит не менее 98,6 % Ni; не более 0,6% Сu и 0,1% С. Извлечение никеля в гранулы составляет 98,0-98,6%.
Существенными недостатками схемы переработки окисленных никелевых руд являются многостадийность технологии, большой расход дорогого и дефицитного кокса, низкое извлечение никеля и кобальта, полная потеря железа.
4.2.3 Пирометаллургическая переработка сульфидных
медно-никелевых руд
Сульфидные медно-никелевые руды имеют сложный состав, технология их переработки предусматривает разделение никеля и меди, извлечение кобальта, драгоценных и редких металлов, использование серы для производства серной кислоты (рисунок 6).
Основным способом обогащения сульфидных медно-никелевых руд является флотация. Иногда флотационному обогащению предшествует магнитная сепарация, направленная на выделение пирротина в самостоятельный продукт. В таблице 8 приведены составы продуктов обогащения медно-никелевых руд.
Медно-никелевые концентраты обжигают либо агломерируют, либо окатывают с последующим обжигом окатышей.
Подготовленный одним из способов концентрат можно плавить в отражательных, шахтных и электрических печах на штейн и шлак.
Медно-никелевая руда
Рисунок 6 - Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных медно-никелевых руд
Штейн состоит из сульфидов никеля Ni3S2, меди Cu2S, кобальта CoS и железа FeS. В шлак переходит пустая порода рудного сырья. Штейн перерабатывают в конвертерах с целью удаления почти всего железа и части серы и получения медно-никелевого файнштейна. При конвертировании, в отличие от конвертирования никелевого штейна, кобальт стремятся сохранить в файнштейне. Для этого железо полностью из файнштейна не удаляют, оставляя 3-4%.
Таблица 8 - Состав продуктов обогащения медно-никелевых руд, %
Концентрат | Ni | Си | Fe | S | SiO2 |
Коллективный | 3,6-6,5 | 3,0-6,0 | 38-40 | 28-30 | 22-14 |
Медный | 1,5-1,6 | 25-30 | 40-45 | 32-34 | 1-4 |
Никелевый | 6,0-11,0 | 4-6 | 37-40 | 25-29 | 14-20 |
Пирротиновый | 0,1-1,5 | 0,05-0,17 | 55-60 | 36-37 | 1-3 |
Файнштейн состоит в основном из сульфидов никеля и меди. Их разделяют флотацией и получают два продукта: никелевый концентрат, в который переходит большая часть никеля, кобальта, металлов платиновой группы и медный концентрат с содержанием меди 70-72%. Медный концентрат перерабатывают на медном заводе по стандартной технологии, а никелевый концентрат от флотационного разделения файнштейна (70%Ni и 4%Сu) обжигают в печах кипящего слоя (КС). Огарок плавят в электропечи, металл отливают в аноды, которые подвергают электролитическому рафинированию с получением чистого катодного никеля. При очистке электролита от примесей получают кобальтовый кек, его отправляют в кобальтовое производство. Драгоценные металлы, селен, теллур концентрируются в шламе электролизеров.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 |
