Технологическая схема переработки медных сульфидных руд

 

 

Металлургия никеля

 

Никель был открыт еще в 1751 году, но в течении последующих 50-70 лет он не находил промышленного применения; его использовали лишь как ювелирный металл. Только в 1825-1826 годах в Швеции было организовано первое (в небольших количествах) промышленное получение никеля.

Развитие никелевой промышленности длительное время сдерживалось отсутствием рациональных методов переработки известных в то время никелевых руд. И никель тогда использовался только для получения медно-никелевого сплава, необходимого для чеканки разменной монеты. В конце XIX и начале ХХ века когда стали известны многие ценные физические и технические свойства этого металла и были открыты богатые залежи никелевых руд в Новой Каледонии и в Канаде, начался рост производства никеля.

В настоящее время никель стал одним из необходимейших в промышленности металлом, так как он обладает многими свойствами выгодно отличающими его от некоторых других цветных металлов.

Никель - твердый, гибкий, ковкий металл он допускает все виды обработки; из него можно изготовить тончайшие листы, трубки, ленту. Никель тугоплавкий, поэтому широко применяется в технике высоких температур, а также стоек в кислотах. Прочность и антикоррозионная стойкость никеля выше, чем других тяжелых цветных металлов. Никель образует соединения и сплавы со многими металлами и сообщает им разнообразные и очень ценные свойства (повышенную прочность, вязкость, кислотостойкость, жаропрочность), а также придает им красивый внешний вид.

В природе никель находится в виде оксидов NiO,Ni₂O₃ и сульфидов NiS, Ni₃S₂, (Fe, Ni)₉S₈; NiAsS.

 

Технологическая схема

 

 

В шихту добавляем гипс CaSO₄∙nH₂O или пирит FeS₂, чтобы сульфировать металлы.

 

CaSO₄ + 4CO →CaS + 4CO₂

NiO + 2CaS + CO → Ni₃S₂ + 2CaO + CO₂₂O₃ + CO → 2FeO + CO₂+ CaS → FeS + CaO₃S₂ + mFeS → n∙Ni₃S₂∙mFeS

                          никелевый штейн₂ → FeS +½S₂

FeS + 3NiO + CO → 2FeO + Ni₃S₂ + CO₂

 

Брикетирование проводят под давлением. Агломерация производится на спекательных машинах.

В условиях шахтной плавки:

 

NiO + CO → Ni + CO₂

Fe + CO → Fe + CO₂

nNi + mFe → nNi∙mFe - ферроникель.

 

В результате бессемерования получают Ni₃S₂ - чистый штейн → файнштейн, железо в этом процессе удаляется в шлак, CO переходит в шлак, его концентрация увеличивается в несколько раз.

Шлаки конверторные направляют на плавку для получение кобальта.

Бессемерование никелевого штейна

 

(nNi₃S₂ ∙mFeS)

4) 2Fe + O₂ + SiO₂ → 2FeO∙SiO₂

5) окисление FeS

2FeS + SO₂ + SiO₂ → 2FeO∙SiO₂ + 2SO₂

6) Ni + ½ O₂ → NiO

NiO + Fe → FeO + Ni₃S₂ + 3½O₂ → 2NiO + 2SO₂

3NiO + 3FeS + O₂ → Ni₃S₂ + 3FeO + SO₂

                           файнштейн

FeO + SiO → 2FeO·SiO₂

                      шлак

 

Разливают файнштейн в песочные изложницы. Всплывшая FeO снимается деревянными скребками

Переработка файнштейна

 

Ni₃S₂ + 4N₂O → 7Ni + 2SO₂

 

 

Гидрометаллургия никеля

 

В качестве растворителя используют раствор серной кислоты.

Оксид никеля растворяется

NiO + H₂SO₄ = NiSO₄ + H₂O

                   раствор

Хвосты содержат

Ni - 0,06 %;

CO - 0,008 %;

Fe - 47,5 %; -4,5 %. - 0,76 %; - 2,01 %; - 3,7 %;

 

Товарный раствор содержит

 

Ni - 4,28 г/л

СO - 0,46 г/л

Al - 1,66 г/л

Mn - 1,42 г/л

Mg - 1,98 г/л

H₂SO₄ - 47 г/л

Для избавления от H₂SO₄

H₂SO₄ + CaCO₃ = ↓CaSO₄ + CO₂ + H₂O

                          гипс

 

Осаждение никеля сероводородом

 

NiSO₄ + H₂S →↓NiS + H₂SO₄

 

В сульфидную форму переходит 90% Ni; 98% Co; Zn и Cu.

Остальные примеси остаются в растворе.

Концентрат MeS содержит

 

Ni - 55 %           Извлечение Ni и Co 92-95 %

Co - 5,8 %

Fe - 0,3 %

Cu - 1 %

S - 35,62 %

Zn - 1,72 %

 

Переработка концентрата

 

 

 

Металлургия цинка

 

Цинк - металл серебристо-белого цвета. При комнатной температуре он хрупок, на при t =100-150^оС приобретает пластичность, легко прокатывается в листы, металл коррозийно устойчив.

Применяют его главным образом для приготовления различных сплавов (латунь 60 % Cu; 40 % Zn).

В природе Zn находится в виде сульфидов (ZnS - сфалерит минерал) - цинковая обманка (карбонат); ZnCO₃ - цинковый шпат (минерал смитсонит).

Получение цинка

Восстановление цинка из сульфидных руд производят в две стадии:

1. Окислительный обжиг руды

 

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂↑

 

2. Восстанавливают оксид цинка

 

ZnO + C = Zn + CO↑

 

Гидрометаллургия. В качестве растворителя используют H₂SO₄

 

(ZnO + Fe₂O₃ + SiO₂) тв. + H₂SO₄ = ZnSO₄ + (Fe₂O₃ +SiO₂) тв.

_{обожж. цинковый конц-т                                                                                 кек}

Из раствора ZnSO₄ электролизом получают металл Zn.

Производство алюминия

 

Алюминий легкий металл. Обладает высокой пластичностью, хорошей электропроводностью, стойкостью против азотной и органических кислот, однако разрушается щелочами, соляной и серной кислотами; на воздухе он устойчив против коррозии, так как на поверхности его имеется плотная оксидная пленка, изолирующая внутренние слои от действия атмосферы.

Рудами алюминия служат породы богатые глиноземом Al₂O₃ и залегающие крупными массами на поверхности земли. К таким породам относятся бокситы, нефелины, алуниты и каолины (глины). Важнейшая алюминиевая руда - бокситы - состоит из гидроксидов алюминия и железа, кремнезема, соединений кальция, магния. В качестве руд используют также нефелины и алуниты.

Производство алюминия складывается из двух основных процессов: получение глинозема Al₂O₃ из руды и электролиза глинозема.