ВЫПЛАВКА НИКЕЛЯ ИЗ ШТЕЙНОВ

Продувка в конверторе

Штейны из окисленных руд продувают для отделения железа в обычных конверторах. Сначала окисляется металлическое железо, потом сульфид (85):

2Fe + O2 + SiO2 = Fe2SiO4; ΔH0298 = — 575 кДж.

Практически наблюдаемая очередность окисления обусловлена различной потребностью в кислороде и большей скоростью реакции (154), а также возможностью окисления железа сернистым газом:

3Fe + SO2 = 2FeO + FeS.

Никель и кобальт не шлакуются: окислы их в присутствии FeS тотчас вновь сульфидируются.

В конвертор заливают по 4—10 т штейна, каждый раз продувая его при подаче кварца, и набирают жидкую массу в количестве, соответствующем емкости конвертора. Шлак сравнительно беден никелем и кобальтом, пока в штейне еще много железа. Продолжительность продувок по мере накопления расплава сульфидов постепенно возрастает с 15 до 45 мин. Иногда продувку ведут сразу в нескольких конверторах, а богатую массу собирают в один из них. Во время горячего хода, когда выгорает металлическое железо, дают холодные просадки ферроникеля, штейна и других твердых материалов, избегая перегрева футеровки и ее быстрого износа; температура должна быть не выше 1300—1350° С из-за износа футеровки.

После набора обогащенного штейна завершают продувку, сливают последнюю порцию шлака, а файнштейн разливают в песочные изложницы: железо он сильно разъедает.

Получение никеля в конверторе подобно получению меди при обычных условиях невозможно. Металл, который предположительно мог бы восстановиться по реакции:

4NiO + Ni3S2 = 7Ni + 2SО2,

здесь не выделяется в виде отдельной фазы, а растворяется в сульфиде и, естественно, вновь сгорает

2Ni + О2 = 2NiO.

Предупредить окисление можно в условиях быстрого восстановления сульфидом по реакции. Расчеты и опыты показывают возможность прямой выплавки никеля из штейна только при температурах выше 1700° С в электропечах или конверторах на кислородном дутье; пока это не применяют.

Файнштейн — сплав сульфидов и металлов. В Ni3S2 теоретически содержится 73,5% никеля и 26,5% серы, а в файнштейне соответственно 75—78 и 20—24%, из этого видно, что часть никеля (до 1/5) находится в виде металла. Железа з файнштейне 0,2—0,5%, кобальта 0,3—0,6%, меди до 1%.

Конверторный шлак состоит в основном из Fe2SiО4 и Fe3О4, в нем около 28% SiО2. Никель присутствует здесь преимущественно в виде мелких включений штейна и частично ошлакован, содержание его в последних сливах достигает 2 и кобальта 1,5%, а в среднем соответственно около 1 и 0,4%.

Шлак обедняют в электропечах или конверторах плавкой с бедным штейном. В отведенный для этого конвертор заливают штейн, потом шлак, перемешивают их, продувая воздух, и дают отстояться при подогреве форсункой. В слитом после этого шлаке остается 0,15% никеля и 0,05% кобальта, его отправляют в отвал. Штейн перемешивают с новой порцией шлака и повторяют это до накопления в нем 1,3% Со, затем штейн заменяют.

При отсутствии электролитического рафинирования кобальт продолжают концентрировать в отдельной фракции штейна тем же способом, чередуя продувки и перевод его в шлак с извлечением во все более богатый штейн. В итоге получают «богатую массу», где отношение никеля и кобальта равно 6, а содержание кобальта до 5%.

Газы, уносящие из конвертора около 3% штейна и флюсов в виде пыли, имеют переменный состав. В начале продувки, пока горит железо, содержание в них сернистого газа не более 1%,. остальное — азот, а в конце — до 14%. Пыль улавливают в осадительных камерах и направляют в оборот, а сернистый газ не используют: периодичность его выделения здесь еще больше, чем в медеплавильных конверторах.

Статья на тему Выплавка никеля из штейнов