10.3 Электроплавка сульфидных медно-никелевых руд и концентратов

Электроплавка сульфидных медно-никелевых руд и концентратов получила широкое распространение в металлургии никеля. Электропечи применяют на всех медно-никелевых предприятиях. На отечественных предприятиях электроплавке подвергают руды и агломерированные или гранулированные, прокаленные на агломерационной ленте медно-никелевые концентраты. На заводах в электропечах перерабатывают обожженные в печи кипящего слоя концентраты в смеси с кварцевым флюсом. Кроме твердой шихты, в электропечах перерабатывают жидкий конвертерный шлак, однако доля этого оборотного материала в шихте рудной электроплавки на отдельных предприятиях различна и зависит главным образом от характера исходной твердой шихты и наличия на заводе печей для отдельной переработки конвертерных шлаков. Для получения бедных по содержанию никеля и кобальта шлаков в шихту электроплавки вводят небольшие количества восстановителя — коксовой или угольной мелочи.

Первоначально отечественные предприятия вели бесфлюсовую плавку тугоплавких руд и концентратов с повышенным содержанием в них окиси магния и кремнезема и пониженным содержанием железа.

Конструкция рудно-термических печей, применяемых для переработки сульфидных медно-никелевых руд и концентратов, аналогична конструкции печей медной плавки. На медно-никелевых заводах в настоящее время применяют электропечи с площадью пода от 58 до 184 м² и мощностью установленных на них трансформаторов 18 000—50 000 кВА. Большинство печей оборудовано гидравлической системой перепуска и перемещения электродов. Шлаковый пояс электропечей отечественных заводов охлаждается заложенными в футеровку медными холодильниками, а подина — воздухом, нагнетаемым по каналам, проложенным между бетонной подушкой и футеровкой.

Содержание меди, никеля, и кобальта в шлаках. Важным вопросом электроплавки медно-никелевых руд и концентратов является снижение потерь меди, никеля и кобальта с отвальными шлаками. Многочисленные исследования, проведенные на отечественных заводах, дали возможность установить факторы, влияющие на содержание этих металлов в электропечных шлаках. В частности, подтвердилось, что с повышением содержания FeO в шлаке он становится богаче медью, никелем и кобальтом. Также подтвердилось, что конвертерные шлаки обедняются до состава отвальных только в случае, если их заливают в электропечь в небольшом количестве (примерно до 10% от массы твердой шихты). При заливке больших количеств конвертерного шлака увеличивается содержание FeO в печном шлаке и потери меди, никеля и кобальта с ним возрастают.

Содержание цветных металлов в штейне в значительной степени влияет на их содержание в отвальном шлаке и, кроме того, металлизированные (содержащие свободное железо) штейны обладают способностью обеднять богатые (в том числе и конвертерные) шлаки, в особенности по кобальту. Это объясняется тем, что равновесие в системе

Fe + MeO ↔FeO + Me (2)

сдвинуто вправо в большей степени, чем в системе

FeS + MeO ↔FeO + MeS. (3)

В процессе работы на металлизированных штейнах было установлено, что при температуре штейнов 1200—1250°С предельное содержание в них металлического железа не должно превышать 20%, в противном случае избыток железа будет выпадать из расплава и образовывать настыли, затрудняющие нормальный выпуск штейна из электропечи.

Согласно исследованиям А. В. Ванюкова, увеличение отношения Сu : Ni в штейне оказывает влияние на увеличение механических потерь цветных металлов со шлаками вследствие снижения величины межфазного натяжения. Вместе с ростом содержания меди в штейнах несколько снижается степень их металлизации, что также приводит к увеличению потерь металлов со шлаками. Для повышения межфазного натяжения необходимо увеличение содержания SiO₂ в электропечных шлаках.