Реферат: Производство никеля

--PAGE_BREAK--

Рис. 2. Технологическая схема обжига никелевого концентрата на комбинате «Североникель»:

1 -сгуститель; 2 — барабанный вакуум-фильтр; 3 -.бункер с тарельчатым питате­лем; 4 — печь КС; 5 — котел-утилизатор; 6 — циклон; 7 — эксгаустер; 8-электро­фильтр; 9 — трубчатая печь; 10 — холодильник
Действующая в настоящее время технологическая схема переработки никелевого концентрата приведена на рис.2. В соответствии с этой схе­мой пульпа никелевого концентрата после флотационного разделения файнштейна поступает в сгуститель. Туда же подают пневмотранспортом оборотную пыль в количестве около10 % от массы концентрата. После сгущения и фильтрации на барабанных вакуум-фильтрах кек влажностью 8—9 % поступает в бункер, куда подают также влажные обороты цеха электролиза никеля. Из бункера материалы ленточным транспортером пе­редаются в лопастный двухвальный смеситель, куда поступает также оборотная пыль в количестве5—10 % от массы концентрата. Далее шихту загружают через свод загрузочной камеры. Горячая закись никеля с темпера­турой1080—1150 °С из печи КС с помощью двухсекторного регулируемо­го затвора самотеков поступает в трубчатую печь.

Газы от обжига никелевого концентрата попадают сначала в котел-ути­лизатор и параллельно ему работающий водоохлаждаемый газоход, где охлаждаются до400 °С, проходят грубую очистку в батарейных циклонах и эксгаустером направляются в электрофильтры УГТ-40/з и затем— на производство серной кислоты.

Часть пыли на «Североникеле» является готовой продукцией печи КС. Это в значительной мере ухудшает качество закиси никеля, выходящей из печи КС. Ниже приведен ее наиболее характерный гранулометрический состав,%:

Крупность фракции,

мм............   +1    -1+0,63     -0,63+0,4      -0,4+0,31     -0,31

Выход,% .....7         15                 50              18               10

Закись никеля получается при «жестких» условиях обжига: темпера­туре выше1100 °С, содержании серы в шихте21,5-22,5 %. Однако добав­ка пыли делает ее значительно мельче: средневзвешенное содержание мелочи меньше0,20 мм в смеси закиси из слоя и пыли вместо3—6 % сос­тавляет20—30 %. Смесь закиси никеля и пыли представляет собой пыля­щий материал. Это заметно и по материальным балансам последующего передела закиси КС в трубчатых печах: чем больше загружают в трубча­тую печь такой шихты, тем больше получают пыли в котлах-утилизаторах за трубчатыми печами. При загрузке одной пыли в трубчатую течь пылевынос из нее достигает50—60 %.

Кроме того, подача пыли в готовую продукцию значительно повышает содержание серы в ней. Если закись никеля, выгружаемая из слоя, имеет содержание серы0.1—0,2 %, то в смеси этой закиси и пыли оно достигает 0.5%.

Таким образом, подача части пыли в готовую продукцию, уменьшая общую циркуляционную нагрузку на обжиг, приводит к существенному ухудшению качества продукта по крупности и содержанию серы.

Важной особенностью технологической схемы комбината «Североникель» является утилизация серы и тепла отходящих газов.
Основные технологические показатели обжига характеризуются сле­дующими данными:

Удельная производительность по концентрату:

на площадь пода, т/(м2 ·сут)..........…………………… 15

внутренний объем печи, т/(м3. сут)...........……………… 0,8

Удельный расход воздуха на1 т концентрата,m'/t… 1900

Коэффициент расхода дутья...................………………… 1.3

Температура в слое, С.............….......…………………...... 1120

Пылевынос,%:

от загрузки............................……………………………… 30

 от концентрата........................……………………………… 40

Высота слоя в насыпном состоянии, м.………… 1,7

Давление воздуха в дутьевой камере (под подиной печи), кгс/см20,47

СодержаниеSO2 в газах после электрофильтров,%… 5,5
В целом значения показателей близки к таковым на НГМК. И в том и в другом случаях отмечается большой пылевынос. При обжиге никелевого концентрата на «Североникеле» прямой выход закиси никеля, выгружае­мой из печи КС, меньше, чем на НГМК, что соответствует балансу круго­оборота пыли:

ФП.К. =ФП. – ФП.О.

  где ФПК    — поток пыли. выделяющейся непосредственно от загружен­ного концентрата;

 ФП.— общий поток пыли из печи КС;

 ФП.О.— поток оборотной пыли в печь КС.

При ФП. = ФП.О., выход закиси никеля ФЗ.Н. по массе соответствует загрузке концентрата ФК

ФЗН = ФК βЗН /100

Этот случай отвечает схеме обжига с замкнутым циклом пыли— вся пыль обжига возвращается в печь КС.

При ФП< ФПО на обжиг подается большее количество пыли, чем полу­чается в печи КС. В этом случае непосредственный выход закиси никеля, выгружаемой из печи, больше, чем загружается никелевого концентрата.

Схема с таким циклом соответствует норильской: там в печь КС возвра­щается вся пыль собственная, и к ней добавляется пыль из трубчатых и анодных печей.

Схема комбината «Североникель» характеризуется соотношением ФП> ФПО. В этом случае из печи КС выдается меньше закиси никеля, чем загружено концентрата. Положительной стороной этой схемы является уменьшение грузопотока пыли в цикле печей КС. Кроме того. с умень­шением возврата пыли уменьшается пылевынос из печи, и получается более крупная закись никеля. Крупная закись никеля при достаточно высоких скоростях дутья в меньшей степени подвержена конгломерированию и залеганию, легко выгружается из печи КС даже при очень высоких температурах. В конечном итоге изъятие части пыли из кругооборота позволяет интенсифицировать обжиг усложняющих предварительных операций по окатыванию шихты.
ОБОГАЩЕНИЕ НИКЕЛЕВЫХ РУД
В характеристике никелевых руд была отмечена та особен­ность, что они обычно содержат минералы— пирротин, пентандит, халькопирит, а также платиновые металлы в основных по­родах, арсеииды и сульфиды никеля и кобальта в кислых маг­мах.

В коре выветривания никель находится в значительной части в виде силикатов— гарниерита и других минералов— и мето­дами механического обогащения не извлекается.

Если пирротин содержит изоморфно связанный с нимпентландит, а меди мало, то все сульфиды извлекаются коллективно и дальнейшее разделение производится металлургическим путем. Можно использовать для извлечения пирротина его магнитные свойства. Хвосты магнитной сепарации после дробления измель­чаются и флотируются.

Так как пирротин легко окисляется, то его необходимо быстро выводить из процесса. Это дает возможность сразу получить сульфидный концентрат и хвосты.

На фабрике фирмыInеrnational Nikel Co. (Канада), где пе­рерабатываемая руда содержит3,4% Сu и1,7%Ni, проводят селективную флотацию с получением одного медного, а потом железо-никелевого концентратов. Медный концентрат три раза переочищают, что дает концентрат, содержащий25% Сu и1% Ni.

Исследована руда, являющаяся оруднением габбро-диабаза с нормальной и тонкой вкрапленностью сульфидов меди и никеля.

Основными рудными минералами являются пирротин, халькопи­рит, пентландит и магнетит. Руды содержат— 0,34%Ni и — 0,45% Сu. Основная масса породы представлена полевыми шпа­тами(20%), пироксенами(5—6%), оливином(2—3%) и вто­ричными минералами. Руда перерабатывалась но двухстадийной коллективно-селективной схеме. Черновой концентрат перед се­лекцией подвергался перечистке с подачей соды в количество 300 г/т концентрата.

Изучалась возможность депрессии вторичных минералов в кислой среде. Исследования показали, что время флотации, необ­ходимое для достижения извлечения—97%, в случае примене­ния депрессоров и трансформаторного масла в кислой среде, сокращается до3—5 мин вместо15 мин, при флотации в содовой среде. При расходе367 г/тNa2SiF6 и184 г/тNa2CO3 содержание Ni увеличивалось в2 раза при высоком извлечении металла в концентрат.

Другая схема предусматривает коллективную флотацию халь­копирита и никеленосного пирротина со свободным пентландитомс последующей селективной флотацией коллективного концент­рата в содовой среде и с депрессией пентландита и пирротина.

В институте «Гинроникель» приведеныопыты по восстановительному селективному обжигу никелевых руд в кипящем слое.

В никелевых рудах часто находятся легко флотируомые шламы магнезиальных силикатов, которые загрязняют концентрат. Для депрессии шламов пустой породы применяют органические депрессоры, например щелочной раствор крахмала, сульфонаты и сульфаты органических веществ, получающихся в целлюлоз­ной промышленности и др. Особенно эффективна карбоксилметилцеллюлоза.

Этиловый ксантогенат можно с успехом применять для извле­ченияNi и Со из различных растворов методом ионной флотации. Разработанный метод заключается в осаждении металлов и флотации их ксантогенатных осадков в обычных флотацион­ных аппаратах с небольшими добавками вспенивателя. Присут­ствующие в водах шламы не ухудшают процесс ионной флотации.

Прогресс регенерации этилового ксантогената из соответст­вующих солей никеля заключается в обработке ионного продук­та водным раствором, щелочи. Степень регенерации зависит от времени перемешивания, температуры процесса и расхода щело­чи и при оптимальном режиме составляет70—80 %.

За последнее время для ряда сульфидных руд нашло приме­нение бактериальное выщелачивание, хотя выполнение процес­са оказалось довольно трудной операцией. Приготовление чистой суспензии бактерий с помощью центрифугирования требует много времени и малоэффективно. Поэтому предприняты по­пытки флотационного выделения бактерий из раствора.
ФЛОТАЦИЯ
Ионная флотация. В настоящее время известны три разно­видности флотации: собственно ионная флотация, ионное фрак­ционирование и флотоэкстракция. Пенное фракционирование представляет собой такую разновидность ионной флотации, при которой образуется устойчивая пена. Ее собирают но фракциям, содержащим преимущественно один из извлекаемых компонен­тов, достигая таким образом селекции различных компонентов раствора или пульпы.

Флотоэкстракцией предлагается называть такую разновид­ность флотации ионов молекул или коллоидно-дисперсных час­тиц, при которой извлекаемые компоненты выносятся из объема на поверхность с помощью воздушных пузырьков, а затем по­следние приходят через слой экстрагента (обычно органические вещества), в которых растворяются извлекаемые из водного рас­твора соединения.

Сущность ионной флотации в наиболее типичном случае со­стоит в том, что раствор (или суспензия), содержащий полезный компонент, в значительной мере в диссоциированном на ионы виде выводят реагентом (собирателем), также диссоциированным на ионы. Ионы собирателя должны быть противоположны по знаку ионам, содержащим полезный компонент. В результате их взаимодействия должно образоваться малодиссоциированное соединение, обладающее поверхностной активностью. При таких условиях пропускание воздуха представляет собой такую разновидность ионной флотации, при которой образуется устойчивая пена. Ее собирают но фракциям, содержащим преиму­щественно одни из извлекаемых компонентов, достигая таким образом селекции различных компонентов раствора или пульпы

Для практического ознакомления с флотацией приводим описание флотации на двух заграничных фабриках. Фирма Tompsonнаходится в Канаде. Она перерабатывает медно-никелевую сульфидную руду (отношение меди к никелю равно1: 15), ми­нералы халькопирит, пентландит и никельсодержащий пир­ротин (соотношение1: 2,2). Флотация проводится по следую­щей схеме:

   Руду дробят в две стадии, а измельчение проводят сначала в стержневой мельнице, а затем в галечных мельницах в замк­нутом цикле с гидроциклоном. Халькопирит и пентландит пе­реходят в концентрат медно-никелевой флотации, а никельсодержащий пирротин флотируется в процессе никелевой фло­тации.

Реагентами для медно-никелевой флотации служат амиловый ксантогенат и спиртовой пенообразователь. Для депрессии пентландита при селекции модно-никелевого концентрата исполь­зуется известь. Медный концентрат переочищают4 раза в при­сутствии реагента депрессора (органический коллоид, готовит­ся на основе декстрина). В никелевую флотацию для активации пирротина кроме дополнительного количества собирателя и пенообразователя подают медный купорос.

руду, добываемую подземным способом, подвергают дробле­нию в две стадии, а затем измельчают также в две стадии; первую стадию измельчения осуществляют в стержневой мельнице, работающей в открытом цикле, а вторую— в галечных мельни­цах в замкнутом цикле с гидроциклонами. В качестве дробящей среды в галечных мельницах служат куски размером150 мм.

В концентрат медно-никелевой флотации переходят халькопирит и пентландит, а никельсодержащий пирротин флотнруется и про­цессе никелевой флотации.

Медно-никелевую флотацию осуществляют с помощью только двух реагентов— амилового ксантогената и спиртового пенообразователя. Известь используется для депрессии пентландита при селекции медно-никелевого концентрата. Медный концентрат переочищают4 раза в присутствии реагента депрессора, являю­щегося органическим коллоидом, изготовленным на основе дек­стрина. Для активации пирротина при флотации никелевых руд кроме дополнительного количества собирателя и пенообра­зователя подают медный купорос. Всего для флотации на фаб­рике установлено139 флотационных камер механического типа размером1250 Х1600 мм па трех уступах и предусмотрено место для установки еще170 таких же камер. Реагенты, применяемые для флотации на фабрике Томпсона, и их расход приведены ниже:

Реагент                       Расход кг/м:

Амиловый ксантогенат калия                  0,08

 Спиртовой пенообразователь                                0,025

Известь                                                             0,75

 Депрессор                                                       0,04

 Медный купорос                                          0,125

Финская медно-никелевая фабрика Каталахта имеет схему флотации, близкую к схеме фабрики Томпсона. Ее производитель­ность1000 т/сутки. На фабрике перерабатывают медно-никелевую руду, содержащую пентландит, халькопирит и пирротин. Пустая порода состоит из амфибола, плагиоклаза, слюды и квар­ца. Руду подвергают измельчению до крупности74—210 мк. Из хвостов коллективной флотации флотируют пирротин, акти­вируя его медным купоросом.

Халькопирит и большую часть пентландита флотируют за 10—20 мин, но пирротин значительно медленнее(30 мил). Приме­няемые реагенты и их расход, принятые па фабрике Каталахта, приведены ниже:

Реагент                  Расход, кг/т

СаО                                    1,7

 Амиловый ксантогенат калия            0,105

Флотол (сосновое масло)                    0,07

Медный купорос                                  0,11

Декстрин                                                 0,21

За последние годы проведены работы но флотации медно-никелевых руд, в которых установлено, что с применением. сульфидов из нефти со вспенивателями можно получить отвальные хвосты с более низким содержанием никеля, чем в случае при­менения ксантогената.
ПЕРЕРАБОТКА МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ ШТЕЙНОВ
Штейны, получаемые при первой стадии переработки медно-никелевых сульфидных руд, представляют собой в основном сплавы сернистых соединений никеля, меди и железа.

Физико-химическая природа этих сплавов определяется ха­рактером взаимодействия компонентов в четверной системе Ni—Cu—Fe—S. До настоящего времени диаграмма состояния этой четверной системы еще не изучена.

Для понимания физико-химической природы сульфидных штей­нов существенно важна частичная тройная система, состоящая из трех сульфидов,Ni3S2, Cu2S  и FeS. Она составляет один из триангулярных разрезов в четверной системеNi—Сu—Fe—S.

В последнее время в Англии используется способ переработки медно-никелевых и медно-кобальтовых штейнов, содержащих железо. По этому методу путем обжига или присадки железа или меди штейны доводят до пониженного содержания серы и полу­чают обогащенный сплав никеля с железом, который вместе с сульфидами меди и железа охлаждают с определенной скоростью (~5 град/ час). При этих условиях образуются крупные кристал­лы сплава никеля с железом (в виде твердых растворов) и сульфиды меди и железа с размерами частиц ~100 мк. Такой штейн после охлаждения подвергают дроблению и размельчению (до размера 150 мк) и магнитной сепарации. При этом отделяется сплав никеля с железом (магнитная фракция). Сульфиды меди и сульфиды железа разделяются методом флотации.

Выделенный из штейна сплав никеля с железом перерабаты­вается карбонильным методом на чистый никель или непосред­ственно применяется для производства стали и сплавов, содержа­щих никель. При применении этого способа переработки медно-никелевого штейна исключается сложная операция полу­чения файнштейна и последующего его передела на никель.
ПЕРЕРАБОТКА ФАЙНШТЕЙНА
Известными методами переработки файнштейна являются:1) метод Орфорда, основанный на расслаи­вании меди никелевого файнштейна и расплаве с сульфидом натрия и разделении двух слоев, обогащенных медью, с одной стороны, и никелем— с другой;2) метод Хибинетта, основанный на избирательном выщелачивании меди серной кислотой из обожженного медно-никелевого файнштейна;3) метод Монда, состоящий из операции отделения никеля от меди и других примесей путем образования легколетучего карбонила никеля;4) ме­тод совместного окисления файнштейна н соответствующих окислов никеля и меди с последующим их восстановлением н получением промышленного сплава типа монель.

Теоретической основой процесса Орфорда является различное поведение сульфидов никеля н меди но отношению к сульфиду натрия. Тройная система этих сульфидовNa2S—Ni3S2—Cu2S. характеризуется расслаиванием. При кристаллизации сплавов подобной системы образуется два слоя: одни более легкий (так называемый «топ»), обогащенный сульфидами меди н натрия (с примесью сульфида никеля), и другой более тяжелый (так назы­ваемый «боттом»), состоящий из сульфида никеля с некоторым количеством сульфидов меди и натрия.

В верхнем слое (в топе) концентрируется около90% меди, а в нижнем слое (в боттоме) остается около 96% никеля. Эторазделение на два слоя— обогащенный сульфидом меди (верхний слой) и обогащенный сульфидом никеля (нижний слои)— вытекает из характера диаграммы состояния двойных систем сульфидов Ni3S2—Na2S, Ni3S2—Cu2S, Cu2S—Na2S и составленной из этих двойных систем тройной системы Ni3S2—Cu2S¾Na2S. Благодаря ограниченной смешиваемости в двойной системеNi3S2—Na2S в тройной системе появляется значительная область существова­ния двух несмешивающихся слоев.

В практике применения процесса Орфорда вместо сернистого натрия применяют смесь более дешевых сульфата и бисульфата натрия с углем. При разделительной плавке сульфидов никеля и меди в шахтных печах эта смесь восстанавливается до сульфида натрия, вступающего во взаимодействие с файл штейном.В медно-никелевых рудах часто присутствует значительное количество железа, которое, переходя в шлак, увлекает до80% исходного кобальта. Поэтому такие шлаки не направляются в отвал, а ис­пользуются в качестве исходного сырья для извлечения из них этого ценного металла. Степень извлечения никеля в файнштейн составляет85—87%; в шлаке его остается от0,6 до1,2%.

Кобальт и никель в конверторных шлаках увлекаются глав­ным образом магнетитом, файялитом и сульфидами, а медь— преимущественно сульфидами. В магнетите медь почти отсутству­ет; в файялите ее примерно в2—3 раза меньше по сравнению с содержанием никеля и кобальта; больше всего содержится меди в сульфидной составляющей шлака. Сульфиды представлены в шла­ках в виде обогащенной медно-никелевой сульфидной составляю­щей  (с незначительным содержанием в них железа).

Знание химического и минерального состава и физико-хими­ческой природы шлаков имеет большое значение для характерис­тики распределения кобальта, никеля и меди и выбора рациональных путей их извлечения из шлаков.

В медно-никелевой промышленности широко используется кислород как в пиро-, так и в гидрометаллургии.

Описано применение электрохимической технологии для очист­ки сточных вод, содержащих никель. На комбинате «Североникель» применяется электролитическая флотация.

Отработан автоматический метод разливки файнштейна в тонкие слитки с последующей термической обработкой но заданному режиму охлаждения. Внедрение этого метода на комбинате «Североникель» позволило улучшить качество файнштейна.

Драгоценные металлы— серебро и частично золото— пере­ходят в топ, так как серебро, золото и сульфид серебра легко растворяются в сульфиде и металлической меди. Металлы плати­новой группы благодаря хорошей растворимости в никеле в основ­ном концентрируются в боттоме. Серебро и золото при бессемеро­вании топа переходят в черновую медь и при рафировании меди электролизом переходят в шлаки, а металлы платиновой группы также переходят в шлам при электрической рафинировке никеля. Эти шламы подвергаются аффинажу с целью извлечения из них всех ценных металлов. В шламе содержится    продолжение
--PAGE_BREAK--