Шахтная плавка окисленной никелевой руды, страница 3

Расход кокса составляет 25-30% от веса агломерата. Плавка имеет характер восстановительного процесса.

Минералогический состав никелевого агломерата характеризуется присутствием фаялита, в той или иной степени видоизмененного присутствием закиси никеля, магнезии и других оснований, магнетита, различных безводных сложных силикатов, в состав которых иногда входит значительная часть никеля, и небольших количеств свободного кварца, металлического никеля, единичных включений периклаза и магнезиоферрита.

При опускании по высоте печи шихта непрерывно пронизывается восходящим потоком нагретых газов, состоящих из CO, CO₂, N₂ и оказывающих восстановительное действие на отдельные её соединения. Одновременно внутри шихты, по мере её нагрева потоком восходящих газов, происходят различные химические взаимодействия, которые приводят к сульфидированию никеля и части железа и к образованию шлаков. Всё железо, за исключением той его части, которая сульфидируется и идёт вместе с никелем в штейн, должно быть ошлаковано в виде закиси железа.

Восстановление закиси железа до металла приводит к нежелательному образованию тугоплавкому ферроникеля, который постепенно намерзает на лещади внутреннего горна печи и уменьшает его объем. Вследствие этого резко ухудшается разделение жидких продуктов плавки. Чтобы полностью избежать восстановления закиси железа, необходимо в интервале температур образования силиката закиси железа, т.е. при температурах 800-1000 или несколько выше, когда закись железа ещё существует в свободном, несвязанном состоянии, иметь такую концентрацию окиси углерода в газах, которая была бы меньше её равновесного значения для реакции восстановления закиси железа.

При температуре 1000 равновесная концентрация окиси углерода для реакции восстановления закиси железа составляет примерно 72-75% от суммы окиси углерода и углекислого газа. При суммарном содержании в печных газах СО и СО_2, равном 34-35% на долю окиси углерода должно приходиться при этой температуре не больше 25% общего объема всех газов. При большом содержании окиси углерода неизбежно будет происходить образование металлического железа.

Работа при предельно малом расходе кокса и при достаточном расходе воздуха является основным условием шахтной плавки никелевого агломерата на штейн. Другим важным условием плавки является наличие в шихте достаточного количества кремнезема для ошлакования закиси железа и хороший контакт компонентов шихты.

Однако при плавке никелевого агломерата в шихте обычно присутствует избыток кремнезёма, поэтому в шихту почти всегда приходится вводить известняк, иногда в количестве до 30% от веса агломерата, для ошлакования избыточного кремнезема.

Окись кальция при плавке обеспечивает получение шлака заданного состава и, как сильное основание, вытесняющее никель из сложных силикатов, способствует более полному извлечению никеля в штейн.

Реакция восстановления закиси никеля окисью углерода:

.

Восстановление закиси никеля окисью углерода достаточно быстро и полно наблюдается при температурах 700-800 и выше. Восстановление закиси никеля твердым углеродом наблюдается при температурах порядка 650-850.

Из всех восстановительных процессов, протекающих в шахтной печи, реакция восстановления магнетита до состояния закиси железа предъявляет наиболее высокие требования к содержанию окиси углерода в печных газах. Равновесная концентрация окиси углерода в смеси газов для реакции:

при температуре 1000 составляет около 20% от суммы окиси углерода и углекислого газа. Но в реальном процессе концентрация в средних зонах печи должна составлять, примерно, до 50% СО от суммы СО+СО₂. В верхних горизонтах печи при нагреве шихты потоком горячих газов происходит дегидратация природных силикатов руды и гипса, а также разложение некоторых карбонатов шихты. Обычно в шихте почти всегда присутствует в качестве флюсующего вещества известняк. Полное разложение известняка в кусках происходи при температуре около 900. Объясняется это медленной диффузией углекислого газа из центра куска и наличием внутри его пор газов с более высоким парциальным давление СО₂, чем в окружающей атмосфере печного пространства.