одається через фурми з повітрям або дуттям, збагаченим киснем.
В області фурм має місце великий надлишок кисню. Тому в цій області кокс згоряє до оксиду вуглецю (IV):
З + О 2=СО 2 (2.1)
У міру віддалення від фурм концентрація кисню в дуття зменшується і горіння вуглецю стає неповним:
З + 0,5о 2=СО (2.2)
Зона шахтної печі, де присутня вільний кисень, називається кисневої зоною. При шахтній плавці вона поширюється на 500-600 мм вгору і вглиб печі. Утворені гарячі гази піднімаються вгору, пронизують, нагрівають шихту і вступають з нею в хімічну взаємодію. У першу чергу це взаємодія призводить до утворення нових кількостей оксиду вуглецю (II) по реакції:
З + СО 2=2СО (2.3)
В результаті протікання реакцій (2.2) і (2.3) концентрація СО в області фурм досягає 20-25%.
Температура у фокусі печі на повітряному дуття складає 1300-1400 о С, а на дуття, збагаченим киснем, вона становить 1500-1600 о С.
На виході з печі гази містять 10-16% СО 2, 8-16% СО і мають температуру 500-600 о С.
Процеси штейно- і шлакообразованія пов'язані з реакціями відновлення оксидів шихти і сульфидирования оксидів заліза, нікелю і кобальту. Реакції відновлення протікають при взаємодії газової фази, що містить СО з оксидами і силікатами шихти:
NiO + CO=Ni + CO 2 (2.4) 3 + CO=Ni + CO 2 + SiO 2 (2.5)
Fe 2 O 3 + CO=2Fe 3 O 4 + CO 2 (2.6) 3 O 4 + CO=3FeO + CO 2 (2.7) + CO=Fe + CO 2 (2.8)
Процес сульфидирования більш складне і його хімізм розрізняється при використанні як сульфідізатора піриту FeS 2 або гіпсу СaSO 4 · 2H 2 O.
Якщо в якості сульфідізатора використовується пірит, то при температурі понад 700 о С він розкладається по рівнянню:
FeS 2=FeS + 0,5S 2 (2.9)
Процес сульфидирования в цьому випадку може бути описаний реакціями:
NiO + FeS=NiS + FeO (2.10)
NiO + 2FeS + Fe=Ni 3 S 2 + 3FeO (2.11) 3 + FeS=NiS + FeSiO 3 (2.12) + FeS=CoS + FeO (2.13)
Витрата піриту при плавці визначається вимогами до складу одержуваного штейну по сірці. При цьому необхідно враховувати втрати сірки в результаті реакції термічної дисоціації.
Інший, більш складний хімізм сульфидирования при плавці окислених нікелевих руд має місце при використанні як сульфідізатора гіпсу. Спочатку з гіпсу видаляється волога. Повне зневоднення гіпсу відбувається при нагріванні до температури 900 о С. Гіпс відноситься до найбільш міцним сульфатам, тому його розкладання починається тільки при температурах вище 1200 о С. У відсутності кисню термічне розкладання гіпсу протікає по реакції:
CaSO 4=CaO + SO 2 + 0,5O 2 (2.14)
Процес розкладання гіпсу в умовах шахтної плавки протікає по хімічним реакціям:
CaSO 4 + 4CO=CaS + 4CO 2 (2.15) 4 + SiO 2=CaO · SiO 2 + SO 2 + 0,5O 2 (2.16) 4 + Fe 2 O 3=CaO · Fe 2 O 3 + SO 2 + 0,5O 2 (2.17) 4 + CaS=4CaO + 4SO 2 (2.18)
Процес сульфидирования в умовах шахтної плавки окислених нікелевих руд може бути описаний рівняннями хімічних реакцій:
3NiO + 7CO + SO 2=Ni 3 S2 + 7C (2.19) + 3CO + SO 2=FeS + 3CO 2 (2.20) + 3CO + SO 2=CoS + 3CO 2 (2.21) + FeO=CaO + FeS (2.22)
Використання гіпсу в якості сульфідізатора при шахтній плавці окислених нікелевих руд вимагає створення в печі більш відновної атмосфери, ніж при використанні піриту. Це призводить до утворення великих кількостей металевої фази. При цьому надлишок гіпсу не впливає на склад і вихід штейну, так як він весь перетворюється на оксид кальцію і переходить в шлак. Через високу вартість гіпсу, використання його в якості сульфідізатора економічно невигідно.
Новоутворена в результаті процесів відновлення і сульфидирования сульфідно-металева рідка фаза (Ni 3 S 2, FeS, CoS, Ni, Fe) являє собою нікелевий штейн. Нікелевий штейн являє собою сплав сульфідів нікелю і заліза, в якому розчинені метали - нікель і залізо (феронікель). Такий штейн називають металізованим. Він характеризується на відміну від мідних і мідно-нікелевих штейнів перемінним вмістом сірки.
Склад нікелевого штейну при шахтній плавці окислених нікелевих руд коливається в межах,%: N - 15-20; Cu - 0,1-0,3; Co - 0,4-0,6; S - 15-22; Fe - 55-65; інші - 1-2.
Отримання більш багатого Штейн небажано, оскільки це веде до збільшення втрат нікелю зі шлаками. В...
