10.5.2 Обжиг никелевого файнштейна и концентрата. Восстановительная электроплавка закиси никеля.

Теоретические основы окислительного и хлорирующего обжига

Процесс окислительного обжига никелевого файнштейна и концентрата от разделительной флотации сопряжен с известными трудностями, обусловленными спекаемостью материала при низких температурах. Поэтому до недавнего времени применяли двустадийный обжиг. Первую стадию обжига осуществляли в многоподовой печи с механическим перегребанием при умеренных температурах (400-800° С), вторую - в трубчатых вращающихся печах при повышенных температурах (800-1250° С). В настоящее время прогрессивный способ обжига применяют все никелевые заводы России и ряд зарубежных предприятий. При этом на медно-никелевых заводах, подвергающих обжигу никелевый концентрат разделительной флотации, вторая стадия обжига исключена на технологической схемы, а на заводах, перерабатывающих окисленные никелевые руды (в связи с необходимостью проведения промежуточной операции обезмеживания), обжиг файнштейна по-прежнему ведут в две стадии: сначала в печах кипящего слоя, а затем в трубчатых печах. В окислительной атмосфере обжиговой печи протекают реакции окисления составляющих файнштейна или концентрата. В первую очередь происходит окисление металлической составляющей

2Ni+O₂ =2NiO (56)

а затем окисление сульфида никеля:

Ni₃S₂ +3.5O₂=3NiO+2SO₂ (57)

При известных условиях в процессе обжига файнштейна и никелевого концентрата может иметь место образование сульфата никеля устойчивого при сравнительно высоких температурах. Сульфатообразование при обжиге облегчается тем обстоятельством, что закись никеля имеет каталитические свойства и способствует наиболее полному окислению сернистого ангидрида до серного.

Скорость процесса удаления серы из файнштейна увеличивается с повышением температуры, концентрации кислорода в дутье, а также с уменьшением крупности его частиц и степени металлизации. Хлорирующий обжиг является составной частью технологической схемы переработки никелевого файнштейна и предназначен для отделения от никеля небольших количеств меди. Последнее достигается переводом сульфидной и окисленной меди при обжиге в легко растворимые в воде хлориды. Хлорирующему обжигу подвергают никелевый огарок (продукт первой стадии окислительного обжига файнштейна), содержащий 1—3% S Процесс осуществляют в трубчатом вращающемся реакторе при начальной температуре 700—750° С за счет тепла горячего огарка (без отопления). В качестве хлорсодержащего реагента используют поваренную соль или сильвинит, добавляемые к огарку в количестве 10—12% от его массы.

Хлорид натрия разлагается сернистым или серным ангидридом печных газов в присутствии кислорода:

2NaCl + SO₂ + O₂ = Na₂SO₄ + C1₂,

2NaCl + SO₂ + ¹/₂O₂ = Na₂SO₄ + Cl₂.

Скорость и полнота разложения поваренной соли увеличиваются с повышением концентрации окислов серы в газах и при наличии в шихте катализаторов (окислов железа и никеля). Выделяющийся при этом газообразный хлор очень активен и интенсивно хлорирует соединения металлов, присутствующих в огарке, в первую очередь соединения меди.

В основном никелевый огарок представлен окислами металлов (для успешного протекания процесса в нем должно содержаться не менее 1—2% S). Как показывают кинетические исследования, скорость хлорирования окислов меди, никеля, кобальта и железа при одинаковых температурных условиях различна. Закись никеля поддается воздействию хлора медленнее, чем окись меди. С еще меньшими скоростями реагируют с хлором окись — закись кобальта и окись железа.

Устойчивость образующихся хлоридов в атмосфере кислорода (воздуха) также различна. При одинаковых температуре и составе газовой фазы сначала идет разложение кислородом хлорида кобальта, а затем хлоридов никеля и меди. Термодинамическая вероятность разложения хлорида железа очевидно еще выше, чем хлорида кобальта. Таким образом, окислы меди хлорируются полнее, чем окислы никеля, кобальта и железа. Хлориды меди при температурах обжига более устойчивы к воздействию кислорода, чем хлориды других металлов, входящих в состав файнштейна. Поэтому медь в огарке хлорирующего обжига в основном присутствует в форме легко растворимых хлоридов и оксихлоридов, а железо, кобальт и никель остаются преимущественно в виде нерастворимых окислов. Лишь незначительная часть кобальт и никеля в огарке содержится в форме устойчивых, хорошо растворяющихся сульфатов. Последние образуются в процессе обжига вследствие наличия в обжигаемом материале больших количеств закиси никеля, являющейся очень хорошим катализатором окисления сернистого ангидрида до серного, сульфатизирующего окислы металлов:

Me О + S0₃ ↔ Me S0₄. (62)

Существенное значение при разделении металлов в процессе последующего выщелачивания огарка слегка подкисленной водой имеет хорошая растворимость окислов меди в слабокислых растворах и практически полная нерастворимость в этих растворах «окислов железа, никеля и кобальта.