title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Плавка окисленных никелевых руд в шахтных печах

Плавка окисленных никелевых руд в шахтных печах

Шахтная плавка окисленных никелевых руд состоит в максимальном переводе никеля в легкоплавкий богатый полупродукт — штейн. Он легко отделяется от расплавленной породы — шлака.
Шихта шахтной плавки состоит из агломерата (или брикетов), крупнокусковой руды, пирита (или гипса), флюса-известняка. Топливом служит кокс. В связи с тем, что при плавке никельсодержащих материалов (агломерата, брикетов и руд) одновременно протекают процессы восстановления и образования сульфидов, она носит название восстановительно-сульфидирующей шахтной плавки. Поведение важнейших компонентов шихты при шахтной плавке излагается ниже:
Горение кокса. Никельсодержащие материалы плавятся за счет тепла, выделяемого при горении кокса. Поэтому для полного представления необходимо знать процессы горения топлива в печи.
Кокс горит в воздухе, подаваемом через фурмы по реакции полного сгорания С + O2 = CO2 + 395 МДж. При этом развивается температура 1500—1600° С. По мере расходования кислорода в верхней части слоя кокса начинается реакция С + CO2 = 2СО — 172,2 МДж. Эта реакция протекает со значительным поглощением тепла и температура печных газов быстро снижается до 1000° С, реакция неполного горения почти прекращается.
Общая эффективность сжигания кокса определяется соотношением CO2 и CO в газах при выходе из шихты.
Сульфидироеание и образование штейна. Окисленная никелевая руда не содержит серы, поэтому ее приходится вводить, добавляя при плавке в шихту пирит или гипс. Пирит при нагревании разлагается по реакции 2FeS2 = 2FeS + S2. Гипс CaSO4*2Н2О при нагревании теряет влагу и безводный сульфат кальция восстанавливается до сульфида CaSO4 + 4СО = CaS + 4СО2. Образующиеся сульфиды железа и кальция достаточно полно и быстро сульфидируют силикат никеля по реакции NiО*SiO2 + FeS = NiS + FeO + SiO2; NiO*SiO2 + CaS = NiS + CaO*SiO2.
Силикаты кальция (CaO SiO2) и железа (FeO SiO2) переходят в шлак. В печи при высокой температуре NiS переходит в более устойчивое соединение Ni3S2 по реакции 6NiS = 2Ni3S2 + S2. Кроме реакций восстановления гипса и сульфидирования никеля, происходит восстановление никеля и окислов железа по реакциям
NiO + CO = Ni + CO2; 3Fe2O3 + CO = 3Fe3О4 + CO2;
Fe3O4 + CO = 3FeO + СO2; FeO + CO = Fe + CO2.

При существующей в шахтной печи температуре и восстановительной атмосфере наиболее легко восстанавливается NiO до металлического никеля и Fe2O3 до FeO. Закись железа восстанавливается наиболее трудно. Поэтому только часть закиси железа восстанавливается до металлического железа, а часть остается невосстановленной.
Сульфиды никеля Ni3S2 и железа FeS образуют основу штейна. В них растворяются восстановленные металлы никеля и железа (ферроникель), а также сульфиды меди и кобальта. Итак, штейн никелевой плавки состоит в основном из Ni3S2, FeS, Ni, Fe и небольшого количества Cu2S и CoS Штейн содержит, %: 16—20 Ni; 18—22 S; 0,5—1,0 Co; 55—60 Fe; 2—4 шлака.
В зависимости от содержания серы в штейне металлизированная часть составляет 20—40% от массы штейна. Температура плавления такого штейна 1100°С.
Шлакообразование. При плавке окислы пустой породы руды, флюсов и золы кокса, взаимодействуя и сплавляясь друг с другом, образуют шлак по реакциям
2FeO + SiO2 = 2FеО*SiO2; CaCO3 = CaO + CO2;
CaO + SiO2 = CaO*SiO2,

Сначала в шихте образуется легкоплавкий первичный шлак, этот шлак, стекая вниз печи, взаимодействует с твердыми окислами, растворяя их. Количество шлака при плавке достигает 96—105% от массы переработанного агломерата. Состав шлака никелевой плавки, %: 44—46 SiO2; 8—12 MgO; 18—22 FeO; 4—10 Al2O3; 15—18 CaO; 1,5—2,0 Cr2O8,. Температура жидкоплавкости таких шлаков лежит в пределах 1250—1350° С. Плотность их достигает 3,3—3,6 г/см3.
Кроме окислов, в шлаке в небольшом количестве находятся сульфиды железа и никеля. Содержание никеля в шлаке практически составляет 0,16—0 22%.
Газы и пыль. Газы, выходя из шихты, уносят мелкие ее частицы. Количество пыли при плавке агломерата составляет 14—16% и при плавке брикетов 4—6% от массы никельсодержащего сырья. Газы очищают от пыли в пылеулавливающей установке. Газы выходят при температуре 500—600° С и имеют следующий состав, %: 11—14 CO; 14—15 CO2; 0,5—1,0 O2; 70—72 N2.
Практика шахтной плавки окисленных никелевых руд. Одно из основных условий успешной работы печи при плавке окисленных руд — правильный состав шихты Шихта должна быть однородна по крупности, в ней не должно быть мелочи и слишком крупных кусков. Количество известняка и сульфидизаторов в шихте определяют металлургическим расчетом. При недостатке известняка повышается содержание в шлаке SiO2, такие шлаки называются кислыми, они вязкие, плохо вытекают из печи и создают большие трудности для обслуживания печи. При недостатке сульфидизаторов (гипса или пирита) в шихте образуется много ферроникеля, который выделяется из штейна в горне печи и ковшах. При достаточном количестве пирита ферроникель в горне печи почти не выделяется, пиритом можно регулировать содержание никеля в штейне, так как избыточный FeS переходит в штейн. В противоположность этому избыток гипса мало влияет на состав штейна и избыток его разлагается, выделяя SO2. Десульфуризация при работе на пирите составляет около 60%, на гипсе 30%. При повышенном расходе гипса десульфуризация возрастает до 50—75%.
Загрузка печи — одна из самых важных операций, определяет успешную работу печи. Шихту в печь загружают отдельными порциями — колошами. Масса колоши зависит от размера печи и составляет 8—10 т. Набор компонентов шихты в колошу производят в установленном порядке по объему или по массе. В начале загрузки колоши по длине печи загружают кокс, затем известняк, гипс или пирит и на них загружают агломерат и руду. При загрузке, падая с загрузочных плит, крупные куски шихты ложатся дальше, а мелкий материал — ближе к той стороне, с которой производят загрузку. Это создает неравномерное распределение материала по крупности. Компоненты шихты распределяются в печи в зависимости от уровня сыпи (рис. 71). При низкой сыпи кокс и кусковая часть шихты попадают к противоположной стенке кессона. Мелкая часть шихты падает ближе к центру печи. Сопротивление слоя кокса и крупного агломерата и руды меньше, и печные газы при низкой сыпи проходят главным образом по периферии. Ход печи в этом случае называется периферийным. Он характеризуется устойчивым ходом печи, большим проплавом и хорошим состоянием фурм. По мере повышения высоты сыпи кокс и кусковая часть шихты перемещаются к центру и печь переходит на «центральный ход», т е. печные газы проходят в основном в центре. Такой ход печи отличается малым проплавом и значительными настылями в области фурм.

Оптимальный уровень сыпи на каждом заводе устанавливают опытным путем в зависимости от мощности воздуходувки, крупности шихты и регламентируют технологической инструкцией. При хорошо подготовленной крупнекусковой шихте и более мощной воздуходувке высоту сыпи от уровня фурм устанавливают 4—5 м.
Технические показатели шахтной плавки никелевых окисленных руд. Шахтные печи для плавки окисленных никелевых руд имеют различные размеры, а поэтому и неодинаковую суточную производительность по проплаву никельсодержащего сырья Для сопоставления их производительности принято определять удельную производительность, которая равна количеству руды (агломерата), проплавляемому на 1 м2 сечения печи в области фурм в сутки. Практически удельная производительность шахтных печей на отечественных заводах составляет т/(м2 сут):
На воздушном дутье
Плавка окисленных никелевых руд в шахтных печах

На кислородно-воздушном дутье при содержании кислорода в дутье 24,5%

Расход кокса. Окисленные никелевые руды требуют значительного расхода кокса, поэтому почти половина всех расходов на выплавку никеля приходится на кокс.
Расход кокса зависит от многих причин: подготовки руды к плавке, химического состава сырья и качества кокса. Руды с высоким содержанием SiO2 и MgO требуют большего расхода кокса, чем железистые руды. При плавке агломерата расход кокса меньше, чем при плавке брикетов. Агломерат порист, быстрее нагревается до температуры плавления, чем плотные брикеты, и шлак в агломерате почти сформировался. Расход кокса также зависит от его качества, при большом содержании мелких классов (до —40 мм) кокса на плавку требуется больше, так как мелкий кокс сгорает преимущественно в верхних зонах столба шихты.
Решающее значение для экономии кокса имеет расход воздуха, а также обогащение дутья кислородом и подогрев дутья. Для нормальной работы необходимо подавать воздуха 45—60 м3/мин на 1 м2 сечения печи в области фурм при упругости дутья 11,8—13,7 кПа при плавке брикетов и 15,7—17,6 кПа при плавке агломерата. Работа при уменьшенном расходе воздуха снижает проплав, так как уменьшается количество сожженного кокса в единицу времени на 1 м2 сечения печи в области фурм. Для увеличения интенсивности горения кокса и уменьшения его расхода рекомендуется дутье обогащать кислородом или подогревать до 500—800° С.
В настоящее время внедрено обогащение дутья кислородом на комбинате «Южуралникель» до 25% при расходе кокса 20—22% от агломерата и на Уфалейском до 24,5% при расходе кокса 29% от брикетов.
При плавке шихты в штейн переходит 70—80% никеля. Остальной никель распределяется между шлаком и пылью. В шлак переходит 12—16, в пыль 6—14% никеля.
На 1 т штейна расходуют 20 т агломерата, 4—5 т известняка, 1—2 т пирита (колчедана), 5—6 т кокса и 32500 м3 воздуха. Чем меньше расходуется на 1 т штейна сырья, кокса, тем ниже себестоимость никеля.

title-icon Подобные новости