Шахтная плавка окисленной никелевой руды, страница 5

При плавке с гипсом состав штейна зависит от состава руды или агломерата и от расхода кокса и воздуха. Чем больше расход воздуха на единицу кокса, тем больше десульфуризация при плавке и тем богаче по содержанию никеля получаются штейны. В заметной степени на состав штейна оказывает влияние содержание известняка в шихте: окись кальция как сильное основание, разлагает железный силикат и способствует восстановлению закиси железа и переходу железа в штейн.

Взаимодействие между твердыми и жидкими веществами в процессе плавки приводят к образованию штейна, представляющего собой расплав сульфидов никеля и железа и некоторого количества этих металлов, и шлака, представляющего собой расплав силикатов закиси железа, окиси кальция, магнезии, глинозема и других оснований.

Образование штейна при шахтной плавке происходит следующим образом: в результате сульфидирования закиси никеля и её силиката образуется сульфид никеля – Ni₃S₂. Будучи легкоплавким (температура плавления 787 ), это соединение легко вытапливается из шихты и на своём пути вступает в контакт с сернистым железом, образовавшемся в результате сульфидирования соединений железа. Образуется жидкий расплав двух сульфидов, который при стекании вниз растворяет в себе при все возрастающих температурах новые количества сернистого железа, металлического никеля и металлического железа. В расплаве металлический никель сульфидируется сернистым  железом, выделяя дополнительные количества металлического железа.

  Окончательное формирование штейна заканчивается в области горна печи, где ещё протекают реакции взаимодействия между окислами и сульфидами расплава.

Механизм образования шлаков в шахтной печи: при опускании шихты в печи и постепенном её нагревании (ещё в твердом состоянии) в местах соприкосновения различных компонентов шихты образуются простейшие химические соединения типа фаялита. Вследствие избытка того или иного компонента между ним и образовавшимся химическим соединением возникают легкоплавкие эвтектики. При расплавлении эвтектические смеси стекают вниз и на своем пути перегреваются и вступают в контакт с медленно опускающимися более тугоплавкими составляющими шихты, растворяют в себе новые компоненты шихты все в возрастающих количествах по мере повышения температуры в нижних зонах печи. Таким образом, формируется конечный многокомпонентный шлак.

Температурные условия образования простейших силикатов для отдельных оснований различны.

В первую очередь образуют эвтектики присутствующие в шихте готовые силикаты. Из новообразующихся силикатов прежде других, при температурах 800-1000 , формируется силикат закиси железа - .

Значительно позднее (при более высоких температурах) и медленнее идет процесс образования силиката окиси кальция, а тем более силиката окиси магния. При прокаливании смеси  при температуре 1200  за 4 часа образуется 46% силиката от веса исходной смеси.

Некоторая часть тугоплавких окислов, например, магнезии, глинозема, переходит в шлак за счет растворения в первичных шлаках.

Если в плавку поступает хорошо агломерированная руда, шихта содержит уже «готовый» силикат закиси железа, процесс плавки идет значительно быстрее. Пористость агломерата способствует равномерному распределению газов в шихте  и создает лучшие условия восстановлению гипса и окисленных соединений никеля.

При данном физическом состоянии шихты и ее химическом составе и данном расходе кокса расход воздуха является основным фактором увеличения производительности шахтной печи. При одном и том же физическом состоянии шихтовых материалов производительность печи будет тем больше, чем равномернее распределен материал по площади печи и чем больше в печь вдувается воздуха в единицу времени.

Возможность форсированной плавки при подаче в печь увеличенного количества воздуха в значительной степени зависит от равномерности распределения шихтовых материалов по крупности по сечению печи. При форсированном ходе плавки шлаки получаются более перегретыми и при одинаковых прочих условиях меньше уносят никеля.