Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 17 )

Рисунок 2.1- Принципиальная технологическая схема переработки окисленных

никелевых руд пирометаллургическим способом.

Рисунок 2.2 - Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных

медно–никелевых руд пирометаллургическим способом.

Технологическая схема переработки сульфидных медно–никелевых руд обязательно предусматривает разделение меди и никеля и заканчивается электролитическим рафинированием чернового никеля. В результате получают никель с содержанием не менее 99,99%. В то же время технологическая схема предусматривает попутное извлечение ещё 14 компонентов, содержащихся в перерабатываемом рудном сырье.

Из сравнения технологических схем следует, что подготовка окисленных и сульфидных руд к плавке на штейн существенно различаются

Подготовка окисленных никелевых руд к плавке заключается в окусковании руды брикетированием или агломерацией.

Подготовка сульфидных медно–никелевых руд заключается во флотационном обогащении. В результате флотационного обогащения сульфидных медно–никелевых руд получают несколько концентратов (таблица 2.1)

Таблица 2.1- Состав продуктов обогащения сульфидных медно - никелевых руд

Концентрат	Содержание, %
Ni	Cu	Fe	S	SiO2
Медно –никелевый Медный Никелевый Пирротиновый	3,5 – 6,5 1,5 – 1,6 6 – 11 0,1 – 1,55	3,0 – 6,0 25 – 39 4 – 6 0,05 – 0,17	38 – 40 40 – 45 37 - 40 55 - 60	26 – 30 32 – 34 25 – 29 36 - 37	12 – 14 2 – 4 14 – 20 1 - 3

Медно–никелевый и никелевый концентраты перерабатываются по одной технологической схеме.

Обязательными для обеих технологических схем являются плавка на штейн, конвертирование штейнов, окислительный обжиг никелевого файнштейна или богатого никелевого концентрата и восстановительная плавка оксида никеля на огневой металл.

Для образования штейна при плавке окисленных никелевых руд, которые не содержат серы, вводят сульфидизатор (гипс или пирит).

При переработке сульфидных медно–никелевых руд является обязательной операция разделения никеля и кобальта и электролитическое рафинирование чернового никеля.

Никель, полученный из сульфидных руд, отличается большей чистотой по сравнению с товарным огневым никелем.

При переработке никелевых руд в обоих случаях обязательным является извлечение кобальта.

При переработке окисленных никелевых руд кобальт выводится из процесса с конверторными шлаками, а при переработке сульфидных руд при очистке электролита в процессе электролитического рафинирования никеля.

Технология переработки окисленных никелевых руд характеризуется сложностью, высоким расходом дорогостоящего кокса, высокими потерями никеля и особенно кобальта.

Более рациональным способом переработки окисленных никелевых руд является их плавка в электропечи на ферроникель.

На ряде заводов переработка окисленных никелевых руд (Куба) и сульфидных руд (Россия, Канада) осуществляется гидрометаллургическими способами. Эти технологии обладают рядом преимуществ перед пирометаллургическими способами. В частности, они характеризуются более высоким извлечением основных металлов. В тоже время их технологические схемы очень сложны и громоздки. Эти схемы применимы для переработки ограниченного состава руд.

2.3 Подготовка никелевых руд к плавке на штейн

Особенностью окисленных никелевых руд является непостоянство их химического и вещественного составов. Поэтому усреднению руд придают большое значение. Процесс усреднения руды начинает решаться уже на руднике путём планирования горных работ с таким расчётом, чтобы поставляемая на металлургический завод руда была более или менее постоянна по содержанию никеля и составу пустой породы. На металлургическом предприятии производят дополнительное усреднение руды по шлакообразующим компонентам. Для осуществления этой операции на заводах используют склады открытого и закрытого типов.

Усреднённую руду подвергают окускованию. Окускование проводится путём брикетирования или агломерации.

Брикетирование производят на валковых прессах в брикеты яйцеобразной формы массой 0,2–0,3 кг. Перед брикетированием руду измельчают на молотковых дробилках и подсушивают. В качестве связующего материала служит глина, которая находится в самой руде (каолин). В состав шихты для брикетов водят сульфидизатор, в качестве которого служат пирит или гипс. Сушка брикетов осуществляется теплом отходящих газов шахтной печи.

Несмотря на относительную простоту технологической схемы и небольшие эксплутационные расходы брикетирование на никелевых заводах не получило большого распространения. Это обусловлено следующими основными причинами:

1) Хорошо брикетируются только два вида руд - железистая и глинистая. Эти руды не являются основными. Кремнистые и магнезиальные руды, которые составляют основную массу никелевых руд, брикетируются плохо.

2) Рубашка брикетного пресса, в которой выфрезерованы ячейки быстро изнашивается, а её замена требует значительного времени. В результате частого выхода из строя рубашки пресса возникают простои, что сказывается на производительности процесса брикетирования.

3) Брикеты по сравнению с агломератом обладают низкой газопроницаемостью, содержат значительное количество влаги (11-15%), их переработка в плавильной печи требует большего количество кокса. При их плавке имеет место низкая производительность печи, низкое содержание никеля в штейне.

Более широкое распространение в подготовке окисленной никелевой руды к плавке получил процесс агломерации. Агломерация – более дорогой и сложный метод подготовки руды по сравнению с брикетированием. Однако с технологической точки зрения он является более совершенным процессом. Агломерация позволяет получать хорошо термически подготовленный пористый материал с достаточной механической прочностью.

Для агломерации окисленных никелевых руд используют ленточные машины с площадью всасывания 50 и 75м2. Шихта для агломерации включает помимо окисленной никелевой руды оборотный агломерат (18–20%) и коксик (8–12%), представляющий из себя мелкий кокс крупностью порядка 5 мм. Крупность руды и агломерата колеблется в пределах 20–30 мм. При смешении шихты её увлажняют до 20–24%. В качестве связующих в процессе агломерации служат железо – магниевые силикаты, а также их разновидности, такие как гиперстен (Fе, Mg)SiO2 и значительно меньше фаялит.

Cтандартная ленточная агломерационная машина представляет собой длинную металлическую раму, по которой катятся тележки (паллеты), приводимые в движение зубчатым колесом. Дно у тележек закрыто колосником. При прохождении под бункером шихты на тележки, идущие непрерывной лентой загружается качающимся питателем слой шихты. Слой шихты на паллете составляет 250-320мм. Сразу же после загрузки тележки проходят под зажигательной печью, горячие газы которой просасываютя через слой шихты и зажигают примешанный к шихте коксик. Загоревшийся коксик продолжает гореть при прохождении тележки над вакуумной камерой, из которой газы отсасываются в газоход. К моменту прохождения тележкой всей длины вакуум – камеры процесс агломерации заканчивается, тележка опрокидывается, агломерат падает вниз и по колосниковому грохоту, отделяющему мелкий агломерат, падает в вагон или пластинчатый транспортёр. Мелкий агломерат возвращается на подшихтовку в голову процесса, а остальной направляется на плавку. Пустая тележка по наклонной нижней раме скатывается к зубчатому колесу и снова подаётся вверх.

Температура в горящем слое шихты составляет 1150-1200оС. Это обеспечивает плавление железо магниевых силикатов, которые при затвердевании скрепляют шихту, придавая ей механическую прочность и пористость.

Для расчёта производительности машин экспериментально определяют скорость спекания шихты в мм/мин. Это скорость, с которой процесс спекания распространяется сверху вниз в толщу шихты. Зная эту скорость, можно подсчитать, за какой срок процесс спекания закончится, то есть пройдёт по всей толщине слоя.

Например, высота слоя шихты на паллете агломерационной ленты 300 мм, а скорость спекания 30 мм/мин. Тогда процесс спекания должен закончиться за 300:30=10 мин. За это время тележка машины должна пройти всю длину вакуумной камеры. Если длины вакуумной коробки 30м, то скорость движения тележек должна составлять 30:10=3,0 м/мин. Зная ширину тележки, толщину слоя шихты и скорость движения тележки, можно рассчитать объём шихты, проходящей в час, а по насыпному весу можно определить её вес, т. е. производительность. В никелевой промышленности процесс агломерации получил значительно большее распространение, чем процесс брикетирования.

Ниже приведены некоторые технико–экономические показатели процесса агломерации окисленных никелевых руд:

Расход топлива (коксика), % от массы шихты 8 -12;

Влажность шихты, % 20 -24;

Влажность оборотного агломерата, % 25 -30;

Выход годного агломерата, % 70 – 75;

Вертикальная скорость спекания шихты, мм/мин 30 – 35;

Удельная производительность по годному агломерату, т/(м2·час) 0,8 – 0,9

Агломерат и брикеты являются рудной составляющей шихты при плавке на штейн.

2.4 Плавка окисленных никелевых руд на штейн

Плавка окисленных никелевых руд на штейн осуществляется в шахтных печах. Переработка в таких печах требует прочной кусковой, желательно пористой шихты. Этим требованиям удовлетворяют брикеты и агломерат.

Целью шахтной плавки окисленных никелевых руд является максимальное извлечение никеля и кобальта в штейн и ошлакование пустой породы. Шихта для плавки состоит из брикетов или агломерата, кокса, сулфидизатора, флюсов и оборотов. В качестве сульфидизатора используют пирит или гипс, в качестве флюса – известняк, а в качестве оборотных материалов используется уловленная после выхода из печи пыль.. Гипс при плавке является одновременно флюсующим материалом, так как в виде CaO в конечном итоге полностью переходит в шлак.