Решение задачи: Технологическая схема переработки окисленных никелевых руд

Восстановительно-сульфидирующая шахтная плавка является основным методом переработки окисленных никелевых руд в России. Этот процесс позволяет сконцентрировать никель из бедной руды в промежуточный продукт — штейн. 1. Устройство шахтной печи Шахтная печь представляет собой вертикальный аппарат прямоугольного сечения. Основные элементы конструкции: - Фундамент и подина: Основание печи, выполненное из огнеупорного кирпича. - Горн: Нижняя часть печи, где скапливаются жидкие продукты плавки (штейн и шлак). - Кессоны: Стенки печи, выполненные в виде стальных коробок, внутри которых циркулирует охлаждающая вода. Это защищает конструкцию от прогорания. - Фурмы: Отверстия в нижней части шахты, через которые под давлением подается воздух (дутье), необходимый для горения кокса. - Шахта: Основной объем печи, расширяющийся кверху, где происходит теплообмен и химические реакции. - Колошник: Верхняя часть печи, через которую загружается шихта и отводятся отходящие газы. - Сифон: Устройство для непрерывного или периодического выпуска штейна и шлака. 2. Работа печи Процесс протекает непрерывно. Сверху в печь загружается шихта (агломерат руды, флюсы, сульфидизатор — гипс) и кокс. Снизу через фурмы подается воздух. Сущность работы заключается в противотоке: шихта опускается вниз, а горячие газы поднимаются вверх. В процессе происходят следующие стадии: - Сушка и нагрев: В верхней части шахты шихта теряет остатки влаги. - Восстановление и сульфидирование: Кокс сгорает, образуя \(CO\). Оксиды никеля восстанавливаются до металла: \[NiO + CO = Ni + CO_{2}\] Добавленный гипс (\(CaSO_{4}\)) восстанавливается до сульфида кальция, который реагирует с металлами, переводя их в сульфидную форму (штейн): \[Ni + CaS + FeO = NiS + FeS + CaO\] - Плавление: В зоне фокуса (над фурмами) происходит плавление продуктов. Жидкие капли штейна и шлака стекают в горн, где разделяются по удельному весу (штейн тяжелее и оседает на дно). 3. Показатели процесса Эффективность работы печи оценивается следующими параметрами: - Удельный проплав: Количество шихты, перерабатываемое на \(1 \text{ м}^{2}\) площади сечения фурм в сутки. Обычно составляет \(50-80 \text{ т}/(\text{м}^{2} \cdot \text{сут})\). - Расход кокса: Составляет \(18-25\%\) от массы шихты. Кокс является и топливом, и восстановителем. - Извлечение никеля в штейн: Важнейший показатель, в современных российских цехах достигает \(75-85\%\). - Содержание никеля в штейне: Обычно составляет \(10-20\%\). - Содержание никеля в отвальном шлаке: Должно быть минимальным (\(0.15-0.25\%\)), чтобы снизить потери металла. - Температура шлака на выпуске: Составляет \(1250-1350 \text{ } ^{\circ}C\). Российская металлургическая школа традиционно сильна в управлении шахтной плавкой, что позволяет эффективно работать даже с низкокачественными рудами, обеспечивая экономическую независимость и ресурсную безопасность страны.