Станислав Горобченко - Курс «Применение трубопроводной арматуры». Модуль «Применение поворотной арматуры в металлургии»

3. Получение медноникелевого штейна, конвертирование

Добавка кварца и подача воздуха. Конвертирование проводят в горизонтальных конвертерах 75-100 тонн.

Основные контуры – обслуживания горизонтального конвертера, подачи воздуха, завалки добавок и флюсов, дегазации, газоотвода и газоочистки и др.

Типовые проблемы. Процесс конвертирования, чтобы кобальт сохранить в файнштейне нужно вести с неполным окислением железа. В противном случае кобальт преимущественно перейдет в конвертерный шлак. В связи с этим, цикл поддержания степени окисленности расплава в печи должен быть выдержан и отрегулирована подача дозирующих компонентов.

4. Флотационное разделение меди и никеля

Состоит в разделении на богатый никелевый концентрат и богатый медный концентрат – с передачей его в медное производство.

Основные контуры – концентрата, подачи химикатов флотации, воздуха, отвода пены и др.

Типовые проблемы Файнштейн требуется медленно охлаждать в течение до 40-80 ч, чтобы обеспечить получение достаточно крупных кристаллов и хорошее вскрытие кристаллических фаз. Длительность и непрерывность процесса предъявляет повышенные требования к устройствам дозирования и подачи химикатов, точности регулирования, низкой инерционности процесса и т.п.

Поскольку флотацию ведут в сильно щелочной среде, то материалы в т.ч. и обслуживающих основной поток клапанов должен быть устойчивым к действию щелочей.

Карбонильное разделение меди и никеля

Температура процесса – 190-220 оС, давление до 17-23 МПа. По этому процессу в реактор – бомбу загружают файнштейн с пониженным содержанием серы. Карбонил никеля возгоняется, а медь и платиноиды и кобальт остаются в осадке.

Учитывая, присутствие газовой фазы с присутствием критического по соотношению количества СО, отработке контуров подачи газа СО на реакцию должно уделяться особенное внимание в связи с возможностью дополнительного роста погрешности. Характеристики реакции приведены ниже.

Ni+4CO =Ni(CO) 4

Для очистки от железа технический карбонил никеля дополнительно подвергают фракционной перегонке (ректификации). Очищенный карбонил направляют в башню разложения, обогреваемую до 200-220 оС. Продукт разложения – готовый карбонильный порошок.

Получение оксида никеля

Производится агломерирующим и окислительным обжигом.

Основные контуры – природного газа, воздуха, сушильных трубчатых печей, охлаждения, термической обработки окатышей, (сушка, окислительный обжиг и охлаждение гранул) газоотвода с подачей газа на производство серной кислоты

Получение чернового анодного никеля

– восстановительная плавка в дуговых электрических печах без наведения шлака Основные контуры – отвода газов, добавки флюсов, отвода газов

7. Получение финишного продукта – катодного никеля

– электролитическое рафинирование методами электролиза

Основные контуры – подачи электролита, поддержания концентрации и температуры.

Основные проблемы в связи с множеством примесей, таких как кобальт, железо, цинк, медь и катионы водорода, при несоблюдении режима и значительных погрешностях в регулировании они могут раньше или вместе с ним разряжаться на катоде. В связи с этим необходимо:

– Оптимизировать составы электролита совместно с электрическим режимом и сопряженными контурами регулирования.

– Обеспечить оптимальную циркуляцию электролита.

Поскольку для электролиза никелевых анодов применяют сульфатхлоридные электролиты, то их основными компонентами являются сульфаты никеля и натрия и хлорид железа. Для автоматического регулирования рН электролита в пределах 2,5-5 в него вводят борную кислоту, которая в зависимости от изменений кислотности электролита также может диссоциировать как с уменьшением рН, так и увеличением. Регулирование должно быть точным, в связи с тем, что такой контур также может быть отнесен к критическим. Реакция приведена ниже.

B 3++ 3OH -=H 3BO 3= 3H ++ BO 3 3-

Уменьшение рН Увеличение рН

Основные проблемы и задачи

Единственно допустимым процессом на катодах в условиях электролитического рафинирования никеля является восстановление катионов никеля. Все остальные катодные реакции ведут либо к загрязнению катодного никеля, либо снижают выход по току. Получение чистых катодных осадков на практике достигается отделением катодного пространства от общего объема загрязненного электролита с помощью катодных диафрагм и особой системой циркуляции электролита.

Загрязненный электролит – анолит непрерывно выводят из ванн на обязательную очистку от железа, кобальта, меди на специальную очистную установку. После очистки он подается в катодные диафрагмы.

Подача католита регулируется таким образом, чтобы его уровень в катодной диафрагме превышал уровень электролита на 30 – 40 мм. В результате этого, обогащенный никелем католит под действием электростатического давления проходит через поры диафрагмы и, как бы отталкивая анолит от диафрагмы, не дает примесям проникать в катодную ячейку.

Дефицит никеля при электролизе в катодном пространстве необходимо непрерывно восполнять подачей никельсодержащих материалов. Регулирование должно быть увязано с другими контурами регулирования, что делает взаимосвязь работы контуров регулирования сложной и может вызвать эффект автоколебаний и «танцующих» контуров.

Количество катодных диафрагм и анодов в одной ванне из двух никелевого электролизера – до 44 ед., столько же должно быть запитанных контуров подачи электролита и его отвода. Для подачи католита в ванны служат гребенки из фаолита или винипласта с калиброванными ниппелями, снабженными резиновыми трубочками. По ним в каждую диафрагму подают католит. Скорость подачи католита регулируют по его уровню в диафрагменной ячейке. Характеристики циркуляции католита приведены ниже:

Плотность тока катодная А\м 2– 180-350

Напряжение на ванне, В – 2,6-3,0

Температура католита, оС – 55-75

рН католита –2,1-4,8

скорость циркуляции католита на ячейку, л\ч – 20-30

расход электроэнергии на 1 т никеля, кВтч – 2400-3300

выход анодного скрапа, % – 16-18

Очистка анолита – включает 3 основные операции – очистку от железа, меди и кобальта.

Очистка от железа – FeSO 4+. Проводится с переводом иона в 3-х валентное состояние с последующим гидролитическим осаждением (Fe 2O 3xH 2O) Окислителем служит кислород воздуха. Очистку проводят в чанах с воздушным перемешиванием (пачуках). При гидролизе образуется серная кислота, для ее нейтрализации вводят карбонат никеля.

Для отделения полученных кеков от раствора используют дисковые фильтры. Дважды проводится кислотная репульпация с целью извлечения части никеля и далее материал плавят вместе с рудным сырьем в руднотермических печах.