Плавка на штейн
Плавку поводят в рудно-термических печах. Плавка в этих печах требует тщательной подготовки шихты, заключающейся в ее усреднении и сушке. Флотационные концентраты перед плавкой укрупняют методом агломерации или окатывания с последующим окислительным обжигом.
Механизм плавки: исходная твердая шихта погружена в шлаковый слой ванны в виде конических куч – откосов; часть шихты растекается по поверхност шлака. Плавление шихты осуществляется за счет теплоты, выделяемой при пропускании эл.тока через шлаковый расплав. ток в раб. Пространство печи подводится с помощью трех или шести угольных электродов. Максимальный перегрев шлака происходит вблизи электродов. Здесь же шлак наиболее насыщен пузырьками газа. В результате этого возникает разность в плотностях слоев шлаков. Циркуляционное движение шлака – важнейший рабочий процесс в рудно-термических печах – обеспечивает достаточно хороший массо- теплообмен в ванне. Температура плавки 1450оС.
Штейн: Ni 7-16%, Cu 7-12%, Co 0.3-0.5%, Fe 47-55%, S 23-27%.
Шлак: Ni 0.07-0.11%, Cu 0.06-0.10%, Co 0.03-0.04%, SiO2 41-45%, FeO 24-30%, MgO 10-22%, Al2O3 5-12%, CaO 3-5%.
Конвертирование медно-никелевого штейна
В связи с тем, что никель подвергается электролитическому рафинированию, при котором можно наиболее рационально извлечь кобальт, при конвертировании медно-никелевых штейнов стремятся кобальт оставить в файнштейне.
Присутствующие в медно-никелевых штейнах основные металлы по убыванию сродства к кислороду располагаются в ряд Fe-Co-Ni-Cu. Следовательно, чтобы кобальт сохранить в файнштейне, конвертирование нужно вести с неполным окислением железа. В противном случае кобальт будет переходить в конверторный шлак.
Конвертирование ведут в горизонтальных конвертерах вместимостью 75-100 тон.
Файнштейн: Ni 35-42%, Cu 25-30%, Co 0.7-1.3%, Fe 3-4%, S 23-24%.
Шлак: суммарное содержание меди, никеля и кобальта 2-2,5%. С целью обеднения конверторные шлаки подвергают дополнительной переработке в электрических печах в присутствии восстановителя. Продуктами обеднения являются штейн, направляемый на конвертирование, и отвальный шлак.
Разделение меди и никеля
Медно-никелевый файнштейн представляет собой сплав сульфидов Ni3S2 и Cu2S.
Разделение меди и никеля можно осуществить несколькими методами. Наибольшее распространение получил флотационный метод. Перед флотацией файнштейн необходимо охладить в течение 40-80 часов с тем, чтобы обеспечить получение достаточно крупных кристаллов и хорошее механическое вскрытие кристаллических фаз при его дроблении и измельчении.
Флотацию ведут в сильно щелочной среде. Пенный продукт – медный концентрат, хвосты – никелевый концентрат, в нем содержится Ni 68-72%.
Получение чернового никеля
Никелевые концентраты подвергают окислительному обжигу в печах КС при температуре 1100-1200оС. Полученный оксид содержит до 0,5% серы.
Восстановительную плавку ведут в две стадии:
1. Трубчатый отапливаемый реактор.
2. Дуговая электрическая печь.
Готовый черновой никель разливают на карусельной разливочной машине в аноды.
Электролитическое рафинирование никеля
Анодный никель – сложный по составу сплав, содержащий почти 12 металлических элементов и химические соединения металлов с селеном, теллуром, кислородом и серой.
Цель: получение катодного никеля и попутное извлечение ценных компонентов.
Электролитическое рафинирование никеля – сложный электрохимический процесс. Никель является электроотрицательным металлом, и поэтому такие примеси, как кобальт, железо, цинк, медь, а также катионы водорода могут совместно с ним или раньше разряжаться на катоде. Для предотвращения возможного загрязнения катодного никеля примесями и снижения выхода по току необходимо выполнение следующих условий:
1. Тщательная очистка электролита от примесей.
Очистка электролита включает следующие стадии:
- Очистку от железа проводят в чанах с воздушным перемешиванием;
- Очистка от меди осуществляется цементацией – восстановление одного металла другим более электроотрицательным;
- Очистку от кобальта проводят газообразным хлором.
2. Применение оптимальных состава электролита и электрического режима электролиза.
3. Разделение анодного и катодного пространств слабо фильтрующей, химически стойкой диафрагмой.
4. Обеспечение оптимальной циркуляции электролита.
Состав электролита: NiSO4, Na2SO4, NiCl2, H3BO3 (борная кислота).
Катоды изготовляют из титана.
Самостоятельно написать реакции, происходящие на аноде и катоде.
Электролитическое рафинирование никеля проводят в ваннах, объединенных по две в блоке и разделенных продольной стенкой. В ваннах устанавливают от 32 до 44 диафрагм, в которые помещают столько же катодных основ. Анодов в ваннах на один больше, чем катодов.