Металлургия меди, никеля и кобальта (стр. 45 )

Ni2SiO4 + 2FeS = Fe2SiO4 + 2NiS (3.13)

NiO + FeS = NiS +FeO (3.14)

Процесс обеднения жидких конвертерных шлаков первоначально в промышленном масштабе был осуществлён в конвертере. Технологическая схема переработки шлаков от конвертирования никелевых штейнов приведена на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2-Схема переработки конвертерных шлаков от конвертирования

никелевых штейнов

При обеднении шлаков в конвертере применяют многоступенчатое обогащение штейна, при котором на одну порцию залитого в конвертер штейна перерабатывют последовательно несколько порций конвертерного шлака. Обеднение шлаков в конвертерах проводят в три последовательные стадии в специальных конвертерах: собственно обеднение жидких шлаков, рафинирование обогащённого по содержанию кобальта сульфидного расплава с получением файнштейна и вторичных обогащённых кобальтовых шлаков и, наконец, обеднение вторичных шлаков с получением вторичного, богатого по кобальту сульфидного расплава.

Конвертеры для обеднения шлаков по своей конструкции практически не отличаются от конверторов для продувки никелевых штейнов. Отличительными особенностями этих конвертеров являются: меньше количество фурм и наличие в торцевой стенке конвертера форсунки для сжигания природного газа или мазута с целью подогрева расплава в конвертере.

Технология обеднения конвертерных шлаков заключается в следующем. В первый конвертер обеднения заливают никелевый штейн в количестве 25-30% объёма ванны конвертера, а затем заливают 5-7 т конвертерного шлака и шлака, получаемого при продувке обогащённого кобальтом сульфидного расплава. В течение 10-15мин ванну конвертера подогревают сжиганием природного газа или мазута. Затем продувают воздухом в течение 2-3 мин для лучшего перемешивания шлака со штейном. Затем, продолжая прогрев ванны, расплаву в конвертере дают отстояться и после чего тонкой, но широкой струёй шлак сливают из конвертеров в ковш. После обеднения первой порции шлака, содержащего 0,8-1,5% Ni; 0,2-0,3% Co, как правило получают отвальный шлак, содержащий порядка 0,15% Ni и 0,06-0,08% Со. Выход отвальных конвертерных шлаков обычно составляет 70-75% от массы заливаемого шлака. Отвальные шлаки обычно получаются до тех пор, пока содержание кобальта в сульфидном расплаве не достигнет около 1,3%. При обеднении следующих порций шлака, заливаемых в конвертер взамен слитого отвального шлака, происходит постепенное обогащение остающегося в конвертере штейна кобальтом. Вследствие этого повышается содержание кобальта в шлаках первого обеднения. При более высоком содержании кобальта в сульфидном расплаве шлаки являются оборотными. Оборотные шлаки содержат около 0,18% Со и 0,2-0,3% Ni.

Отвальные шлаки обычно получаются до тех пор, пока содержание кобальта в сульфидном расплаве не достигнет около 1,3%. При более высоком содержании кобальта в сульфидном расплаве шлаки являются оборотными. Эти шлаки поступают после дробления на плавку в специально выделенную для этих целей печь. В результате переработки шлаков первого обеднения в шахтной печи получают бедный штейн содержащий 10-12% Ni, 0,6-1,0% Co, 21-21% S, 59-65% Fe. Как и штейн рудной плавки он характеризуется повышенным содержанием металлической фазы (ферроникеля).

При обеднении первичных конверторных шлаков содержание кобальта в штейне доводят до 1,5-1,6%. Этот предел регулируется количеством обедняемого шлака, заливаемого в конвертер. На одну весовую долю залитого в конвертер штейна обедняется примерно пять весовых единиц шлака. Выход отвальных конвертерных шлаков обычно составляет 70-75% от массы заливаемого шлака. Весь остальной шлак, содержащий около 0,18% Со и 0,2-0,3% Ni является оборотным.

Продолжительность операции обеднения до получения в конвертере штейна с содержанием 1,5% Со составляет примерно 10 часов. В процессе обеднения шлаков на дне ванны конвертера выделяется некоторое количество ферроникеля. Для размыва отложений ферроникеля и перевода его в сульфидный расплав производят кратковременную продувку расплава воздухом.

Обогащённый кобальтом штейн заливают в конвертер для обычного процесса конвертирования, добавляют кварцевый флюс и продувают кобальтовый штейн воздухом. Процесс конвертирования кобальтовых штейнов можно разбить на два периода. В первом периоде в первую очередь окисляется металлическое железо, а образующийся оксид шлакуется кремнезёмом:

2Fe + O2 + SiO2 = 2FeO∙SiO2 (3.15)

Во втором периоде происходит окисление сульфида железа:

2FeS + 2O2 + SiO2 = 2FeO∙SiO2 + 2SO2 (3.16)

Температура в конвертере не должна превышать 1300оС, так как при более высокой температуре начинает интенсивно разрушаться футеровка конвертера. Конвертерные шлаки от конвертирования кобальтовых штейнов содержат порядка 1,6% Со. В процессе конвертирования весь кобальт, содержащийся в сульфидном расплаве, стараются перевести в шлак. Для полноты перевода кобальта в шлак проводят операцию рафинирования. Она заключается в дополнительной загрузке штейна в конвертер и его продувке.

Перед рафинированием с богатого по кобальту сульфидного расплава сливают шлак и заливают около 5 т горячего штейна. После этого в течение 10-15 минут проводят продувку. Полученный после продувки шлак сливают из конвертера, а штейн анализируют на содержание кобальта. Если в штейне остается ещё много кобальта, то процесс рафинирования проводят повторно. Рафинирование прекращают тогда, когда содержание кобальта в штейне не снизится до 0,75%. Файнштейн после доводки направляют на конвертирование вместе с никелевым штейном.

Богатый по кобальту шлак, полученный при продувке обогащённого кобальтом сульфидного расплава, направляют на второе обеднение в конвертере. Обеднение вторичного шлака, как и первичного, осуществляется в обогреваемом конвертере, куда заливают шлак и смешивают его со штейном, полученным в шахтной печи после плавки оборотных шлаков. Расход штейна составляет порядка 25% от массы перерабатываемого шлака. В результате получают кобальтовый штейн, содержащий не менее 4% Со и оборотный шлак. Оборотный шлак, содержащий 0,3-0,4% Со, направляют в конвертер первого обеднения

Полученный после продувки в конвертере кобальтовый штейн направляется в шахтную печь, с целью получения богатого никелевого штейна. Богатый кобальтовый штейн, полученный в шахтной печи, подвергается продувке в конвертере. Процесс конвертирования кобальтсодержащих штейнов в первый период аналогичен процессу конвертирования никелевых штейнов. В первый период конвертирования окисляется металлическое железо, а во втором периоде окисляется сульфид железа. Различие заключается в том, что конвертирование кобальтовых штейнов заканчивается при содержании железа в сульфидной массе порядка 10-12% Fe, в то время как при конвертировании никелевых штейнов продувка осуществляется до тех пор, когда содержание железа в сульфидной массе составит примерно 0,3% Fе. Если продувку кобальтовых штейнов проводить до более низкого содержания железа в сульфидной массе, то будет иметь место интенсивное окисление кобальта и переход его шлак.

С целью получения сплава более пригодного для разливки, обогащённый в конвертере кобальтсодержащий расплав подвергают доводке. Операция доводки заключается в «дразнении» ванны конвертера деревянными шестами при добавке на поверхность ванны небольшого количества восстановителя. Доводка осуществляется при непрекращающейся продувке расплава. В результате доводки осуществляется дегазация сульфидно-металлического расплава и восстановление некоторой части оксидов, содержащихся в нём. После этого производят разливку металлизированного кобальтового штейна в особые песочные изложницы. Остывшие отливки представляют анодный сплав, который подвергается электрохимическому растворению с последующим извлечением кобальта. Состав анодного сплава колеблется в следующих пределах: 9-11% Со и Fe, 55-60% Ni, 20-22% S. Основными составляющими сплава являются сульфиды никеля, железа и Fe-Ni-Co сплав. Кобальт не образует самостоятельной сульфидной фазы, а изоморфно замещает никель и железо в их сульфидах.

Шлак, получаемый при продувке кобальтсодержащих штейнов содержит до 1,5% и более Ni и до 1,5% и более Со. Этот шлак возвращается на плавку богатого кобальтового штейна в шахтную печь.

Извлечение никеля в файнштейн и обогащённый кобальтовый штейн составляет 94-95%, а кобальта в обогащённый штейн - 80%. В оборотный шлак переходит порядка 3% Ni. Безвозвратные потери никеля составляют 2,5%.

Недостатком описанной технологии извлечения кобальта и никеля из конверторных шлаков является большое количество используемых конвертеров. Их число на 4-5 превышает количество конвертеров, необходимое для основного процесса конвертирования никелевых штейнов. Это влечёт за собой большое увеличение капитальных затрат на оборудование. Кроме того, эта схема не обеспечивает полного обеднения и приводит к получению некоторого оборотных конвертерных шоков, для переработки которых необходимо иметь шахтную или электрическую печь.

3.5 Обеднение жидких конвертерных шлаков в электропечах

Для обеднения жидких конвертерных шлаков применяются стационарные трёхэлектродные дуговые электрические печи. Особое внимание в процессе обеднения шлаков уделяют герметизации печи, что значительно позволяет снизить расход электрической энергии. Процесс обеднения осуществляется непрерывно, что является несомненным преимуществом этого метода.

Жидкий конвертерный шлак содержащий 0,7-1,0% Ni и 0,2-0,3% Со в количестве 10-15 т. Часть конвертерного шлака после дробления загружают в твёрдом состоянии.

После заливки конвертерного шлака на поверхность ванны равномерно загружают восстановитель и сульфидизатор. В качестве восстановителя используют нефтяной кокс, а в качестве сульфидизатора пирит. Глубина шлаковой ванны в печи составляет 1200-1400 мм, а штейновой ванны-350-400мм. Поверхность ванны покрыта слоем восстановителя и сульфидизатора толщиной 100-150 мм. В процессе обеднения шлака температура в печи поддерживается в пределах 1250-1280оС. С повышением температуры извлечение кобальта в штейн уменьшается.

Выпуск шлака осуществляют через каждые 1,5–2 ч, а штейна через 4-5 ч. Шлак сливают в ковш и после отстаивания подвергают грануляции. В случае получения шлака с высоким содержанием кобальта он используется в качестве оборотного шлака. Штейн выпускают в ошлакованный ковш и разливают по изложницам.