2 МЕТАЛЛУРГИЯ НИКЕЛЯ
2.1 Руды и минералы
В настоящее время разрабатывается два вида никелевых руд, которые резко отличаются друг от друга по своему химическому составу и свойствам: окисленные никелевые руды и сульфидные никелевые руды.
Окисленные никелевые руды представляют собой горные породы, состоящие из гидратированных магнезиальных силикатов, алюмосиликатов и оксидов железа. Никелевые минералы в них составляют незначительную часть рудной массы. В окисленных никелевых рудах никель наиболее часто представлен в виде минералов: бунезита(NiO), гарниерита[(Ni, Mg)O ·SiO2·nH2O)] и ревденксита [3(Ni, Mg)O·2SiO2·2H2O].
Полезным компонентом окисленных никелевых руд является кобальт. Его содержание в руде в 15–25 раз меньше содержания никеля. Иногда в окисленных никелевых рудах в небольшом количестве присутствует медь. Её содержание в руде колеблется в пределах 0,01–0, 02%.
Пустая порода, которая составляет основную массу руды, представлена силикатами: каолином (Al2O3·2SiO2·2H2O), тальком (3MgO·4SiO2·H2O), бурым железняком Fe2O3·nH2O, кварцем (SiO2) и известняком (CaCO3).
Окисленные никелевые руды отличаются непостоянством состава, как по ценным компонентам, так и по пустой породе. Возможные пределы концентраций компонентов руды можно охарактеризовать следующими цифрами, %: Ni – 0,7–4; Co – 0,04–0,16; SiO2- 15–75; Fe2O3 – 5,0–65; Al2O3 – 2 – 25; Cr2O3 – 1–4; MgO – 2-25; CaO – 0,5-2; конституционная влага – 10-15.
До сих пор не найдены рациональные методы обогащения окисленных никелевых руд. Поэтому они после соответствующей подготовки непосредственно поступают в металлургическую подготовку. Для окисленных никелевых руд характерны пористое, рыхлое строение, малая механическая прочность, высокая гигроскопичность ( до 40 %).
В СНГ промышленные месторождения окисленных никелевых руд находятся на Южном Урале (Буруктальское месторождение), и на Украине. В дальнем зарубежье промышленные месторождения окисленных никелевых руд находятся в Новой Каледонии, на Кубе (Моа - Бей, Никаро), Филлипинах, в США, Бразилии, Индонезии, Австралии и Греции.
В сульфидных рудах никель присутствует в виде пентландита [(Ni, Fe)S], представляющего собой изоморфную смесь сульфидов никеля и железа переменного состава, и в форме твёрдого раствора в пирротине Fe7S8. Основным спутником никеля в сульфидных рудах является медь. Она содержится в них в виде халькопирита (СuFeS2).
Из – за высокого содержания в них меди эти руды часто называют медно – никелевыми. В сульфидных руда наряду с медью обязательно содержится кобальт, металлы платиновой группы (платина, палладий, родий, рутений, осмий, иридий) и благородные металлы (золото, серебро), рассеянные элементы (селен, теллур), а также сера и железо. Сульфидные медно – никелевые руды являются полиметаллическим сырьём сложного химического состава. При металлургической переработке из них извлекают 14 ценных компонентов, включая серу.
Химический состав сульфидных медно - никелевых руд колеблется в следующих пределах, %: Ni – 0,3–5,5; Cu – 0,2–1,9; Co – 0,02–0,2; Fe – 30– 40; S – 17–28; SiO2 – 10–30; MgO – 1–10; Al2O3 - 5-8.
Сульфидные медно–никелевые руды характеризуются высокой механической прочностью, негигроскопичны и могут подвергаться обогащению. Как правило, обогащению подвергаются только сравнительно бедные руды, содержащие 1,5–2,5% Ni. Более богатые руды после соответствующей подготовки направляют на плавку.
В СНГ промышленные месторождения сульфидных медно–никелевых руд находятся на Кольском полуострове (Мончегорск), на Таймыре (Норильск). В дальнем зарубежье промышленные месторождения сульфидных никелевых руд находятся в Канаде и Австралии.
Кроме окисленных никелевых и сульфидных медно–никелевых руд, сырьём для получения никеля могут служить мышьяковистые руды, добываемые в Бирме и Канаде.
2.2 Некоторые особенности переработки окисленных никелевых и сульфидных медно – никелевых руд
Для извлечения никеля из всех видов рудного сырья используются как пирометаллургические, так и гидрометаллургические способы. В настоящее время существует два чётко разделённых в промышленных условиях технологических направления переработки никельсодержащего сырья. Это связано с переработкой двух основных типов никелевых руд: окисленных и сульфидных.
Ниже приведены технологические схемы металлургической переработки окисленных никелевых руд (рисунок 2.1) и сульфидных медно-никелевых руд (рисунок 2.2).
Переработка окисленных никелевых руд несколько проще по сравнению с переработкой сульфидных медно–никелевых руд. Она включает подготовку шихты к металлургической переработке (агломерация или брикетирование), восстановительно-сульфидирующую плавку на штейн, конвертирование штейна, окислительный обжиг файнштейна, восстановительную плавку оксида никеля и заканчивается получением огневого никеля, который в гранулированном состоянии без дополнительного рафинирования отправляется потребителю, в основном, в чёрную металлургию. Очистка никеля от таких примесей, как Fe, Cu, Co и S происходит в процессе всей многостадийной технологии.
Рисунок 2.1- Принципиальная технологическая схема переработки окисленныхникелевых руд пирометаллургическим способом.
Рисунок 2.2 - Принципиальная технологическая схема переработки сульфидныхмедно–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.
Образование штейна из оксидного материала в процессе плавки происходит в результате восстановления и сульфидирования никеля, кобальта и частично железа, которые содержатся в руде в виде оксидов, и силикатов. Поэтому эта плавка получила название восстановительно–сульфидирующей плавки. Плавка проводится в восстановительной атмосфере, что необходимо для восстановления высших оксидов железа и гипса. При этом часть оксидов железа и никеля могут восстанавливаться до свободных металлов, которые растворяются в штейне. Процессы восстановления в процессе плавки одновременно сопровождаются процессом сульфидирования.
Картину поведения шихты в печи можно представить следующим образом. Руда, брикеты или агломерат флюсы и оборотные материалы, которые загружаются в печь нагреваются за счёт тепла восходящих газов, теряют гигроскопическую, затем конституционную влагу, летучие компоненты (СО2). При температуре 120-150оС шихта теряет гигроскопическую влагу. При температуре 500–700оС улетучивается конституционная влага химических соединений шихты. После достижения соответствующих температур отдельные компоненты шихты (Fe2O3, CaSO4 и др.) начинают реагировать с оксидом углерода СО. Если в шихте имеется свободный оксид никеля, то он восстанавливается до металла. Основная масса никеля в шихте находится в виде трудно восстанавливаемых силикатов. Поэтому в этой восстановительной зоне большая часть никеля так и остаётся в виде силикатов.
Опускаясь ниже, шихта нагревается до температур начала размягчения и плавления наиболее легкоплавких компонентов: сульфидов железа, фаялита. Легкоплавкие компоненты шихты, опускаясь, растворяют более тугоплавкие компоненты. Сульфид железа растворяет металлические никель и железо, а также поглощает образующийся в результате реакций сульфидирования сульфид никеля. Легкоплавкие шлакообразующие компоненты растворяют кварц, известь, магнезию и сульфид кальция, образующийся в результате реакции восстановления гипса. В этой смеси жидких силикатов и сульфидов происходит реакция сульфидирования никеля и железа, которая заканчивается только ниже фурм. Оксиды железа восстанавливаются и переходят в шлак.
В процессе восстановительно–сульфидирующей плавки окисленных никелевых руд в шахтных печах протекают следующие основные физико–химические процессы: горение топлива, восстановление и сульфидирование оксидов, штейно – и шлакообразование, разделение продуктов плавки - шлака и штейна.
Процесс горения кокса является одним из самых основных процессов, определяющих многие технологические показатели работы шахтной печи. Качество сжигания топлива определяет температуру в печи, восстановительную способность топочных газов, производительность печи, извлечение никеля в штейн.
Горение кокса происходит за счёт кислорода, подаваемого через фурмы с воздухом или дутьём, обогащённым кислородом.
В области фурм имеет место большой избыток кислорода. Поэтому в этой области кокс сгорает до оксида углерода (IV):
С + О2 = СО2 (2.1)
По мере удаления от фурм концентрация кислорода в дутье уменьшается и горение углерода становится неполным:
С + 0,5О2 = СО (2.2)
Зона шахтной печи, где присутствует свободный кислород, называется кислородной зоной. При шахтной плавке она распространяется на 500–600 мм вверх и вглубь печи.
Образующиеся горячие газы поднимаются вверх, пронизывают, нагревают шихту и вступают с ней в химическое взаимодействие. В первую очередь это взаимодействие приводит к образованию новых количеств оксида углерода (II) по реакции:
С + СО2 = 2СО (2.3)
В результате протекания реакций (2.2) и (2.3) концентрация СО в области фурм достигает 20–25%.
Температура в фокусе печи на воздушном дутье составляет 1300–1400оС, а на дутье, обогащённым кислородом, она составляет 1500–1600оС.
На выходе из печи газы содержат 10–16% СО2, 8–16% СО и имеют температуру 500-600оС.
Процессы штейно–и шлакообразования связаны с реакциями восстановления оксидов шихты и сульфидирования оксидов железа, никеля и кобальта. Реакции восстановления протекают при взаимодействии газовой фазы, содержащей СО с оксидами и силикатами шихты:
NiO + CO = Ni + CO2 (2.4)
NiSiO3 + CO = Ni + CO2 + SiO2 (2.5)
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 +CO2 (2.6)
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 (2.7)
FeO + CO = Fe + CO2 (2.8)
Процесс сульфидирования более сложен и его химизм различается при использовании в качестве сульфидизатора пирита FeS2 или гипса СaSO4·2H2O.
Если в качестве сульфидизатора используется пирит, то при температуре свыше 700оС он разлагается по уравнению:
FeS2 = FeS + 0,5S2 (2.9)
Процесс сульфидирования в этом случае может быть описан реакциями:
NiO + FeS = NiS + FeO (2.10)
3NiO + 2FeS + Fe = Ni3S2 + 3FeO (2.11)
NiSiO3 + FeS = NiS + FeSiO3 (2.12)
CoO + FeS = CoS +FeO (2.13)
Расход пирита при плавке определяется требованиями к составу получаемого штейна по сере. При этом необходимо учитывать потери серы в результате реакции термической диссоциации.
Иной, более сложный химизм сульфидирования при плавке окисленных никелевых руд имеет место при использовании в качестве сульфидизатора гипса. Вначале из гипса удаляется влага. Полное обезвоживание гипса происходит при нагревании до температуры 900оС. Гипс относится к наиболее прочным сульфатам, поэтому его разложение начинается только при температурах выше 1200оС. В отсутствии кислорода термическое разложение гипса протекает по реакции:
CaSO4 = CaO + SO2 + 0,5O2 (2.14)
Процесс разложения гипса в условиях шахтной плавки протекает по химическим реакциям:
CaSO4 + 4CO = CaS + 4CO2 (2.15)
CaSO4 + SiO2 = CaO·SiO2 + SO2 + 0,5O2 (2.16)
CaSO4 +Fe2O3 = CaO·Fe2O3 +SO2 + 0,5O2 (2.17)
CaSO4 + 3CaS = 4CaO + 4SO2 (2.18)
Процесс сульфидирования в условиях шахтной плавки окисленных никелевых руд может быть описан уравнениями химических реакций :
3NiO +7CO +2SO2 = Ni3S2 + 7CО2 (2.19)
FeO + 3CO + SO2 = FeS + 3CO2 (2.20)
CoO + 3CO + SO2 = CoS + 3CO2 (2.21)
CaS + FeO = CaO + FeS (2.22)
Использование гипса в качестве сульфидизатора при шахтной плавке окисленных никелевых руд требует создание в печи более восстановительной атмосферы, чем при использовании пирита. Это приводит к образованию больших количеств металлической фазы. При этом избыток гипса не влияет на состав и выход штейна, так как он весь превращается в оксид кальция и переходит в шлак. Из–за высокой стоимости гипса, использование его в качестве сульфидизатора экономически невыгодно.
Образовавшаяся в результате процессов восстановления и сульфидирования сульфидно-металлическая жидкая фаза (Ni3S2, FeS, CoS, Ni, Fe) представляет собой никелевый штейн. Никелевый штейн представляет собой сплав сульфидов никеля и железа, в котором растворены металлы - никель и железо (ферроникель). Такой штейн называют металлизированным. Он характеризуется в отличие от медных и медно-никелевых штейнов переменным содержанием серы.
Состав никелевого штейна при шахтной плавке окисленных никелевых руд колеблется в пределах, %: N – 15-20; Cu – 0,1-0,3; Co – 0,4–0,6; S –15–22; Fe –55–65; прочие -1-2.
Получение более богатого штейна нежелательно, так как это ведёт к увеличению потерь никеля со шлаками. Извлечение никеля в штейн не высокое и может колебаться от 60 до 85%.
Выход штейна невелик и составляет 3–8% от массы руды.
Образование шлака происходит за счёт реакций взаимодействия образующегося при восстановлении и сульфидировании оксида железа (II) с компонентами пустой породы. Силикаты магния и алюминия, содержащиеся в руде, растворяются в общей массе силикатов и образуют отвальный шлак. Чистый кварц, содержащийся в руде, ошлаковывается с оксидом железа:
2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2 (2.23)
Оставшийся свободный кварц реагирует с СаО, который образуется в печи из флюса СаСО3.
Загруженный в качестве флюса известняк при температуре 911оС полностью разлагается по реакции
СаСО3 = СаО + СО2 (2.24)
Образующийся оксид кальция образует силикат с кварцем пустой породы
СаО + SiO2 = CaO·SiO2 (2.25)
Состав шлака шахтной плавки окисленных никелевых руд колеблется в пределах, : SiO2 - 44–46 %, FeO – 18–22 %, CaO – 15–18 %, MgO – 8–12 %, Al2O3 – 4 -10 %.
Выход шлака обычно составляет 95–105% от массы шихты, хотя иногда его выход может достигать 120–130%. Это связано с тем, что при переработке богатых кварцем руд в шихту приходится добавлять большое количество известняка.
Содержание никеля в отвальных шлаках зависит от содержания в них оксида железа (II). С увеличением содержания оксида железа (II) в шлаке приводит к повышению содержания в нём никеля. На содержание никеля в шлаке влияет также его содержание в штейне. Чем богаче никелем штейн, тем больше никеля содержится в шлаке. Установлено, что коэффициент распределения никеля между штейном и шлаком
К = 
(2.26)
составляет порядка 100. При плавке на штейн содержанием никеля 15–20% шлаки обычно содержат 0,12- 0,2% никеля.
Прямое извлечение никеля в штейн составляет 70–85%.
Пылевынос из печи составляет около 15 % при переработке агломерата и 5-10% при переработке брикетов. Состав пыли практически не отличается от состава шихты и она направляется в оборот.
По своей конструкции шахтные печи для плавки окисленных никелевых руд имеют те же элементы, что и печи для плавки медных руд. Печи для плавки окисленных никелевых руд в имеют в области фурм площадь поперечного сечения 13,5–25 м2 и ширину 1,4-1,6м. Длина печей достигает 15м. Характерной особенностью печей является большой объём внутреннего горна и отсутствие водяного охлаждения его стенок. Это связано с наличием в штейне тугоплавкого ферроникеля, кристаллизация которого при охлаждении приводит к зарастанию горна. Кессоны шахтных печей представляют собой сварные коробки из листовой стали. Перепад температуры входящей и выходящей воды составляет обычно 5-15оС. Максимальное количество тепла, которое в этих условиях отводит 1л воды составляет 63 кДж.
В настоящее время получил распространение более эффективный способ отвода тепла – испарительное охлаждение. В этом случае в кессон подают горячую воду при температуре 30оС. В кессоне вода нагревается до температуры кипения и испаряется. В этом случае каждый литр воды будет отводить порядка 2550 кДж. В этом случае отвод тепла возрастает в 40 раз, а следовательно расход воды также уменьшится в во столько же раз.
Разделение жидких продуктов плавки – никелевого штейна и шлака может осуществляться как во внутреннем горне, а так же и в наружном. В первом случае горн оборудован шпуром для периодического выпуска штейна. На противоположной стороне горна имеется лётка для непрерывного выпуска шлака. При использовании наружного горна шлак и штейн совместно поступают в него по закрытому наклонному жёлобу. В нижней части горна находится штейн, а в верхней шлак. Шлак поступает в горн таким образом, что ему приходится всплывать через слой штейна. При этом он разогревает штейн и обедняется, так как штейн захватывает взвешенные в шлаке частицы штейна. Наружный горн также оборудован шпуром и лёткой.
Шахтная плавка окисленных никелевых руд характеризуется следующими основными технико–экономическими показателями:
Плавка агломерата Плавка брикетов
Удельный проплав, т/(м2·сут) 39–41 25- 27
Расход от рудной массы, %:
известняка 20-22 20-24
сульфидизатора 7–8 8–9
кокса 21-24 30–33
Содержание кислорода в дутье, % до 24 до 24,5
Извлечение в штейн, %:
никеля 66- 68 75–85
кобальта 42–43 45–50
Пылевынос, % от шихты 14-16 5– 10
Интенсификации процесса шахтной плавки окисленных никелевых руд и понижению расхода дорогостоящего кокса способствуют подогрев дутья и обогащение его кислородом. Так при плавке агломерата нагрев дутья на 300оС ведёт к экономии кокса на 25,2%, при 400оС – на 23,3% . Кроме того, при этом увеличивается проплав шихты на 10 и 15,3% соответственно. Обогащение дутья до с 25% содержания кислорода позволяет повысить проплав печи на 22,2%, а расход кокса уменьшить на 17%.
