No Image

Сырье для производства никеля

0 просмотров
11 марта 2020

Никель получают из окисленных никелевых и из сульфидных медно-никелевых руд. В сульфидных рудах никель представ­лен главным образом изоморфной смесью сульфидов железа и никеля (Ni, Fe)S, а пустая порода состоит из силикатов железа и магния, пирротина Fe7Sg и других соединений. В этих рудах содержится 0,3-5,5 % Ni до 2,5 % Си, до 0,2 % Со и в небольших количествах металлы платиновой группы, а также Те, Se, Ag, Au.

Медно-никелевые руды обогащают флотационными способа­ми, получая медно-никелевый концентрат. Плавку руд с сум­марным содержанием более 4-5 % меди и никеля проводят без обогащения.

В окисленных рудах никель находится как правило в виде минералов ревдинскита 3(Ni, Mg)0 • 2Si02 • 2Н20 и гарние­рита nNiSiOj ■ mMgSi03 ■ НгО. Пустая порода состоит из алюмосиликатов, гидратированных оксидов железа, кварца и талька. Содержание никеля в этих рудах составляет 1—7 %, содержание кобальта достигает 0,15 %, медь или отсутст­вует, или Находится в незначительных количествах.

Окисленные руды, как правило, глинистые и содержат около 30% влаги. Перед плавкой их необходимо окусковы-вать, применяя для этого брикетирование или агломерацию, осуществляемую на ленточных агломерационных машинах. Ших­ту для агломерации измельчают до кусков размером 3—5 мм. Топливом служит коксик, расход его составляет 7,5—8,5 % от массы шихты.

При производстве никеля применяют также гипс, пирит, известняк, кварцевый флюс и древесный уголь.

§3. ПОЛУЧЕНИЕ НИКЕЛЯ ИЗ ОКИСЛЕННЫХ РУД

Переработка окисленных никелевых руд основана на том, что никель обладает большим химическим сродством к сере, чем

(Дробление, сушка, спекание)

Кокс
Флюсы

Гипс _1

Т1

Плавка на штейн

I 1

Продувка о конвертере В отвал

Шлак _1

Белый никелевый штейн

На извлечение Со

Дробление и изнельиение

I

Закись никеля
Древесный

IОчистка от пыли

Газы В трубу-
Пыль L

Рис. 242. Схема выплавки никеля из окисленных руд

к кислороду. Поэтому, чтобы отделить никель от пустой породы руды, его переводят в виде сульфида в штейн и далее из штейна получают никель.

Схема переработки окисленных руд приведена на рис. 242, а отдельные ее стадии описаны ниже.

Выплавка никелевого штейна

Штейн из окускованных окисленных никелевых руд обычно выплавляют в шахтных печах. По устройству и размерам они подобны печам, предназначенным для медной шахтной полу-пиритной плавки. Ширина печи 1,6-1,7, длина 10-16, высота около 7 м. Печь обычно снабжают 12—18 щелевидными фурмами размером 70×1200 мм. В качестве дутья используют воздух. Печи оборудованы наружным горном, где происходит разделе-

ние шлака и штейна, непрерывно выпускаемых из нижней час­ти печи. Кессоны, из которых выполнена шахта печи, охлаж­даются проточной водой или работают на испарительном ох­лаждении.

Целью плавки является максимальное извлечение никеля в штейн и перевод пустой породы руды в шлак.

Плавка является восстановительной, ее ведут с высоким расходом кокса (25—30% от массы агломерата). В печь за­гружают шихту, состоящую из агломерата или брикетов, гип­са или пирита, известняка и кокса. Кокс служит топливом, известняк вносит необходимый для формирования шлака оксид СаО, гипс CaS04 • НаО и пирит FeS2 являются сульфидизато-рами, т.е. вносят необходимую для процесса серу.

В нижней части шахты у фурм кокс сгорает до СО с выде­лением тепла, температура • в этой зоне составляет около 1000 °С (в фокусе горения у фурм

1600 °С). Газы, подни­мающиеся навстречу шихте, нагревают ее, сами охлаждаясь (их температура на выходе из печи равна 500—600 °С), а часть СО расходуется на восстановление оксидов шихты. Помимо окисления кокса в зоне высоких температур проте­кают следующие процессы:

—термическая диссоциация пирита (FS2 = FeS + l/2S2) и известняка;

—восстановление гипса после потери им гидратной влаги CaS04 + 4CO = CaS + 4С02;

—частичное восстановление газом СО никеля и железа из оксидов;

—химическое взаимодействие между составляющими шихты с образованием легкоплавких соединений, расплавление шихты;

Читайте также:  Бензопила хаммер отзывы владельцев

—сульфидизация никеля ранее образовавшимися FeS и CaS:

В нижней части шахты и в наружном горне расплав рас­слаивается на штейн и шлак. Получающийся никелевый штейн — это сплав сульфидов Ni3S2 и FeS, в котором в небольших количествах растворены свободные металлы — железо и никель. Выход штейна составляет 5-8 % от массы агломерата. В штейне содержится 15—20% Ni, 55—63% Fe, 17—23 % S и небольшое количество кобальта.

Вторым жидким продуктом является шлак, содержащий, %: 43-46 Si02, 4-10 А123, 18-22 FeO, 15-20 СаО, 8-12 MgO и около 0,15 Ni, главным образом в виде корольков штейна. Выход шлака составляет 100—120% от массы агломерата.

Конвергирование никелевого штейна

Цель конвертирования — получить никелевый файнштейн (сплав Ni3S2 и Ni) путем окисления железа и связанной с ним серы. Процесс осуществляют в горизонтальных конвер­терах вместимостью 20-30 т, конструкция которых схожа с конструкцией горизонтальных конвертеров, применяемых для конвертирования медных штейнов (см. рис. 241). Дутьем служит воздух.

Штейн продувают постепенно, т.е. заливают порциями по 2—4 т с одновременной подачей кварцевого флюса для ошла-кования железа. При продувке вначале окисляется металли­ческое железо, его окисление длится до 45 мин, за это время накапливается количество штейна, соответствующее вместимости конвертера.

Основная реакция этого периода имеет вид 2Fe + 02 + + Si02 = (FeO)2 • Si02. В результате этой экзотермической реакции расплав разогревается. Температуру рекомендуется держать на уровне 1300 °С. Чтобы не превышать этот уро­вень, в конвертер дают холодные присадки (ферроникель, твердый штейн).

В дальнейшем протекает окисление сульфида железа:

Окисляется также значительная часть кобальта. Общая дли­тельность продувки равна 8—12 ч.

Получаемый файнштейн представляет собой сплав Ni3S2 с Ni, файнштейн разливают в изложницы. Он содержит 76—78% Ni, 19-21% S, 0,2-0,4% Fe, 0,3-0,5% Со И

Обжиг файнштейна

Окислительный обжиг файнштейна имеет целью удалить серу до содержания 2 и расширяется кверху, чтобы уменьшить скорость отходящих газов и тем самым вынос пыли (частиц файнштейна). В поду из жароупор­ного бетона расположено множество (до 2000) отверстий (соцел) для подачи воздуха. Для загрузки шихты служит

воронка, а с противоположной стороны печи имеется разгру­зочное устройство.

Процесс обжига автогенный и непрерывный, через воронку в печь непрерывно загружают из­мельченный до

Перед этим, если огарок печи кипящего слоя содержит > 0,45 % Си, про­водят дополнительную операцию — обезмеживание. Огарок при 700—800 °С подг вергают обжигу в реакторе, подобном трубчатой печи, добавляя в него 10—15 % сильвинита (КО • NaCl), в результате чего медь переходит в растворимые в воде соединения СиС12 и CuS04> которые затем удаляют из огарка, растворяя в подкисленной воде.

Шихтой служат NiO, малосернистый нефтяной кокс (вос­становитель), известняк. Плавку проводят периодическим или полунепрерывным процессом. Плавка периодическим про­цессом длится 6—8 ч и включает загрузку шихты, расплавле­ние, доводку и выпуск металла. После слива предыдущей плавки в печь загружают смешанные в заданной пропорции NiO и коксик. При плавлении шихты происходит восстановле­ние NiO углеродом кокса:

с образованием жидкого никеля, а также растворение угле­рода в никеле. После окончания восстановления проводят доводку с целью удаления избыточного углерода — в печь вводят NiO и углерод окисляется, реагируя с кислородом оксида. В этот период в печь загружают известняк, наводя известковый шлак, в который удаляется сера.

При полунепрерывном процессе в печи всегда имеется жидкий металл. Шихту непрерывно загружают на поверхность жидкой ванны через отверстие в своде печи. После набора требуемой массы восстановленного никеля загрузку прекра­щают и проводят доводку, после чего большую часть металла выпускают из печи, а далее вновь ведут непрерывную за­грузку шихты и наплавление ванны.

Готовый жидкий никель гранулируют, сливая в бассейн с водой, получая так называемый огневой никель в виде гра­нул, он содержит более 98,6 % Ni, менее 0,1 % С и менее 0,6% Си.

Читайте также:  Направляющие полного выдвижения push to open

Дата добавления: 2015-06-22 ; просмотров: 851 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Промышленное производство никеля, возникшее более 100 лет назад, за последнее время быстро увеличивается. Никель – один из важнейших легирующих элементов в сталях. Он входит (вместе с другими легирующими элементами) в состав наиболее качественных конструкционных сталей, большинства марок нержавеющих, жаропрочных сталей. В технике широко применяют сплавы на никелевой основе: магнитные, высоко омического сопротивления и др. Для производства легированных сталей и никелевых сплавов расходуется около 80% никеля. Никель применяют также для антикоррозионных покрытий, как катализатор и т. д.

Сырье для производства никеля — окисленные никелевые или сульфидные медно-никелевые руды. В окисленных рудах никель находится в виде силикатов nNiO•SiO2-mMgO-SiO2"H2O; в этих рудах содержится 1— 7% никеля. В сульфидных рудах никель находится в виде NiS; в этих рудах 0,3—5,5% Ni, до 2,5% Си, часто содержится кобальт, а также платина, иридий и другие элементы платиновой группы.

Технология производства никеляиз окисленных руд показана на схеме рис. 2.7. Окисленные руды, как правило,—рыхлые с большим содержанием глинистых веществ и влаги. Перед плавкой их измельчают, сушат и затем окусковывают путем брикетирования на прессах или агломерацией на ленточных машинах.

Штейн наиболее часто выплавляют в шахтных печах прямоугольного сечения (ширина 1,5 м, длина 10—15 м, высота 6 м) с воздушным дутьем через щелевидные фурмы. Шихта состоит из агломерата или брикетов руды, кокса, известняка СаСО3 и других материалов. Продуктом плавки является штейн (или роштейн) — сплав сульфидов никеля и железа (Ni3S2 и FeS), содержащий 12…30 % Ni, 45…60 % Fe, 17…23 % S, небольшое количество меди и кобальта.

Плавку на файнштейнпроизводят путем продувки расплавленного штейна воздухом в конверторах, по устройству аналогичных конверторам Для получения черновой меди. Плавка делится на два периода. В первый период происходит окисление и удаление металлического железа. В конвертор заливают первую порцию расплавленного штейна, обычно 2…4 т (до 10 т), загружают флюс — кварцевый песок (SiO2) для ошлакования железа и ведут продувку 16…20 мин. Окисление и ошлакование железа происходит по следующей реакции: 2Fe+O2+SiO2=(FeO)2-SiO2+Q.

Образующийся шлак сливают, заливают новую порцию штейна, загружают флюс и продолжают продувку; эти операции повторяют несколько раз, постепенно увеличивая продолжительность продувки до 40…45 мин, по мере накопления обедненного железом штейна и заполнения емкости конвертора.

Рис 2. 7. Схема производства никеля из окисленных руд

Во второй период продувки интенсивно окисляется сульфид железа по реакции 2FeS4-3O2+SiO2 — (FeO)2-•SiO2 + 2SO2. Продукт плавки — файнштейн (или белый никелевый штейн) —сплав сульфида никеля Ni3S2и никеля, который содержит 75—78% Ni (около 15% металлического), 20—23% S, небольшое количество кобальта, меди, железа.

Окислительный обжиг файнштейна производят для удаления серы и получения закиси никеля NiO по реакции 2Ni3S2 + 7O2 = 6NiO+4SO2.

До обжига файнштейн дробят и измельчают до 0,5 мм. Обжиг ведут сначала в многоподовых печах без затраты топлива (за счет горения серы), а затем в трубчатых вращающихся печах, отапливаемых мазутом или газом. В последнее время применяется прогрессивный обжиг в кипящем слое.

Для восстановления никеля проводят плавку в дуговых электрических печах (аналогичных сталеплавильным) емкостью 3,5—10 т. Восстановителем служит древесный уголь или нефтяной кокс, чистые по сере. Восстановление протекает аналогично прямому восстановление железа в доменной печи по итоговой реакции NiO +C=Ni+CO-Q.

В процессе плавки образуется и растворяется в жидком никеле карбид Ni3C. Для снижения углерода до 0,1—0,3% в конце плавки производят доводку присадками закиси никеля Ni3C + NiO=4Ni + CO. Для удаления серы в печь загружают известняк. Черновой никель содержит 99,2—99,6% (Ni-f-Co), 0,3—0,8% Fe, 0,04—0,4% Си. Электролитическое рафинирование никеля обычно проводят в бетонных ваннах, футерованных керамической плиткой. Аноды—литые пластины из чернового никеля (масса 250—360 кг), катоды — тонкие листы из рафинированного чистого никеля. В ванне устанавливают 30—35 катодов и 31—36 анодов. Электролит — водный раствор сульфата никеля NiSO4. При электролизе на катоде может выделяться не только никель, но также медь, кобальт и железо. Чтобы избежать этого, катоды помещают в ванне в плоских коробках — диафрагмах со стенками из брезента, хлорвиниловых и других тканей (рис. 2.8).

Читайте также:  Мини дом для временного проживания
Рис. 2.8. Схема ячейки электролизной ванны: / — анод; 2 — катод; 3 — диафрагма

Чистый электролит (католит) непрерывно заливается в диафрагму; электролит, содержащий примеси (анолит), непрерывно удаляют и направляют на химическую очистку от меди, железа и кобальта. Напряжение на ванне около 3 В, расход электроэнергии на 1 т никеля около 3000 кВт-ч. За 10—15 суток катод наращивают до толщины 10—15 мм, вынимают из ванны и разрезают на куски. Из анодного шлама извлекают платину и другие ценные металлы.

Сульфидные медно-никелевые рудыперерабатывают по технологии, аналогичной переработке медных руд. Бедные руды обогащают методами флотации, обычно получая медно-никелевый концентрат; реже — селективной флотацией — получают медный и никелевый концентраты (содержащие медь). Перед плавкой концентрат подвергают обжигу, иногда агломерации или окатыванию. Плавку на штейн концентратов проводят в отражательных пламенных печах (как при производстве меди). Богатые руды в крупных кусках и окускованный концентрат, (агломерат, окатыши) плавят в электрических дуговых печах. Медно-никелевый штейн содержит 9—13% никеля в виде Ni3S2, 5—10% меди (Cu2S), 48—56% железа (FeS), 0»3% кобальта. После продувки воздухом в конверторе получают медно-никелевый файнштейн, содержащий 20—60% Ni, 25—50% Си, 10—20% S, а также железо, кобальт, металлы платиновой группы. После медленного охлаждения для укрупнения кристаллов Cu2S и распада N13S2 с выделением никеля файнштейн измельчают до 0,05 мм и подвергают флотации по способу И. Н. Маеленицкого. При этом получают два концентрата: никелевый с 65—68% Ni и 2— 4% Си и медный с 68—74% Си, 3,5—6% Ni.

Никелевый концентрат подвергают обжигу и другим операциям (см. рис. 29). Для извлечения никеля из медно-никелевых файнштейнов можно применить карбонильный способ. Сплав измельчают и обрабатывают окисью углерода СО при давлении 70—200 ат и температуре около 200°С. В результате обработки образуются жидкие карбонилы Ni(CO)4, Fe(CO)5 и др. Ректификацией выделяют карбонил никеля Ni(CO)4) который затем разлагают при 300 °С с выделением порошкообразного никеля.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Никель получают из окисленных никелевых и из сульфидных медно-никелевых руд. В сульфидных рудах Ni представлен главным образом изоморфной смесью сульфидов железа и никеля (Ni, Fe)S, а пустая порода состоит из силикатов железа и магния, пирротина Fe7Sg и других соединений. В этих рудах содержится 0,3-5,5 % Ni до 2,5 % Cu, до 0,2 % Со и в небольших количествах металлы платиновой группы, а также Те, Se, Ag, Au.

Медно-никелевые руды обогащают флотационными способами , получая медно-никелевый концентрат. Плавку руд с суммарным содержанием более 4-5 % меди и никеля проводят без обогащения.

В окисленных рудах никель находится как правило в виде минералов ревдинскита и гарниерита . Пустая порода состоит из алюмосиликатов, гидратированных оксидов железа, кварца и талька . Содержание никеля в этих рудах составляет 1—7 %, содержание кобальта достигает 0,15 %, медь или отсутствует, или Находится в незначительных количествах.

Окисленные руды служащие сырьем для производства никеля, как правило, глинистые и содержат около 30% влаги. Перед плавкой их необходимо окусковывать, применяя для этого брикетирование или агломерацию , осуществляемую на ленточных агломерационных машинах. Шихту для агломерации измельчают до кусков размером 3—5 мм. Топливом служит коксик, расход его составляет 7,5—8,5 % от массы шихты.

При производстве никеля применяют в качестве сырья также гипс, пирит, известняк, кварцевый флюс и древесный уголь.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
Adblock detector