Переработка сульфидных медно-никелевых руд

Переработка окисленных руд

Прежде всего, из подготовленной окускованной руды выплавляют штейн. В штейн переходит никель, который легко отеляется от расплавленной породы, образующей шлаки.

1.Выплавка штейна. Для этого применяются шахтные печи, подобные медеплавильным. В печь загружают шихту, состоящую из агломерата или брикетов, крупных кусков руды, пирита или гипса, а также флюса (известняк). Топливом служит кокс, расход которого значителен (25¸30% от массы шихты). Чтобы снизить расход кокса, дутье подогревают и обогащают его кислородом.

Цель шахтной плавки состоит в максимальном переводе никеля и кобальта в штейн и в ошлаковании пустой породы.

Никелевый штейн содержит:

- Ni – 15 ¸ 20%;

- Fe – 50 ¸ 60%;

- S – 20%;

- Co до 1%.

Образующийся шлак состоит в основном из кремнезема»45%. Он может быть использован в строительстве.

Выходящие из печи газы уносят большое количество мелких частей шихты (до 15% от общей массы), поэтому газы отчищают в пылеулавливающих устройствах. Полученный штейн отправляют на следующий передел.

2.Конвертирование состоит в продувке штейна в агрегатах, аналогичных конвертерам для получения меди. Однако никель, подобно черновой меди не получают.

Цель: перевод Fe и по возможности Co в шлак, а так же S в газы.

Для ошлакования Fe в конвертер подают кварцевый флюс одновременно с заливкой порции штейна. В результате конвертирования получают: файнштейн, конвертерный шлак и газы. Файнштейн содержит»80% никеля.

Файнштейн дробят, измельчают и отправляют на обжиг для удаления S.

3.Обжиг осуществляется в две стадии, так как файнштейн способен спекаться и S удалить трудно, поэтому:

1) сначала файнштейн обжигают в печах КС автогенно;

2) обжиг во вращающихся трубчатых печах до полного окисления остатков сульфидов и удаления S.

4.Восстановление осуществляется в дуговых электрических печах. К оксиду никеля, загружаемого в печь, добавляют малосернистый нефтяной коксик, содержащий 93-95%С. В процессе плавки оксид никеля восстанавливается по реакциям:

NiO + C ® Ni + CO­;

NiO + CO ® Ni + CO₂­.

Полученный товарный никель гранулируют, сливая его тонкой струйкой в бассейн с водой. Гранулы сушат и отправляют потребителю. Электропечной шлак содержит 3¸4% никеля, поэтому его перерабатывают как оборотный продукт в конвертере.

Ферроникель м.доп.

Рис.13

Рис.14

1. Плавка на штейн. Окускованные и обожженные богатые руды и концентраты подвергают плавке на штейн. Для плавки применяют рудно-термические электрические печи.

В печь загружают шихту (предварительно высушенную), состоящую из подготовленной руды и небольшого количества флюса (известняка) для образования шлака, в который переходит пустая порода шихты. Шлак пригоден для изготовления строительных блоков, щебня, шлаковой ваты.

Полученный шлак содержит:

- Ni до 14%;

- Cu до 10%;

- Fe»50%;

- S»25%;

- Co до 0,3%.

Выделяющиеся при плавке газы содержат мало сернистого газа и непригодны для производства серной кислоты без предварительного концентрирования. Полученный штейн отправляют на конвертирование.

2. Цель конвертерного передела, как и при переработке окисленных руд, состоит в ошлаковании железа. В данном случае получают медно-никелевый файнштейн, содержащий:

- Ni до 45%;

- Co до 1%;

- S до 24%;

- Cu до 30%;

- Fe до 3%, а также металлы платиновой группы.

Конвертерный шлак подвергают обеднению путем одно- двукратного переплава в электрических печах с бедным штейном, возвращающимся на производство, а конечный шлак отправляют в отвал.

Жидкий файнштейн медленно охлаждают в течение 40 часов. Кристаллы сульфидов никеля и меди обособляются и укрупняются. Их измельчают и затем разделяют флотацией на медный и никелевый концентраты.

3.Никелевый концентрат обжигают в печах КС для удаления из него S. Полученный оксид никеля (никеля»80%) плавят с восстановителем в дуговых печах, в результате чего получают черновой никель (в отличии от окисленной плавки в качестве восстановителя применяют мелочь каменного угля, а не нефтянного коксика).

После восстановительной плавки металл из печи разливают в анодные изложницы.

Аноды имеют форму плиты, толщиной 50¸90 мм, массой 250¸360 кг. Состав никелевых анодов:

-никеля – 88¸89%,

-железа – 2%,

-кобальта 1,2-2,2%,

- меди – 3- 6%,

- серы – 0.4-0.5%.

4. Электролитическое рафинирование никеля отличается от электролитического рафинирования меди, так как отделить примеси других металлов от никеля электролизом труднее, чем от меди.

Железо и кобальт осаждаются на катоде вместе с никелем, т.к. они имеют близкие электродные потенциалы, а медь осаждается в первую очередь, потому что ее потенциал положительнее потенциала никеля.

Чтобы не пропустить к катоду примеси других металлов его окружают диафрагмой (коробка из плотной ткани).

катод

Катод – тонкие листы чистого электролитического никеля (менее 1 мм).

Электролит – раствор сульфата никеля или его смеси с хлоридом никеля.

диафрагма

аноды

Процесс идет в ваннах, изготовленных из бетона и покрытых кислотоупорной плиткой или кирпичом; в ваннах устанавливают 30¸45 катодов и 31¸46 анодов. Температура электролиза»70°С.

Рис.15

Масса никелевых катодов за 12-13 дней увеличивается до 45 кг, а их толщина – до 16 мм.

Катоды после этого выгружают, промывают и разрезают на плитки установленного размера, которые отправляют потребителю.

Этот процесс рафинирования позволяет получить никель следующих марок: Н0, Н1 с содержанием 99,99% и 99,03% (никеля + кобальт) и попутно извлечь кобальт и другие благородные металлы.

В последние годы в пирометаллургической переработке сульфидных руд внедряются новые технологические процессы и переделы.