ових печах відбувається поділ розплаву на металеву і шлакову фази. Шлаками в металургії називаються сплави оксидів різних металів і їх комплексних сполук (наприклад, FeO і SiO2), які утворюють між собою тверді і рідкі розчини, подвійні і багатокомпонентні евтектичні суміші. Металургійні шлаки формуються з оксидів порожньої породи і спеціально вводяться флюсів і служать для коллектірованія компонентів порожньої породи та їх відділення від цінних складових. Крім головного призначення шлаки виконують ряд додаткових не менш важливих функцій: захищають метал від окислення і його передчасного охолодження. З цієї причини анодні шлаки фактично визначають більшість основних показників виробництва чорнового анодного нікелю - питому продуктивність електропечей, витрата електроенергії, графітових електродів, вогнетривких виробів, експлуатаційні витрати і, в кінцевому підсумку, собівартість готової продукції обжигового цеху (чорнових нікелевих анодів). Основним фактором в умовах плавки полувосстановленного нікелевого недогарка та інших оборотних матеріалів є в'язкість і поверхневі властивості анодних шлаків. В'язкість шлаку значно впливає на кінетику хімічних реакцій, ліквационноє поділ продуктів плавки (втрати металів зі шлаками) і на массообмен між металевою і шлакової фазами.
Втрати кольорових металів з анодними шлаками можна розділити на два види:
механічні втрати, обумовлені в'язкістю шлаків і представляють собою втрати у вигляді механічно заплуталися в шлаку крапельок («корольків») розплавленого металу;
хімічні втрати - втрати у вигляді оксидів металів, розчинених в шлаку.
Механічні втрати металів, в залежності від умов плавки, можуть містити до 60% нікелю. Зниження в'язкості анодних шлаків можна досягти кількома способами: шляхом збільшення температури плавки; допомогою додавання невеликих порцій відновника для зниження вмісту оксиду нікелю (II) у складі шлакової фази; введенням порцій вапняку в шихту. При зниженні в'язкості шлаки стають жидкотекучими і легкоподвіжних, а механічні втрати кольорових металів помітно знижуються. Вплив величини дозування вапняку в шихту на вміст нікелю в шлаку показано на Малюнку 2.3. Так, при збільшенні дозування вапняку від 1,75% до 4,0% вміст нікелю знижується з 14,0% до 7,0%.
Малюнок 2.3 - Залежність вмісту нікелю в шлаку від змісту вапняку в шихті
На величину хімічних втрат впливає склад шлаку і відновні умови всередині пічного простору. Залізо і кобальт, володіючи великим спорідненістю до кисню, ніж нікель, переходять в шлак по реакціях:
+ Fe=Ni + FeO (2.4) О + Зі=Ni + СоО (2.5)
Перехід заліза і кобальту з шлаку в анодний нікель відбувається в присутності відновника по реакціях:
+ С=Fe + СО (2.6)
СоО + С=Со + СО (2.7)
Витяг металів, розчинених в шлаку, в анодний нікель відбувається тим повніше, чим краще відновні умови в печі, і чим вище активність оксидів в шлаку. Вплив вмісту заліза в анодах на вміст заліза в шлаку показано на малюнку 2.4.
При зниженні масової частки заліза в анодах до трьох відсотків зниження вмісту в них кобальту незначно, однак при подальшому зниженні масової частки заліза з 3,0% до 1,5% масова частка кобальту зменшується з 1,4% до 1,25 %. Залежність вмісту кобальту в анодах від вмісту заліза в анодах наведена на Малюнку 2.5.
Малюнок 2.4 - Залежність вмісту заліза в шлаку від вмісту заліза в анодах
Малюнок 2.5 - Залежність вмісту кобальту в анодах від вмісту заліза в анодах
В умовах анодної плавки шлакообразующие оксиди можна класифікувати на кислотні, що містять оксиди кремнію і алюмінію (SiO2, Al2O3), і основні, містять оксиди кальцію і заліза (CaO і FeO). Залежно від співвідношення зазначених вище шлакообразующих компонентів, шлаки також поділяють на кислотні та основні. До категорії кислих відносяться шлаки, що містять понад 40% кислотних оксидів (SiO2, Al2O3), а до основних - містять менше 40% цих оксидів. На практиці, під поняттями «кислотність» і «основность» шлаку увазі відношення числа атомів кисню, пов'язаних з кислотними оксидами, до числа атомів кисню в основних оксидах:
, (2.8)
де? SiO2, Al2O3 - сума числа атомів кисню в кислотних оксидах;
? Мео - сума числа атомів кисню, пов'язаних з основними оксидами.
При додаванні вапняку основностьшлаку зростає, а при зростанні основності шлаків підвищується активність оксидів заліза і кобальту в шлаку і збільшується витяг кобальту в анодний нікель. Вплив вмісту оксиду кальцію в шлаку на вміст у ньому кобальту представлено на малюнку 2.6.
Малюнок 2.6 - Залежність вмісту кобальту в шлаку від вмісту оксиду кальцію в шлаку
Збільшення масової частки оксиду кальцію в шлаку до 10,0% призводить до значного зниження масової частки кобальту з 1,6% до 0,9%.
При додаванні до шлаку оксиду алюмінію активність о...
