Химизм процесса электроплавки
Лекция № 13 -14
Темаа «Восстановительная плавка закиси никеля»
Сегодня две лекции - 1 пара и 3 пара. Конспектируем и высылаем до конца дня.
Практику работы конспектируем вкратце, но сему печи чертим
Закись никеля, поступающая на плавку в электропечи, не является химически чистой. В электропечи перерабатывается огарок, получаемый в результате двухстадийного окислительного обжига в печах КС и трубчатых печах никелевого файнштейна.
Напоминаю процессы протекающие при обжиге. Конспектировать не надо, но читаем и повторяем.
При обжиге в зависимости от условий могут получаться сульфаты или окислы:
Ni3S2 + 4,5 O2 = 2NiSO4 + NiO
Ni3S2 + 3,5 O2 = 3NiO + 3SO2
При температуре ниже 6900С в большом количестве образуется сульфат NiSO4
Для хлорирования огарка используется техническая соль (NaCl). Хлорирующий обжиг огарка заключается в обработке его хлористым натрием при высокой температуре с целью превращения нерастворимых сульфидов меди в водорастворимые хлориды по реакциям
CuS + 2NaCl + 2O2 = CuCl2 + Na2SO4 (8.7)
Cu2S + 2NaCl + 2O2 = 2CuCl + Na2SO4 (8.8)
Cu2O + 2NaCl + SO2 + 1/2O2 = 2CuCl + Na2SO4
Получающийся в результате сульфатохлорирующего обжига огарок направляется на выщелачивание на вакуум-фильтры. Осадок промывают сначала водой, а затем слабым раствором серной кислоты. В результате из огарка извлекается до 80 % меди и до 30 % кобальта. Перешедшие в раствор медь, никель и кобальт осаждают содой и в виде карбонатов возвращают в основное производство.
|
|
|
Процесс выщелачивания хлорированного огарка осуществляется с целью удаления водорастворимых хлоридов меди для получения товарного металла, кондиционного по содержанию меди.
В разбавленной серной кислоте хлориды меди растворяют по реакциям
CuCl2 + H2SO4 → CuSO4 + 2HCl (8.10)
2CuCl + H2SO4 → Cu2SO4 + 2HCl (8.11)
Cu2SO4 → CuSO4 + Cu (8.12)
Выщелоченный огарок, содержащий 75–76 % Ni; 0,15–0,25 % Сu; 0,45–0,5 % Со; 0,3–0,4 % Fe; 0,9–1,2 % S, вместе с огарком, не подвергавшимся сульфатохлорирующему обжигу, с газоходной пылью и другими оборотными материалами направляют на вторую стадию обжига.
Высокотемпературный окислительный обжиг осуществляется в трубчатой печи. К выщелоченному огарку подшихтовываются оборотные пыли из газоходной системы трубчатых печей обжига и восстановления.
Цель обжига – удаление из выщелоченного огарка серы, части мышьяка и получение рядовой закиси никеля.
|
|
|
По мере прохождения выщелоченного огарка от загрузочного до разгрузочного конца печи протекают процессы окисления серы и мышьяка.
В окислительной атмосфере трубчатой печи протекают реакции окисления обезмеженного огарка. Окисляются сульфидные соединения никеля, кобальта, меди и железа, при этом сера и мышьяк удаляются с газовой фазой.
Обжиг проводят при противоточном движении газов и обжигаемого материала. Температуру в разгрузочном конце печи поддерживают на уровне 1 250–1 350 °С за счет сжигания углеродистого топлива (природного газа, мазута). В загрузочном конце печи температура снижается до 700–800 °С. За время движения материала по печи содержание серы в закиси никеля снижается до 0,04 % и ниже. Нагретая до высокой температуры закись никеля из обжиговой печи поступает в расположенный ниже ее трубчатый холодильник. Для частичного восстановления закиси никеля до металла в холодильник загружают восстановитель. Частичное восстановление (до 50–60 %) снижает энергетические затраты при последующей электроплавке и благоприятно сказывается на производительности плавильной печи.
|
|
|
| Химический состав, % мас. | Закись никеля | ||
| Для получения марки Н-3 | Для получения марки Н-4 | Для получения маложелезистого ферроникеля | |
| S | 0,03 | 0,033 | 0,3 |
| Cu | 0,50 | 0,82 | 1,5 |
| C | 1,0-2,0 | 1,0-2,0 | 2,0 |
| Fe | 0,55 | 0,8 | 0,3 |
Для улучшения показателей электроплавки закись никеля до поступления в электропечь подвергают предварительному восстановлению твердым восстановителем в трубчатых печах. Степень восстановления никеля, характеризующая отношение восстановленного никеля ко всему никелю, содержащемуся в огарке, изменяется в широких пределах в зависимости от того, в каком режиме ведется процесс и на каком оборудовании.
При предварительном высокотемпературном восстановлении происходит укрупнение частиц закиси никеля, что способствует снижению пылевыноса при электроплавке.
Обожженный и частично восстановленный огарок представляет собой сыпучий порошок серовато-черного цвета.
Восстановитель, поступающий в электропечь, должен быть малосернистым и малозольным. Повышенное содержание серы в восстановителе за- грязняет металл, а высокая зольность определяет его высокий расход и приводит к повышенному выходу шлака в процессе плавки.
|
|
|
В качестве восстановителя на уральских заводах используется нефтяной коксик, содержащий 85 % углерода, 5 % серы, 2–3 % золы, 3–4 % летучих. Влажность кокса не должна превышать 4 %. Каменные угли, применяемые на северных комбинатах, отличаются низким качеством. Они содержат до 25–30 % золы. Крупность зерен восстановителя, загружаемого в печь, составляет примерно 10–20 мм.
Химизм процесса электроплавки
Химические реакции, происходящие при восстановительной электроплавке закиси никеля, протекают в твердой шихте и в жидком расплавленном металле.
Основная химическая реакция электроплавки – восстановление закиси никеля углеродистым восстановителем:
NiO + С = Ni + СО (8.13)
протекает главным образом в твердой шихте при температурах, более низких, чем температура плавления NiO.
Окись углерода тоже участвует в восстановлении закиси никеля:
NiО + СО = Ni + СО2 (8.14)
В связи с тем, что в печи имеется избыток углерода, образующаяся двуокись углерода, взаимодействуя с углем, переходит в окись:
С + СО2 = 2СО (8.15)
В развитии прямого восстановления металлов большую роль играет газовая фаза (СО2 и СО), т.к. контакт твердых фаз (NiO и С) несовершенен.
В каждой промежуточной стадии участвует газовая фаза, создающая благоприятные условия для развития процесса.
Необходимо отметить еще одну закономерность восстановления закиси никеля углеродом – это его автокаталитический характер, т.е. рост скорости реакции во времени. Катализатором является свежевосстановленный никель. Поэтому наиболее медленно реакции идут в начале плавки, а затем по мере восстановления никеля их скорость возрастает.
К процессам, протекающим в жидкой фазе, относятся науглероживание металла и растворение в нем карбида никеля, растворение закиси никеля в металле, а также реакция в самой жидкой ванне между карбидом и закисью никеля.
Процесс науглероживания протекает путем растворения углерода в металлическом никеле по мере его восстановления. Кроме того, переход углерода в металл возможен в результате взаимодействия металла с окисью углерода.
Растворимость углерода в жидком металлическом никеле довольно высока. Избыточный углерод находится в никеле в виде карбида никеля Ni3C.
При охлаждении расплавленного металла карбид никеля распадается с выделением углерода в виде листочков графита на гранях кристаллов. Растворимость углерода в твердом никеле при комнатной температуре ограничена и составляет 0,1 %.
Помимо углерода, в металлической ванне растворяется закись никеля. Вследствие этого происходит восстановление закиси никеля в жидкой фазе:
Ni3С + NiO = 4Ni + СО (8.16)
Реакция протекает очень интенсивно, сопровождается усиленным выделением окиси углерода и может привести к хлопкам и выбросам расплава из печи.
Растворимость закиси никеля в жидком металле, в отличие от углерода, невелика и практически не влияет на температуру плавления никеля. Поэтому расплавлять никель легче в том случае, когда он насыщен углеродом, а не закисью никеля, т.е. в печь для восстановления лучше загружать шихту с избытком углерода и получать при расплавлении науглероженный металл.
В заключительной стадии плавки, называемой доводкой, из металлической ванны удаляют избыток углерода путем присадки закиси никеля. Металл, содержащий избыток углерода, нельзя разливать в слитки без удаления этого избыточного углерода. Это объясняется тем, что избыточный углерод при медленном охлаждении выделяется на гранях кристаллов никеля, нарушая связь между кристаллами. Практически установлено, что из металла с содержанием углерода выше 0,5 % невозможно получить крупные прочные слитки. Отлитые из высокоуглеродистого металла слитки легко разбиваются на куски. Однако при грануляции такого металла в воде графит не успевает выделиться, и гранулы получаются довольно прочными, но не удовлетворяющими требованиям ГОСТа.
В процессе обезуглероживания ванны закисью никеля можно получить и окисленный металл. Поэтому при розливе металла в аноды для получения более плотных отливок можно раскислять ванну кремнием:
Si + 2NiО = SiO2 + 2Ni (8.17)
Образующийся по данной реакции кремнезем переходит в шлак.
Для обессеривания никеля в печь добавляют чистый известняк. При этом сера, присутствующая в ванне в форме растворенного сульфида никеля, переходит в форму сульфида кальция, который нерастворим в металле:
Ni3S2 + 2СаО + 2С = ЗNi + 2СаS + 2СО (8.18)
и который удаляется из печи со шлаком. Удалять серу в электропечи, переводя ее в шлак, экономически невыгодно, это затягивает процесс, значительно повышает расход электроэнергии и вызывает потери никеля при переработке оборотных шлаков. Поэтому удалять серу необходимо при обжиге закиси никеля, а плавку в электропечи целесообразно вести без добавления известняка.
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 33; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!