Лекция 1. Развитие производства меди. Свойства меди и ее применение. Сырье для получения меди. Современное состояние медной промышленности.

Стр 1 из 12Следующая ⇒

ЛЕКЦИИ (ТЕЗИСЫ)

по дисциплине

«МЕТАЛЛУРГИЯ МЕДИ И НИКЕЛЯ» (ММN3224)

для студентов специальности

5В070900 – Металлургия

Форма обучения: дневная и заочная

ШЫМКЕНТ 2016

УДК 669.168

Составитель: Сейсенбаев А.Е. - к.т.н.

Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Металлургия меди и никеля» для студентов специальности 5В070900 – Металлургия. г.Шымкент: Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауезова, 2016. - 81с.

Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и государственного стандарта специальности 5В070900-«Металлургия» по дисциплине «Металлургия меди и никеля» и включают все необходимые сведения по выполнению лабораторных работ.

Методические указания предназначены для студентов специальностей 5В070900 - Металлургия.

В методических указаниях даны краткие теоретические сведения и методики проведения процессов окислительного обжига сульфидного медного концентрата, плавки медных концентратов на штейн, конвертирования медных штейнов, электролитического рафинирования меди, регенерации электролита с получением медного купороса, гидрометаллургической переработки окисленного медного сырья.

Рецензенты:

Протопопов А.В. - д.т.н., профессор кафедры «ТЭПиМ» ЮКГУ им.М.Ауезова

Махамбетов М.А. – к.т.н., гл.инженер АО «ПК«Южполиметалл»»

Рассмотрено и рекомендовано к печати заседанием кафедры «Металлургия»

(протокол № 1 от «22» 12 2016 г.) и комитета по инновационным технологиям обучения и методической обеспеченности высшей школы «Химическая инженерия и биотехнология» (протокол № 5 от «28» ____12_____2015г.)

Рекомендовано к изданию Методическим Советом ЮКГУ им. М.Ауезова, протокол № __ от «____» ______________ 2016г.

Ответственный за выпуск Каратаева Г.Е.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………. Лекция 1. Развитие производства меди. Свойства меди и ее применение. Сырье для получения меди. Современное состояние медной промышленности.…………….…………………………… Лекция 2. Окислительный обжиг медных концентратов. Плавка на штейн в отражательных и электрических печах …………………… Лекция 3. Плавка на штейн в шахтных печах ………………………………………………………………..… Лекции 4.. Конвертирование медных штейнов.………………. Лекции 5. Автогенные процессы плавки …………….……………………. Лекции 6. Огневое рафинирование меди. Электролитическое рафинирование меди.…………………………………………….. Лекция 7. Гидрометаллургия меди……..………………………… Лекции 8. Никель и его применение. Сырье для получения никеля. Современное состояние производства никеля ……….. Лекции 9, 10. Получение огневого никеля из окисленных руд. Плавка на штейн…………………....………………………............ Лекции 11, 12. Конвертирование никелевых штейнов. Переработка никелевого файнштейна на огневой никель. Производство ферроникеля……………………………………… Лекции 13, 14. Получение никеля из сульфидных медно-никелевых руд. Плавка на штейн. Конвертирование медно-никелевых штейнов. Разделение меди и никеля……………… Лекция 15. Электролитическое рафинирование никеля. Гидрометаллургия никеля……………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

Лекции (тезисы) по дисциплине «Металлургия меди и никеля» предусматривают теоретическое основание необходимых технологий и изучение металлургических процессов протекающих в агрегатах цветной металлургии; освоение методов расчета шихты, интенсификации технологических процессов и управления плавкой.

Не менее важной задачей является приобретение навыков работы студентов с имеющейся технической литературой, широко распространенных в Интернете, а также умения оценивать технологические показатели процесса.

Во время изучения дисциплины студенты должны самостоятельно выполнить лабораторные работы с использованием различных металлургических процессов. Это позволит студентам получить навыки самостоятельного подхода к решению конкретных задач, касающихся инженеров металлургов-технологов, а также к проведению научно-исследовательской работы. Описанные условия проведения лабораторных работ максимально приближены к производственным режимам.

Наряду с лабораторными работами студенты должны научиться составлять технологический баланс каждого передела, производить расчет шихты для реальных технологических процессов и управления этими плавками, что достигается на практических занятиях.

Углубления изучение дисциплины предусматривает предоставление студентам дополнительных тем по СРС с докладом и защитой на семинарах, что предоставляет слушателям закрепление полученных знаний.

Тезисы лекций охватывают содержание всего курса «Металлургия меди и никеля» и содержат 15 лекций, охватывающих все переделы производства меди и никеля как из первичного (медного и медно-никелевого концентратов горно-обогатительного производства), так и из вторичного сырья, а также процессы по извлечению меди и никеля из отвалов и забалансовых руд. Особое внимание отведено изучению автогенных процессов, являющихся стержнем всей медной и никелевой отрасли и без которых невозможна современная медная промышленность. После каждой лекции предусмотрены контрольные вопросы для самостоятельной подготовки к экзамену по дисциплине.

Тезисы лекций составлены на основании требований, предъявляемых к выпускникам высших учебных заведений по специальности 5В070900 - Металлургия.

Лекция 2. Окислительный обжиг медных концентратов. Плавка на штейн в отражательных и электрических печах.

Лекция 6. Огневое рафинирование меди. Электролитическое рафинирование меди.

Огневое рафинирование меди.

Черновая медь может содержать до 4% примесей, делающих ее непригодной для прямого применения. По этой причине вся черновая медь в настоящее время обязательно подвергается двухстадийному рафинированию: огневым методом и последующим электролизом.

Возможны три варианта организации рафинирования меди в промышленных условиях:

1. Обе стадии рафинирования проводятся на том же предприятии,

где выплавляется черновая медь. В этом случае на огневое рафинирование поступает расплавленная медь.

2. Обе стадии рафинирования осуществляют на специальных рафинировочных заводах, на которые медь поступает в слитках массой до 1500 кг. Такая технология требует повторного расплавления чернового металла, но позволяет, как и в варианте I. на месте перерабатывать анодные остатки электролизнъ1Х переделов и технологический брак процессов огневого и электролитического рафинирования

3. Огневое рафинирование жидкой черновой меди осуществляют на медеплавильных заводах, а электролиз проводят централизованно на специальных предприятиях.

Третий вариант рафинирования черновой меди на отечественных предприятиях не применяется. Он является характерным, в частности, для заводов США.

Цель огневого рафинирования сводится к частичной очистке меди от примесей, обладающих повышенным сродством к кислороду, и подготовке ее к последующему электролитическому рафинированию. При огневом рафинировании из расплавленной меди стремятся максимально удалить кислород, серу, железо, никель, цинк, свинец, мышьяк, сурьму и растворенные газы. Медь после огневого рафинирования разливают в слитки пластинчатой формы с ушками - аноды, которые направляют в электролизный цех. Поэтому печи для огневого рафинирования часто называют анодными печами.

На современных предприятиях для огневого рафинирования меди используют в основном два типа печей: стационарные отражательные и наклоняющиеся.

Стационарная рафинировочная печь по устройству похожа на отражательную печь для плавки концентратов, но имеет ряд специфических конструктивных особенностей. Вместимость современных анодных печей - до 400 т жидкой меди.

Анодные печи покоятся на столбчатом фундаменте, что обеспечивает повышенную стойкость подины. На одной из продольных стен печи имеются рабочие окна с опускающимися заслонками, предназначенные для загрузки в печь твердых материалов и обслуживания печи во время работы. Рафинировочные печи отапливаются только высококачественным топливом (природный газ или мазут). Топочная сторона печи имеет форкамеру, в которой начинается горение топлива. Окна для съема шлака расположены обычно в задней торцовой стенке печи. Рабочие и шлаковые окна можно использовать для окислительной и восстановительной обработки расплавленной меди.

На противоположной длинной стороне печи имеется щелевая летка, которую перед началом загрузки закладывают огнеупорным кирпичом или заделывают глиной. Во время разливки меди в конце операции щель постепенно разбирают сверху, что обеспечивает почти постоянный напор струи жидкой меди.

Стационарные отражательные печи применяют для огневого рафинирования как жидкой, так и твердой черновой меди, а также для переплавки и дополнительного рафинирования катодной меди при изготовлении из нее вайербарсов - слитков особой формы, используемых в дальнейшем для проката и волочения проволоки.

Наклоняющиеся рафинировочные печи конструктивно сходны с горизонтальными конвертерами, но имеют большую вместимость (до 300 т). У таких печей горловина смещена обычно к одному торцу. Ее используют для заливки жидкой черновой меди, загрузки твердых оборотов и отвода отходящих газов. Для выпуска отрафинированной меди со стороны разливочной машины в печи сделана летка диаметром - 60 мм. Напор струи жидкой меди регулируется в этом случае углом поворота печи в сторону розлива.

Наклоняющиеся рафинировочные печи имеют ряд преимуществ перед стационарными, но пригодны только для переработки жидкой черновой меди. Загрузка через горловину (с большой высоты) массивных слитков черновой меди приводит к быстрому разрушению футеровки пода.

Огневое рафинирование меди - периодический процесс. Он состоит из последовательных стадий, включающих подготовку и загрузку печи, плавление или разогрев меди, окислительную обработку расплава и съем шпака, восстановительную обработку (дразнение) и разливку готовой меди.

Подготовка рафинировочной печи сводится к ее осмотру, заделке изъянов в футеровке и заправке выпускной летки. Далее проводят загрузку печи. При рафинировании твердой меди массивные слитки загружают в стационарную печь через рабочие окна с помощью загрузочной машины - шаржирного крана с хоботом. Жидкую медь заливают ковшами по желобу или через горловину (в наклоняющиеся печи); продолжительность загрузки - до 2 ч.

Расплавление твердой меди занимает до 10 ч. При переработке жидкой меди и небольшого количества твердых, главным образом оборотных материалов, длительность этой стадии значительно сокращается. Период расплавления и разогрева расплава сопровождается частичным окислением твердой меди и расплава кислородом, присутствующим в атмосфере печи.

После разогрева ванны до температуры - 1200 ^оС начинается стадия окислительной продувки меди для окисления примесей с повышенным по сравнению с медью сродством к кислороду. Расплавленную медь окисляют воздухом, который вдувают в ванну на глубину 600-800 мм с помощью погружаемых в расплав стальных трубок, покрытых снаружи огнеупорной обмазкой.

Теоретически при взаимодействии с кислородом дутья должны были бы сразу окисляться примеси, обладающие большим по сравнению с медью сродством к кислороду. Однако на практике с учетом закона действия масс в первую очередь окисляется медь, концентрация которой по сравнению с примесями является преобладающей. При продувке воздухом медь окисляется до Cu₂0, которая, растворяясь в ванне меди до концентрации 10-12 %, переносит кислород к более активным металлам и окисляет их по обратимой реакции

Cu₂0 + Me = 2Cu + MeO

Оксиды металлов-примесей вместе с избытком Сu₂0 и кремнеземом, загружаемым в небольшом количестве в печь для ошлакования примесей, образуют на поверхности ванны шлак. В конце окислительной продувки шлак обычно сгребают деревянными гребками. Шлаки рафинировочных печей содержат до 5, 0-5, 5 % Си. Выход шлаков составляет I-2 % от массы меди. Рафинировочные шлаки для обеднения возвращают в процесс конвертирования.

Наиболее полно окисляются и удаляются в шлак примеси с наибольшим сродством к кислороду: алюминий, цинк, железо, олово. Однако если примесь обладает высокой растворимостью в меди, то степень ее удаления будет небольшой. Так, концентрацию никеля, обладающего неограниченной растворимостью в мели, не удается снизить ниже 0, 25-0, 3 %. К числу трудноудаляемых примесей относятся мышьяк и сурьма, особенно при их совместном присутствии с никелем. Практически полностью при огневом рафинировании в меди остаются благородные металлы, селен и теллур.

Продолжительность окислительной продувки зависит от степени загрязнения исходной черновой меди и составляет 1, 5-4 ч. Продутая воздухом медь насыщена кислородом и газовыми пузырьками, которые удаляются при восстановительной обработке меди (дразнений).

Дразнение можно проводить свежесрубленной древесиной (бревнами), мазутом или природным газом. При разложении восстановительных реагентов образуются водород, оксид углерода и углеводороды, которые взаимодействуют с растворенной Си₂0 и восстанавливают ее по реакциям:

Cu₂0 + Н₂ = 2Cu + Н₂0;

Cu₂0 + СО = 2Си + СО₂;

4Cu₂0 + СН₄ = 8Си + СО₂ + 2Н₂О.

В процессе дразнения ванна хорошо перемешивается газовыми пузырьками, что обеспечивает высокую степень восстановления Cu₂0, удаление растворенных газов и способствует глубокой десульфуризации меди.

Продолжительность периода дразнения достигает 2, 5-3 ч и определяется степенью насыщения продутой ранее меди кислородом. После дразнения получают плотную красную медь, содержащую не более 0, 01 %S и до 0, 2%О₂. Такую медь разливают в аноды.

Для разливки применяют изложницы, установленные на горизонтальных разливочных машинах карусельного типа. Подачу жидкой меди из печи в изложницу проводят через промежуточный наклоняющийся ковш, оборудованный на ряде заводов дозирующим устройством, обеспечивающим постоянство массы отливаемых анодов. Этот ковш прерывает струю меди во время перемещения изложниц. Разливка анодов из печи емкостью 200- 250 т продолжается до 5- 6 ч.

Готовые аноды имеют длину 800- 900 мм, ширину 800 -900 мм и толщину 35- 40 мм. Масса анодов на разных заводах составляет 240-320 кг.

Общая продолжительность огневого рафинирования при переработке твердой меди составляет - 24 ч.

По технологии огневого рафинирования перерабатывают в вайербарсы - заготовки для получения проволоки - часть полученной катодной меди. Медь в этом случае дополнительно очищают от серы, перешедшей в нее в виде механических захватов сернокислого электролита в процессе кристаллизации катодного осадка. Катодную медь переплавляют в стационарных отражательных печах, полностью аналогичных анодным печам. Рафинировочные печи в этом случае называют вайербарсовыми. Вайербарсы разливают на карусельных машинах одновременно по 4 штуки в одну изложницу.

Основной недостаток описанного метода рафинирования меди -периодичность процесса - в ближайшее время может быть ликвидирован, Уже созданы все необходимые предпосылки для организации непрерывного рафинирования черновой меди. Наибольший практический интерес на сегодняшний день представляют технологии непрерывного рафинирования, разработанные фирмой Мицубиси (Япония), и процесс " Контимелт" (совместная разработка ФРГ и Бельгии).

Никель и его применение

Никель - единственный " молодой" металлиз тяжелых цветных металлов, получивший широкое применение только в конце XIX в. Впервые как химический элемент никель был открыт в 1751 г.и выделен в чистом виде в 1804 г. Однако он был обнаружен в составе монетных сплавов, применявшихся еще в Ш столетии до н.э. До 1875 г.никель считался ювелирным металлом, стоилдорого и производили его в очень небольших количествах. Мировое производство никеля в 1875 г. составляло всего ~500т, а затем качало быстро расти.

Чистый никель – металл светло-серебристого цвета. Никель обладает достаточно высокой прочностью и пластичностью. Он легко поддается механической обработке как в горячем, так и в холодном состоянии, легко прокатывается в листы толщиной до 0, 02 мм и протягивается в проволоку диаметром до 0, 01 мм.

В химическом отношении никель малоактивный металл, обладает высокую коррозионную стойкость в атмосфере воздуха, устойчив к воздействию воды и многих агрессивных сред.

С кислородом никель образует два основных оксида: NiO, Ni₂O₃. С серой никель образует сульфиды: NiS, Ni₃S₂.

С металлами никель образует многочисленные сплавы. Известны более 3000 никельсодержащих сплавов. В сплавах никель придает разнообразные ценные свойства (жаропрочность, кислотоупорность, вязкость, нержавеющие свойства…). В чистом виде никель используется для никелирования, для изготовления посуды с высокой коррозионной стойкостью, в качестве катализаторов. Среди цветных металлов по производству и потреблению никель занимает пятое место после алюминия, меди, свинца и цинка.

Сырье для получения никеля

Промышленное производство никеля возникло в конце XIX века почти одновременно на базе окисленных никелевых руд Новой Каледонии и сульфидных медно-никелевых руд Канады.

Окисленные (силикатные) никелевые руды являются рудами вторичного происхождения. Они образовались в результате выветривания главным образом змеевиков и состоят из простых и сложных гидратированных силикатов магния и железа, и алюмосиликатов, содержащих никель.

Основными никельсодержащими минералами в окисленных никелевых рудах являются гарниерит (Ni, Mg)O ∙ SiO₂∙ 2H₂O, ревдинскит и непуит 3(Ni, Mg)O ∙ SiO₂ ∙ 2H₂O и нонтронит nNiO ∙ (Al, Fe)₂O₃ ∙ 4SiO₂ ∙ 4H₂O. Никелевые минералы в рудах находятся в тонкодисперсионном состоянии. По внешнему виду они похожи на глину, для них характерны пористое, рыхлое строение, малая механическая прочность кусков, высокая гигроскопичность. Из-за отсутствия рациональных методов обогащения окисленные никелевые руды поступают непосредственно на металлургическую переработку.

В СНГ промышленные месторождения окисленных никелевых руд находятся на Урале, Казахстане и на Украине, за рубежом – в Новой Каледонии, на Кубе, Филиппинах, в США, Бразилии, Индонезии и Греции.

В сульфидных рудах никель присутствует главным образом в виде пентландита [(Ni, Fe)S], представляющего изоморфную смесь сульфидов никеля и железа переменного соотношения, и частично в форме твердого раствора в пирротине (Fe₇S₈).

Основным спутником никеля в сульфидных рудах является медь, содержащаяся главным образом в халькопирите (CuFeS₂). Из-за высокого содержания меди эти руды называют медно-никелевыми. Кроме никеля и меди, в медно-никелевых рудах обязательно присутствуют кобальт, металлы платиновой группы (платина, палладий, родий, рутений, осмий и иридий), золото, серебро, селен и теллур, а также сера и железо. Таким образом, сульфидные медно-никелевые руды являются полиметаллическим сырьем очень сложного химического состава. При их металлургической переработке в настоящее время извлекают 14 (включая серу) ценных компонентов.

Химический состав сульфидных медно-никелевых руд следующий, %: Ni 0, 3-5, 5; Си 0, 2 - 1, 9; Со 0, 02- 0, 2; Fe 30 -40; S 17- 28; Si0₂ 10 - 30; MgO 1- 10; А1₂0₃ 5- 8. По структуре медно-никелевые руды могут быть сплошными, жильными и вкрапленными. Чаше встречаются два последних типа руд. В зависимости от глубины залегания руду добывают как открытым, так и подземным способом.

В отличие от окисленных никелевых руд сульфидные медно-никелевые руды характеризуются высокой механической прочностью, негигроскопичны и могут подвергаться обогащению. Следует отметить, что обогащению обычно подлежат только сравнительно бедные руды (не более 1, 5-2, 5 % Ni). Богатые руды после соответствующей подготовки направляют на плавку.

В СНГ промышленные месторождения сульфидных медно-никелевыых руд находятся на Таймырском и Кольском полуостровах, за рубежом – в Канаде и Австралии.

Основным способом обогащения сульфидных медно-никелевых руд является флотация. Иногда флотационному обогащению предшествует магнитная сепарация, направленная на выделение пирротина в самостоятельный концентрат. Возможность проведения магнитной сепарации обусловлена относительно высокой магнитной восприимчивостью пирротина.

Выделение пирротинового концентрата при обогащении руды улучшает качество первичного никелевого концентрата вследствие вывода из него значительной части железа и серы и упрощает его последующую металлургическую переработку. Однако при получении пирротинового концентрата, содержащего до 1, 5 % Ni, возникает необходимость в обязательной его переработке с целью извлечения никеля, серы и платиноидов.

Флотационное обогащение медно-никелевых руд может быть коллективным и селективным. При коллективной флотации за счет отделения пустой породы получают медно-никелевый концентрат. Однако и селективная флотация не обеспечивает полного разделения меди и никеля (особенно по выделению никеля). Продуктами селекции в этом случае будут являться медный концентрат с относительно небольшим содержанием никеля и никелево-медный концентрат, отличающийся от руды более высоким отношением Ni: Си. На практике такой концентрат обычно называют просто никелевым.

Таким образом, в зависимости от принятой схемы обогащения сульфидных медно-никелевых руд можно получать коллективные медно-никелевые, медные, никелевые и пирротиновые концентраты, состав которых приведен ниже.

Состав продуктов обогащения медно-никелевых руд

Концентрат Содержание, %

Ni Си Fe S SiO₂

Коллективный 3, 6-6, 5 3, 0-6, 0 38-40 28-30 12-14

Никелевый 6-11 4-6 37-40 25-29 14-20

Пирротиновый 0, 1-1, 55 0, 05-0, 17 55-60 36-37 1-3

Как следует из приведенных данных, соотношение никеля и меди в медно-никелевых и никелевых концентратах изменяется примерно oт 2: 1 до 1: 2. Такие концентраты можно перерабатывать по одной и той же технологии. Медные концентраты с соотношением меди и никеля, равным 20: 1, перерабатывают на медеплавильных заводах.

Кроме окисленных никелевых и сульфидных медно-никелевых руд, сырьем для получения никеля могут служить мышьяковистые руды, добываемые в Бирме и в Канаде.

Производство ферроникеля

Устранение большинства недостатков традиционной технологии переработки окисленных никелевых руд достигается при их переработке на ферроникель - сплав железа с никелем, в который переходит и кобальт. Этот способ в последние годы получает все большее распространение и относится к восстановительным процессам.

При плавке на ферроникель достигается значительное упрощение технологической схемы переработки окисленных никелевых руд, существенное повышение извлечения никеля и кобальта, улучшение использования вещественного состава руды, а также экономия топлива.

Плавку на ферроникель в основном ведут в руднотермических печах. Главные преимущества электроплавки - возможность использования руд с тугоплавкой, магнезиально-силикатной пустой породой, получение достаточно высокого извлечения металлов, небольшой расход низкосортного восстановителя и высокая комплексность использования сырья.

Ферроникель можно применять непосредственно в черной металлургии при получении легированных сталей или перерабатывать на марочные сорта никеля и кобальта.

Переработка окисленных никелевых руд на ферроникель электротермическим способом в промышленном масштабе осуществлена на Побужском никелевом заводе (Украина), в Новой Каледонии, США, Японии и Бразилии.

Технологическая схема получения ферроникеля включает агломерацию или сушку с прокаливанием руды с целью частичного восстановления оксидов железа и никеля до металла в трубчатых вращающихся печах, плавку огарка, нагретого до 700-900 ^оС, на ферроникель в руднотермических печах с восстановителем, рафинирование и обогащение первичного ферроникеля в конвертере с получением товарного продукта.

При электроплавке оксиды никеля восстанавливаются углеродом по реакции:

NiO + С = Ni + СО.

Одновременно с никелем восстанавливаются кобальт, железо, хром и кремний. В результате плавки получают ферроникель, загрязненный в основном кремнием, серой и углеродом.

Товарный ферроникель с содержанием 19- 25 % Ni и 1-1, 2 % Со разливают в слитки массой по 45-50 кг. Извлечение никеля и кобальта при рафинировании составляет 95- 96 %. Одним из возможных способов извлечения никеля и кобальта из такого ферроникеля является его переработка в качестве холодных присадок при конвертировании штейнов на файнштейн. Файнштейн и кобальтсодержащие конвертерные шлаки перерабатывают по описанной ранее технологии.

Контрольные вопросы

1. Цель процесса конвертирования

2. Флюс, используемый при конвертировании медного штейна

3. Почему при конвертировании никелевого штейна не производится полная продувка железа?

4. Что называется файнштейном?

5. Как обедняются конвертерные никелевые шлаки?

6. Основные реакции конвертирования никелевых штейнов

7. Технологические стадии получения огневого никеля из файнштейна

8. Почему окисление файнштейна проводится в две стадии?

9. Этапы технологического процесса электроплавки оксида никеля

10. Преимущества переработки окисленных никелевых руд на ферроникель

Лекции 13, 14.

Гидрометаллургия никеля

Гидрометаллургические методы при получении никеля значительно больше распространены, чем при получении меди. В настоящее время их применяют для переработки окисленных никелевых руд, никелевых сульфидных концентратов, пирротиновых концентратов, сульфидных полупродуктов (штейнов, файнштейнов и др.) с использованием сернокислых, аммиачных и солянокислых растворов.

Выщелачивание проводят как при атмосферном, так н повышенном давлении. Высокое давление в свою очередь позволяет вести процесс и при повышенных температурах. Использование высоких температур и давлений значительно ускоряет химические реакции и повышает полноту их протекания. Такие процессы получили название автоклавных процессов. Их проводят в специальных герметичных аппаратах - автоклавах.

При гидрометаллургической переработке окисленных никелевых руд, содержащих около 1, 3% Ni и 0, 8 % Со, по аммиачной схеме (завод " Никаро", Куба) руду вначале подвергают селективному восстановительному обжигу, при котором никель и кобальт восстанавливаются до металлов, а железо - преимущественно до Fe₃0₄. Охлажденный огарок выщелачивают в турбоаэра-торах - герметичных пневмомеханических мешалках - раствором, содержащим 5-7 % аммиака и 4- 6 % оксида углерода (С0₂). При этом протекают процессы, описываемые в общем виде уравнением

Me + 6NH₃ + С0₂ + 1/20₂ = Me(NH₃)₆C0₃.

Железо в виде гидроксида и большая часть кобальта (до 80-90 %) остаются в хвостах выщелачивания. Полученные растворы в дальнейшем подвергают термическому разложению острым паром с образованием нерастворимых карбонатов никеля и кобальта. Осадок карбонатов после отделения от растворов сушат и прокаливают в трубчатых печах, что приводит к образованию оксида никеля. Оксид никеля спекают на агломерационных машинах. Товарным продуктом этой технологии является спек (синтер), содержащий 88% Ni и 0, 7% Со. Извлечение никеля из руды составляет 75 %, кобальта 20 %.

На заводе " Моа" (Куба) окисленные никелевые руды подвергают сернокислотному выщелачиванию под давлением 0, 4- 0, 5 МПа в вертикальных автоклавах, что позволяет проводить процесс при температурах до 240-250 ^оС. В раствор при выщелачивании в автоклавах переходит по 95% никеля и кобальта в виде сульфатов NiS0₄ и CoS0₄. После очистки от железа раствор нейтрализуют и обрабатывают сероводородом в специальных автоклавах, в результате чего получают сульфидный концентрат, содержащий 55- 60 % Ni и 5- 6 % Со. Этот концентрат является товарной продукцией завода. Конечное извлечение металлов из руды - ~ 90 %.

Аммиачное выщелачивание в автоклавах для переработки сульфидных никелевых концентратов (14 % Ni; 3 % Си; 0, 2-0, 4 % Со; 35 % Fe; 28 % S) использует компания " Шеррит-Гордон" (Канада). Процесс выщелачивания ведут в четырех камерных автоклавах объемом 120м³.

Технологическая схема процесса состоит из следующих основных операций:

1) аммиачное выщелачивание концентрата при температуре 77-82^oС и давлении около 700 кПа, при этом в раствор в форме аммиакатов переходят никель, медь и кобальт, а железо, окисляясь, выпадает в осадок в виде гидроксида;

2) кристаллизация сульфида меди при нагреве раствора до 110 ^oС;

3) последовательное автоклавное восстановление водородом никеля и осаждение кобальта сероводородом;

4) кристаллизация сульфата аммония из отработанного раствора.

В целом по такой технологии извлекают, %; Ni 90; Со 45; Си 89; S 75.

В результате автоклавной переработки сульфидных никелевых концентратов по аммиачной схеме получают сульфид меди (70% Си), никелевый порошок (99, 8-99, 9% Ni), кобальтовый порошок и сульфат аммония.

На отечественных заводах автоклавное выщелачивание используют для переработки пирротиновых концентратов (НГМК), кобальтового штейна (автоклавной массы), получаемого при обеднении конвертерных шлаков на комбинате " Южуралникель", растворения богатых никелевых концентратов с целью обогащения никелевого электролита на комбинате " Североникель".

Переработка пирротиновых концентратов, содержащих, %: Ni 3, 5-3, 9; Си 3, 2-3, 6; Со 0, 13; Fe 47-54 и S 28-32, осуществляется по технологии автоклавного окислительного выщелачивания.

Окислительное выщелачивание проводят в горизонтальных автоклавах с рабочей емкостью 100 м³ при 108 ^oС и давлении 1, 5 МПа. Цель процесса - разложение пирротина с образованием гидроксида железа (Fe₂0₃∙ 3Н₂0) и элементарной серы; при этом в раствор частично переходят цветные металлы в форме сульфатов. Химизм основного процесса сложен и недостаточно изучен. Продуктом процесса является окисленная пульпа, в твердой фазе которой содержатся неокислившиеся сульфиды, гидроксид железа, элементарная сера и пустая порода, а в водной - растворенные цветные металлы.

Для осаждения растворенных металлов пульпу в реакторах с механическим перемешиванием обрабатывают железорудными металлизованными окатышами. В результате протекания суммарной реакции, описываемой в общем виде реакций

MeS0₄ + Fe + S° → MeS + FeSO₄

никель, медь и кобальт выпадают в осадок в виде сульфидов.

Серосульфидная флотация имеет своей целью флотационное отделение сульфидов и элементарной серы от оксидов (Fe₂0₃∙ 3Н₂0) и пустой породы, которые направляются в отвал. Флотационный серосульфидный концентрат направляют на разделение серы и сульфидов также методом флотации с получением сульфидного и серного концентратов.

Автоклавный сульфидный концентрат в 3-4 раза больше обогащен цветными металлами по сравнению с исходным пирротиновым концентратом. Его плавят в составе шихты плавки на медно-никелевый штейн. Такой процесс в промышленном масштабе внедрен на Надеждинском никелевом заводе (НГМК).

Примером солянокислого выщелачивания с использованием экстракции может служить переработка медно-никелевого файнштейна на промышленной установке в Норвегии.

При выщелачивании соляной кислотой при 70 ^оС сульфиды никеля, кобальта и железа растворяются, a Cu₂S и платиноиды остаются в остатке. Железо в виде HFeCl₄извлекают экстракцией раствором трибутилфосфата в керосине; кобальт экстрагируют раствором триизооктиламина в толуоле. Из очищенного раствора кристаллизуют NiCI₃ ∙ 6Н₂0. Эту соль затем прокаливают, улавливая пары соляной кислоты, а полученный оксид никеля восстанавливают водородом. Металл плавят и гранулируют; чистота его составляет 99, 7 %.

Контрольные вопросы

1. Материалы, используемые при дразнении меди в качестве восстановителя

2. Назначение огневого рафинирования меди

3. Какое общее количество примесей (%) содержит анодная медь?

4. Из каких стадий состоит рафинирование меди?

5. Каковы основные реакции огневого рафинирования?

6. Продолжительность огненного рафинирования черновой меди

7. Реакции, происходящие при дразнении меди

8. Продолжительность огненного рафинирования черновой меди

9. Принципиальное отличие анодных печей от отражательной

10. Организация работы анодной печи

11. Металлы, переходящие в шлам при электролитическом рафинировании меди

12. Металлы, остающиеся в растворе электролита при электролитическом рафинировании меди

13. Какое суммарное количество примесей содержит электролитическая медь марки М00

14. Раствор какого электролита используется при электролитическом рафинировании меди?

15. Какие элементы извлекают из медеэлектролитных шламов?

16. Устройство электролитических ванн в блоках и сериях

17. Организация работы электролитического рафинирования меди

1. Методы гидрометаллургии меди

2. Требования, предъявляемые при кучном выщелачивании меди

3. Организация работы кучного выщелачивания