Файл: Басов, А. И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов учебник.pdf

клона печи при выпуске металла через летку и шлака через рабочее окно служат гидродомкраты 9.

Процесс протекает при высоких температурах, так как темпера­ тура плавления никеля равна 1481° С, а закиси никеля — при­ мерно 1655° С. В результате плавки получают анодный никель, со­ держащий 89—92% никеля, 4—5% меди, 0,1—0,3% кобальта, 1,5—3,5% железа, до 2% серы и др.

Газы из печи отводятся через газоходный патрубок 4, располо­

женный на своде. Центральная загрузка печи и боковое размещение газоотводящего патрубка исключают выбросы пламени через рабо­ чее окно. Во время работы внимательно следят за герметичностью в сопряжениях свода с электродами и загрузочным патрубком.

§ 85. Оборудование для электролитического рафинирования меди и никеля

Сущность процессов рафинирования анодной меди и никеля элек­ тролитическим методом практически аналогична сущности рассмо­ тренного процесса получения металлического цинка электролизом. Этот процесс также основан на законе Фарадея и осуществляется в коробчатых прямоугольных ваннах в среде непрерывно движуще­ гося электролита. Конструкция ванн отличается только некоторыми деталями; различаются аноды, катоды, способы их изготовления и другие операции, обусловленные особенностями перерабатываемых сплавов меди и никеля.

Технология электролитического рафинирования как меди, так и никеля основана на применении растворимых анодов и катодных основ, полученных из рафинируемого металла. Вместе с тем, электро­ лиз никеля отличается от электролиза меди большей сложностью, что обусловлено трудностями отделения примесей.

Корпуса ванн для электролиза меди бывают деревянные, сталь­ ные и железобетонные. В последние годы их изготовляют из железо­ бетона как в производстве меди, так и в производстве никеля. Футе­ руют ванны по-разному: винипластом толщиной 10—15 мм, свинцом с содержанием 3—6% сурьмы (за рубежом) и кислотостойкими кера­ микой или бетоном, уложенными на битумно-рубероидную гидро­ изоляцию. Последние два вида футеровки отличаются высокой стой­ костью к агрессивным средам и надежностью в эксплуатации.

На рис. 260 показан разрез блока прямоточных ванн железобе­ тонной конструкции, зафутерованных кислотостойким бетоном. Эта новая конструкция ванн отличается от прежних тем, что циркуля­ ция электролита осуществляется вдоль (параллельно) плоскости электродов, а не перпендикулярно. Такая компоновка ванн позво­ ляет ускорить циркуляцию электролита, повысить плотность тока, не ухудшая качества осадка, и несколько снизить расход электро­ энергии. Производительность прямоточных ванн повышается против обычных на 3—5%. К их недостаткам относится необходимость при ремонте одной из ванн отключать весь блок, 10—13 ванн.

Электролит поступает через полиэтиленовый коллектор 1 и цир­

кулирует в одной ванне снизу вверх, а в соседней — сверху вниз,

487

для этого в стенках камер предусмотрены окна. Отработанный электролит выходит из последней ванны через переливную коробку.

Размеры ванн почти на каждом заводе — разные. Длина колеб­ лется в пределах от 1840 мм (на старых заводах) до 5500 мм; ши­ рина — от 687 до 1000 мм и глубина — от 1100 до 1350 мм. В зависи­ мости от размера ванн число электродов бывает: анодов 16—35, а катодов 17—36 (катодов всегда на единицу больше). Расстояние менаду центрами одноименных электродов составляет 102—110 мм.

Анодная медь содержит около 99,5% меди, до 0,1% никеля-, до 0,1% серы, некоторое количество свинца, висмута, мышьяка, се-

8S0

Рис. 261. Элементы электролизной ванны:

а — основа (катод): б — титановая матрица

ребра и золота. Отлитые из этой меди аноды 4 имеют форму фасонной

пластины толщиной 35—45 мм с двумя ушами (отлитыми за одно целое) для подвешивания на бортах ванны и транспортирования. Длина анодов составляет 800—880 мм; ширина 550—840 мм; рабочая площадь 0,88—1,48 м2. Масса анодов колеблется в пределах 150— 270 кг.

При электролизе меди и никеля катодами являются медные или никелевые основы, представляющие собой лист прямоугольной формы толщиной 0,5—0,6 мм. К листу приклепаны два уха для подвеши­ вания на штанге. Медную основу (рис. 261, а) надевают на медную

пустотелую штангу специального профиля, а никелевую — на мед­ ную трубу.

Катодные основы в отдельных матричных ваннах наращивают на специальные матрицы из стали марки Х18Н9Т или титана марки ВТ1-1. Титановые матрицы служат в несколько раз дольше стальных, они легче и удобнее в обслуживании. Поэтому электролиз никеля везде, а электролиз меди на ряде заводов ведут с примене­ нием титановых матриц (рис. 261, б). Матрица состоит из полотна

толщиной 3 мм, приваренного к штанге толщиной 5 мм. Для лучшего контакта с шиной (повышения электропроводности) на конец штанги приклепывают медную пластину. Сдирку основ с матрицы осуще­ ствляют вручную на горизонтальных столах или вертикальных

4S9

Внутри ванны 1 уложены деревянные бруски 2 (рис. 263) для

закрепления диафрагмы — деревянного прямоугольного каркаса, обтянутого плотной тканью. В диафрагме расположен катод (основа) 4.

Таким образом катодное пространство отделено от анодного. В ка­

тодное пространство (ячейку) непрерывно подается чистый электро­ лит (католит), а из анодного пространства также непрерывно выте­ кает загрязненный примесями никеля электролит (анолит). Движе­ ние анолита обусловлено тем, что в катодной ячейке поддерживается уровень на 35—50 мм выше уровня в анодном пространстве. Раз­ ница в уровнях возникает вследствие гидравлического сопротивле­

491

ния (полотно разбухает и уплотняет поры), создаваемого полотном, что препятствует проникновению грязного электролита в катодное пространство. Поэтому в катодном пространстве постоянно нахо­ дится чистый электролит и наращивается металлически чистый осадок никеля.

Для диафрагм используют брезентовую кислотостойкую при 60° С ткань. Для повышения срока службы начинают применять вместо льняных тканей пластмассовые, а вместо деревянных диафрагм — полипропиленовые.

Католит подается в катодные ячейки по фаолитовой или винипластовой гребенке 7, уложенной вдоль ванны. Гребенка имеет ре­ зиновые трубки 8, по которым католит поступает в каждую диа­

фрагму.

В отличие от медного никелевый анод 3 отливают с закладными

ушами из стальной ленты. При помощи их анод подвешивают на медную штангу 5. Бортовые шины 6 укладывают на изоляционные подкладки 9 из фаолита или текстолита. В табл. 32 приведены неко­

торые показатели процессов электролиза меди-и никеля.

Для обслуживания никелевых ванн применяют электромостовой кран, на котором закреплена специальная платформа. Рабочая пло­ щадка платформы находится над ваннами. На площадке установлен поворотный кран, которым через люк подают и вынимают аноды и катоды. Крановая платформа доставляет катоды и анодный скрап в поперечный пролет, где катодные листы и анодные остатки промы­ ваются. Для удаления из ванн шлама пользуются вакуум-насосами.

§ 86. Оборудование для рафинирования свинца

Рафинирование свинца осуществляют только огневым способом в рафинировочных цехах несколькими последовательными опера­ циями: очистка от меди — обезмеживание; очистка от олова, сурьмы

492

и мышьяка; очистка от благородных металлов; удаление цинка и удаление висмута. Наиболее сложная и трудоемкая операция — удаление меди — выполняется в три стадии. Первые две стадии очистки осуществляются в специальных печах для удаления меди или в рафинировочных котлах; третья стадия рафинирования, в ре­ зультате которой содержание меди уменьшается примерно до 0,005%, — только в рафинировочных котлах.

Кроме периодического рафинирования, в последние годы нахо­ дит применение непрерывное рафинирование свинца.

Печь обезмеживания (рис. 264) представляет собой некоторую

разновидность отражательной печи. Ее особенность — глубокая свинцовая ванна, достигающая глубины 1,7 м при емкости 400 т. Площадь зеркала равна 27 м2, производительность печи 300—

350 т/сутки.

Ванна печи имеет форму полуциркульного обратного свода. Стены ванны 10, свод 3 и аптейк 8 выложены из хромомагнезитового кирпича толщиной 350 мм. Металлический каркас 1 печи собран

из стальных балок. Нижняя часть каркаса выполнена с расчетом свободного обдувания кожуха воздухом. Низ ванны 10 выложен

из магнезитового кирпича.

493

Для отопления печи имеется горелка 2. Черновой свинец загру­ жают через окно 4, имеющее наклонный чугунный желоб, а твердые компоненты шихты — через окно 5. Чистый свинец при 450—600° С выходит из печи непрерывно через сифон 9. Штейн и шлак выпускают

периодически через окно 7. Наблюдение за процессом ведут через окна 6.

В этих печах снижают содержание меди в свинце с 2—3 до 0,2— 0,6%. Основное количество содержащейся меди (до 45—50%) пере-

ходит в штейн. Дальнейшая более глубокая очистка свинца от меди происходит в рафинировочных котлах, являющихся основными аппаратами при периодическом рафинировании свинца.

Рафинировочный котел (рис. 265) представляет собой стальную

или чугунную чашу со сферическим днищем и цилиндрической верх­ ней частью, которая заканчивается опорным фланцем. Назначение фланца — удерживать котел на борту топки. Над уровнем пола борт котла выступает на 400—700 мм так, что котел почти целиком

494

находится внутри топочного пространства. Топки котлов выклады­ вают из шамотного кирпича и заключают в стальной каркас. Для теплоизоляции между кладкой и стенкой каркаса выкладывают слой асбеста.

Топливом для нагрева котлов служит мазут, природный газ и ка­ менный уголь. В районах, богатых дешевой электроэнергией, при­ меняют электронагрев.

Форсунки и инжекционные горелки (2—3 шт.) устанавливают тангенциально — по касательной к поверхности котла и на равных расстояниях. Электронагревательные элементы (спирали) выпол­ няют из нихромовой жаростойкой стали (для котлов емкостью 260 т используют ленту марки Х15М60 сечением 40x3 мм). Спирали рас­ полагают в топочном пространстве вокруг поверхности котла с та­ ким расчетом, чтобы не допустить попадания на них свинца.

Электронагрев позволяет более равномерно нагревать поверх­ ность котла, в результате чего повышается срок его службы; со­ здаются намного лучшие условия (меньшее количество газа и пыли) внутри цеха. В то же время электронагрев требует большего расхода электроэнергии (мощность установки для 260-т котлов составляет 1200 кВт — три зоны регулирования, по 400 кВт каждая), а нагрев котла происходит медленнее.

Верх рафинировочных котлов полностью открыт, что позволяет свободно выполнять технологические операции в процессе рафини­ рования: перемешивать ванну мешалкой для равномерного распреде­ ления в свинце реагентов (серы, селитры, кальция, магния), снимать шликеры и металлическую пену (дроссы), перекачивать металл и др.

В технологии рафинирования применяют различные котлы: стальные сварные и литые, чугунные. Литые конструкции исполь­ зуют, главным образом, для приготовления свинцово-кальциевой лигатуры, переработки дроссов. Сварной котел (рис. 266, а) состоит

из штампованного сферического днища, боковых стенок (лепестков), верхней цилиндрической части и корытообразного фланца с прива­ ренными к нему ребрами жесткости. Сферическая форма позволяет лучше очищать стенки котла от настылей.

Котлы сваривают из малоуглеродистой вязкой стали (котельной) марок 15К и 20К. Литые котлы отливают из стали 15Л и 20Л. Тол­ щина стенок колеблется в пределах 40—70 мм. Фланцы этих котлов — плоские. Для более равномерного прилегания к бортам топки опор­ ная поверхность фланцев должна быть горизонтальной, ровной, без приливов и выбоин. Проушины на фланцах служат для захвата при транспортировании. К сварным котлам приваривают проушины из круглой стали.

Расплавленный свинец имеет очень большую текучесть, быстро проникает в мельчайшие трещинки и неплотности. Поэтому к кон­ струкциям котлов предъявляют высокие требования. Отливки должны быть без малейших трещин, раковин и шлаковых включе­ ний. Мелкие дефекты в отливках можно устранить сваркой. Разностенность в отливках допускается в пределах 15—20% от толщины стенки. Устранение сварных и литых напряжений достигается отжи­

495