Файл: Серебряный Я.Л. Электроплавка медно-никелевых руд и концентратов.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 80
Скачиваний: 0
этому эти |
руды |
называются |
медно-никелевыми. |
|
В сульфидных |
||||||||
рудах всегда |
присутствуют Кобальт (до 3% по отношению к никелю),, |
||||||||||||
а также |
небольшое |
количество золота, |
серебра, |
селена, |
теллура |
||||||||
и металлов платиновой группы: платины, |
палладия, осмия, рутения, |
||||||||||||
иридия, |
родия (до |
10,6 |
г/т). |
|
Fe7S8, часто находится в |
виде |
|||||||
.Железо в руде, помимо пирротина |
|||||||||||||
магнетита |
(FegOJ — магнитной окиси железа, содержание которой |
||||||||||||
в руде достигает |
10%. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Пустая |
|
порода сульфидных медно-никелевых руд содержит |
|||||||||||
следующие окислы: кремнезем |
S i02 |
(3—45%), окись магния |
MgO |
||||||||||
(1—36%), |
глинозем А120 3 |
(д о 20%), |
окись кальция |
СаО (до |
10%). |
||||||||
Значительное содержание |
в пустой породе.окиси |
магния |
обуслов- |
||||||||||
' ливает тугоплавкость сульфидных медно-никелевых руд. |
|
|
|||||||||||
Сульфидные медно-никелевые руды обычно .встречаются в ультра- |
|||||||||||||
основных |
(меньше 40% SiO,) и основных (52—40% |
S i0 2) горных |
|||||||||||
породах |
в виде жил |
или мощных рудных тел. . . |
|
|
|
|
|||||||
Среди геологов по вопросу о происхождении сульфидных медно |
|||||||||||||
никелевых |
руд нет единого мнения, однако большинство |
геологов |
|||||||||||
считает, |
что сульфидные |
медно-никелевые руды имеют магматиче |
|||||||||||
ское происхождение. |
Согласно |
магматической теории происхожде |
|||||||||||
ния сульфидных медно-никелевых руд, в период |
рудообразования |
||||||||||||
(миллионы |
лет назад) расплавленная магма, находящаяся |
под |
|||||||||||
давлением |
горных пород земной коры, заполняла |
все ее |
разломы |
||||||||||
и трещины. Химическое исследование |
магматических горных пород |
||||||||||||
показывает, |
что в состав |
никельсодержащей магмы входит до 50% |
|||||||||||
кремнезема, |
а также сульфиды никеля, |
меди, железа. При остыва |
|||||||||||
нии магмы в первую очередь кристаллизовался силикатный расплав, а затем сульфидный.
Если магма остывала быстро, то капельки сульфидов кристалли зовались в смеси с основной массой силикатов магмы, что приводило к образованию вкрапленной руды. Если магма остывала медленно, то отдельные капли сульфидов успевали просачиваться через всю толщу магмы и застывали в трещинах в виде сплошных жил чистых
сульфидов — с п л о ш н ы е |
с у л ь ф и д н ы е |
р у д ы . |
Чаще всего сульфидные |
медно-никелевые |
руды встречаются |
в виде тонких жил и вкраплений. Рудные тела могут располагаться как полого, так и с крутым наклоном. Часто рудное тело, выходит на поверхность и сульфидную руду добывают открытым способом. С большой глубины руду добывают подземнымспособом.
При эксплуатации ряда месторождений (Каула, Норильск в Со ветском Союзе, Седбери в Канаде) руду добывают как открытым, так и подземными способами. В сульфидных медно-никелевых рудах содержится от 0,3 до 5,5% никеля, от 0,2 до 17% меди, от 0,02 до 0,2% кобальта (табл. 2). В Советском Союзе месторождения сульфид ных медно-никелевых руд находятся в северных районах страны: на Кольском полуострове и на полуострове Таймыр. За рубежом главнейшие разведанные запасы медно-никелевых ,руд сосредото чены в Канаде (в провинции Онтарио и Северной Манитобе) и Авст ралии.
13
Место
рождение
Советский
Союз:
А
А
Б
Б
В
Г
Д
д
Седбери,
Канада
Место
рождение
Советский
Союз:
А
А
Б
Б
В
Г
Д
д
Седбери,
Канада
Таблица 2
Химический состав, %, медно-никелевых руд различных месторождений
Тип руды |
N1 |
Cu |
Со |
Fe |
S |
Сульфидная |
руда |
1,77 |
1,20 |
0,04 |
21,08 |
9,54 |
|
Богатая |
рудная |
3,82 |
1,43 |
0,075 |
34,59 |
20,87 |
|
брекчия . |
. . . |
||||||
Жильная богатая |
5,10 |
2,60 |
0,18 |
52,1 5 |
31,91 |
||
руда . . . . . . |
|||||||
Вкрапленная |
ру |
0,81 |
0,43 |
|
3,43 |
0,74 |
|
да ............................ |
|
|
|
||||
Вкрапленная |
ру |
0,62 |
0,21 |
0,02 |
13,9 |
1,7 |
|
да ............................ |
|
|
|||||
Вкрапленная |
ру |
0,36 |
0,96 |
|
11,06 |
2,26 |
|
да ............................. |
|
|
|
||||
Сплошная |
суль |
3,9—4,5 |
11—17 |
0,07— |
33—35 |
25—27 |
|
фидная руда |
|
||||||
|
|
|
|
|
0,08 |
|
|
То ж е ................. |
|
|
3 |
3 |
— |
45 |
30 |
» » ................... |
|
|
5 -5 ,5 |
1,5-4,5 |
— |
35-45 |
18—26 |
Тип руды |
|
Si02 |
MgO |
А Ь Оз |
CaO j |
||
Сульфидная |
руда |
30,86 |
16,40 |
8,16 |
1,80 |
|
Богатая |
рудная |
17,93 |
9,82 |
4,59 |
1,96 |
|
брекчия . . . . |
||||||
Жильная богатая |
1,79 |
12,5 |
2,78 |
0,32 |
||
р у д а ................... |
|
|
||||
Вкрапленная |
ру |
44,08 |
36,58 |
1, 16 |
1,22 |
|
да ....................... |
|
|
||||
Вкрапленная |
ру |
34,3 |
27,8 |
4,04 |
_ |
|
да ....................... |
|
|
||||
Вкрапленная |
ру |
44,08 |
8,67 |
16,12 |
9,84 |
|
да ................... |
|
■. |
||||
Сплошная |
суль |
6—9 |
1,0—1,5 |
2,5 5,5 |
0,5—2,5 |
|
фидная руда |
|
|||||
То ж е ................. |
|
|
3 |
1 |
10 |
2 |
» > ................... |
|
|
12—24 |
1—1,5 |
3--8 |
2,0 |
14
§4. Общая схема переработки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов
Медно-никелевая сульфидная руда служит полиметаллическим рудным сырьем, так как, кроме никеля, меди и кобальта, в ней могут содержаться платиноиды, золото, серебро, селен, теллур. При хорошо организованном производстве из руды извлекают до четырнадцати ценных элементов (например, на Норильском горнометаллургическом комбинате).
Технологическая схема переработки сульфидных медно-никеле вых руд представляет собой цепь последовательных операций, в результате которых исходное сырье претерпевает различные физико-химические превращения, сопровождающиеся постепенным увеличением концентрации никеля и других металлов в продуктах каждой технологической операции.
Основные технологические операции процесса получения никеля из сульфидных медно-никелевых руд следующие (рис. 1): подго товка руды к плавке, плавка руды и концентрата на медно-никеле вый штейн, конвертирование штейна с получением файнштейна, флотационное разделение медно-никелевого файнштейна на никеле вый и медный концентраты, обжиг никелевого концентрата до закиси никеля, восстановительная электроплавка закиси никеля на анод ный металл, электролитическое рафинирование анодов.
В настоящее время богатые сплошные сульфидные медно-никеле вые руды плавят в шахтных и электрических печах. Подготовка богатой руды к плавке состоит в дроблении ее до соответствующей крупности, подсушке рудной мелочи и приготовлении такой усред ненной шихты (смеси) из руды, флюсов, кокса и т. д., которая обес печивала бы высокие технологические показатели плавки.
Вкрапленную и отсортированную бедную руду, содержащую более 15% пустой породы, нецелесообразно перерабатывать без предварительной подготовки, так как при ее плавке расходуется много электроэнергии или топлива (для получения одной тонны металлургического никеля). Поэтому бедные руды перед плавкой подвергают обогащению.
Основным методом обогащения служит -флотация. В результате флотации получают коллективный (общий) медно-никелевый кон центрат, в который извлекаются сульфидные металлсодержащие минералы, и так называемые хвосты — пустая порода, направляе мая в отвал. Кроме этого, при необходимости коллективный кон центрат можно разделить флотацией на медный и никелевый.
Полученный концентрат в зависимости от последующей техноло-- гии его переработки может быть подвергнут обжигу (заводы «Томп сон» и «Коппер-Клифф», Канада), агломерации (Норильский комби нат), окатыванию с последующим окислительным обжигом окатышей на ленточных конвейерных машинах («Североникель», «Печенганикель»).
Подготовленный концентрат плавят в отражательных («КопперКлифф»), шахтных («Конистон» и «Фальконбридж», Канада) и элек-
15
концентрата . Плавка
J Кварц
Электроплавка на анодйі Конвертирование
1
§?
%
1
&
Рис. I. Технологическая схема переработки медио-ннкелевых руд иа отечественных заводах
іб
тропечах («Северомикель», .«Печенганикель», Норильский комбинат, завод «Томпсон») либо вместе с крупнокусковой богатой рудой, либо без нее. На отечественных медно-никелевых заводах шахтную плавку вытеснила злектроплавка, которая занимает ведущее место в технологической схеме переработки медно-никелевых руд.
В результате плавки получают штейн, шлак, пыль и газы. Штейн - представляет собой сплав сульфидов никеля (Ni3S2), меди (Cu2S),
кобальта (CoS) и железа (FeS). |
Кроме сульфидов, в штейне всегда |
|
имеется некоторое количество |
магнетита — магнитной |
окиси же |
леза (Fe30 4). Медно-никелевый |
штейн содержит 9—17% |
Ni, 4,5— |
15% Cu, 0,25—0,6% Со, 23—27% S, 45—50% Fe.
При плавке пустая порода рудного сырья переходит в шлак, который транспортируется в отвал. Шлак — это в основном сплав окислов магния (MgO), кремния (Si02), железа (FeO), кальция (СаО) и алюминия (А1,03). Отвальный шлак содержит 0,05—0,12% Ni, 0,04—0,08% Cu, 0,025—0,05% Со,.40—45% SiO„ 10—22% MgO, 24—32% FeO.
Штейн перерабатывают в конвертерах, чтобы удалить из него почти все железо и часть серы. Расплавленный штейн заливают
вконвертер и продувают сжатым воздухом. При продувке сульфид железа окисляется кислородом воздуха до закиси железа (FeO), при этом образуется сернистый газ (SO.,). Для отделения закиси железа от сульфидной массы в конвертер добавляют кварцевый флюс, связывающий закись железа в легкоплавкий конвертерный шлак, который периодически удаляют из конвертера. По мере окисления и шлакования железа сульфидная масса обогащается никелем, медью и кобальтом. Штейн продувают до тех пор, пока содержание железа в сульфидной массе не снизится до 3%.
Врезультате конвертирования получают следующие продукты: медно-никелевый файнштейн, конвертерный шлак, пыль, газы. Медно-никелевый файнштейн представляет собой в основном сплав сульфидов никеля и меди. Соотношение содержания никеля и меди
вфайнштейне зависит от содержания этих металлов в исходном сырье. Он содержит 33—50% Ni, 25—40% Cu, 0,6—1,2% Со, до 3% Fe и 23—24% S.
Конвертерный шлак содержит 22—26% S i02, 50—55% Fe, 0,6— 1,5% Ni, 0,5— 1,5% Cu и 0,15—0,4% Со. Ввиду значительного содержания никеля, меди и кобальта конвертерный шлак направ ляют на обеднение или в рудные электропечи или в электропечи восстановительной плавки.
Конвертерные газы очищают от пыли в пылевых камерах и элек трофильтрах, после чего направляют в сернокислотное производство для получения из сернистого ангидрида серной кислоты («Североникель», «Кбппер-Клифф» в Канаде). Уловленную пыль перера батывают в конвертерах (в виде холодных присадок) или в рудных электропечах (после предварительного окускования).
Медно-никелевый файнштейн разливают в изложницы и подвер гают замедленному охлаждению. Замедленное охлаждение файн-
штейна |
способствует укрупнению мелких |
кристаллов сульфидов |
2 Я. |
Л. Серебряныіі |
1j? |
никеля и меди, что благоприятно влияет на качественные показа тели последующей операции — флотационного разделения файнштейна на медный и никелевый концентраты.
После дробления и тонкого измельчения файнштейн подвергают флотации, в результате которой получают два продукта: никеле вый концентрат, содержащий 68—69% Ni и 3,0% Си, и медный концентрат, содержащий 70% Си и 3,5% Ni.
Полученный при флотационном разделении файнштейна никеле вый концентрат подвергают окислительному обжигу для перевода сульфида никеля Ni3S2 в легко восстановимую закись никеля NiО:
2Ni3Sа + 702 = 6NiO +4SCC.
В процессе обжига необходимо возможно полнее удалить серу. Обжиг никелевого концентрата ведут в печах кипящего слоя. Обож женная закись никеля содержит не более 0,5% S.
Для получения металлического никеля проводят восстановитель ную плавку закиси никеля в электропечах. Закись никеля смеши вают с малосернистым восстановителем и загружают в электропечь. В печи закись никеля восстанавливается до металла по реакции NiO -f- СО = Ni + С02. Наряду с никелем восстанавливаются медь, кобальт и железо, которые растворяются в никеле, поэтому полу ченный металлический никель содержит 6—8% примесей, в том числе 2—4% Си, 0,6—1,5% Fe, 0,5—1,0%.Со, 0,2—1% сульфидной серы и сотые доли процента платиноидов.
Для очистки от примесей никель в виде пластин-анодов, отливае мых после восстановительной плавки, направляют на электролити ческое рафинирование (электролиз). Электролитическое рафинирова ние никеля осуществляют в электролизных ваннах. В качестве электролита применяют раствор сернокислого никеля.
Аноды погружают в электролит ванны, где под действием постоян ного электрического тока они растворяются. При электролитическом растворении анодов создают такие условия, при которых никель
и |
примеси растворяются полнее, а платиноиды не растворяются. |
В |
процессе электролиза платиновые металлы концентрируются |
в |
нерастворимом остатке — шламе, который в ряде случаев более |
ценен, чем основной ' металл.
При электролизе электролит непрерывно выводят из ванны для очистки от железа, меди, кобальта. Очищенный от примесей раствор поступает в диафрагмы (прямоугольные деревянные рамки, обтя нутые брезентом), внутри которых висят катодные основы — листы никеля толщиной 1— 1,5 мм. На осдовах осаждается металлический никель.
После растворения основной массы анодов их нерастворившуюся часть (анодный скрап) извлекают из ванны, а в ванну помещают новые аноды. Достигшие определенной толщины катоды извлекают из ванны и на их место подвешивают новые катодные основы. Катод ный никель промывают, сортируют, упаковывают и отправляют потребителю.
18
