Восстановительная плавка окисленных никелевых руд

Метод основан на разном сродстве никеля и железа к кислороду, у никеля сродство к кислороду значительно меньше, чем у железа, поэтому восстановление никеля проходит при более низкой температуре 900°С (у железа 1200°С). При ведении плавки с минимальным количеством кокса и при низких температурах, можно избирательно восстановить никель, железо при этом остается в шлаке.

Плавке подвергают руду, содержащую Ni 1-3% и Fe 15 – 20% в доменной печи, кокс служил одновременно топливом и восстановителем. Вначале происходило обезвоживание, сушка и восстановление:

NiSiO₃^.FeSiO₃ + 2CaO + 2C = [Ni+Fe] + 2CaSiO₃ + 2CO(155)

d=6г/см³ d=2,5г/см³

а затем плавление и разделение фаз. При этом получался ферроникель, содержащий 40 – 60% Ni. Однако, использование такого ферроникеля в металлургии для легирования оказалось невозможным, т.к. он содержал до 0,3 – 0,5% S, оказалось, что сера попадает в ферроникель из кокса. Уменьшить количество кокса нельзя, т.к. он восстановитель и топливо. Следовательно, необходимо разделить процесс восстановления от нагревания.

В 1928 году во Франции для восстановительной плавки были предложены дуговые печи. Электроды были опущены в шлак, и нагрев проходил через шлак (печь сопротивления) это позволяло регулировать температуру, иначе она может подняться до 3000°С. Это позволило значительно сократить расход кокса, соответственно содержание серы в ферроникеле упало до 0,1% (но это также много). Этот богатый ферроникель – 60% Ni перерабатывали с целью получения чистого никеля. Расплавленный металл гранулировали в воздухе, при этом происходит частичное его окисление до NiO и FeO, а затемего переплавляют в электропечи с флюсами, происходит восстановление никеля по реакции, за счет большего сродства железа к кислороду:

NiO + Fe = Ni + FeO (156)

при добавлении флюса SiO₂ происходит отшлаковывание железа:

2FeO + SiO₂ = (FeO)₂^.SiO₂ (157)

после такой плавки металл содержит 95,5% Ni и 4% Fe, его отливали в аноды и подвергали электролитической очистке.

В настоящее время более 50% никеля получают в виде ферроникеля. Плавку на ферроникель также проводят в электрических печах. Содержание никеля в ферроникеле зависит от его содержания в руде. Реакция восстановления никеля обратимая:

NiO + Fe ↔ Ni + FeO (158)

при 1200°С:

Кр = [Ni][FeO]/[Fe][NiO] = 167 (159)

т.е. сдвинута в сторону образования никеля.

Так как реакция обратимая, то чем более богатый сплав получается, тем больше переходит никеля в шлак, поэтому реально ведут плавку с получением ферроникеля 30 – 40%. Степень извлечения никеля составляет 90%.

Ферроникель обогащен кобальтом, т.к. происходит аналогичная реакция и для кобальта:

CoO + Fe = Co + FeO (160),

но Кр меньше, поэтому:

Кр = [Co][FeO]/[Fe][CoO] = 48 (161)

степень извлечения кобальта в ферроникель меньше, чем никеля.

Полученный ферроникель загрязнен: Si (2 – 3%), Cr, S, P, C. Наибольшую сложность представляет удаление серы и фосфора, которые являются наиболее вредными примесями при получении специальных сталей. Поэтому рафинирование ведут в 2 – 3 стадии.

1 стадия – десульфуризация, она заключается в связывании серы с Na₂S и CaS, для этого ферроникель обрабатывают известковым шлаком:

FeS(NiS) + 2CaO + 2C = 2CaS + FeNi + 2CO↑ (162)

очистка от серы до 0,02 – 0,03%.

2 стадия – доочистка от серы, углерода и фосфора осуществляется продувкой воздухом в конверторе, примеси выгорают раньше.

Если ферроникель используют для получения никелевых электродов с последующим его электрорафинированием, то его дополнительно подвергают обогащению в конверторе, выжигают железо продувкой воздуха до 80% никеля. Во время обогащения никелем идет обогащение и кобальтом.

Однако, как правило, в этом методе кобальт не отделяют от никеля, он попадает в сталь и там тереятся. Это существенный недостаток восстановительной плавки.

Дата добавления: 2014-11-06; просмотров: 481; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!