Кессоны шахтных печей представляли собой сварные коробчатые конструкции из листовой стали с патрубками для ввода и вывода охлаждающей воды. Перепад температуры входящей и выходящей воды обычно составлял 5-15оС. В этих условиях каждый литр воды отбирал максимально 4,18-15=63 КДж теплоты, где 4,18 – теплоемкость воды, кДж/кг оС)
Более эффективный способ отвода избыточной теплоты – испарительное охлаждение с использованием скрытой теплоты испарения воды (2253 кДж\кг), т.е. замене подогрева воды на испарение кипящей. При испарительном охлаждении каждый килограмм воды будет отбирать от охлаждаемых элементов около 2550 кДж теплоты, т.е. почти в 40 раз больше, чем при использовании кессонов. Во столько же раз уменьшается расход охлаждаемой воды. В результате получают пар, который может быть использован для технологических нужд, тогда как ранее вода нагревалась только на 10 оС, и тепло безвозвратно терялось при охлаждении.
Для реализации принципа охлаждающие элементы представляют собой сваренные из труб кессоны, объединенные 2 коллекторами – нижним для подвода воды и верхним для отвода пара.
Однако, реализация этого способа потребовала:
– использования только химически очищенной воды,
– перевода контура на работу с более высокими давлениями и температурами,
– возможности регулирования в т.ч. с учетом двухфазного состояния воды – пара – конденсата.
Сам контур стал более критическим, т.е. небольшие отклонения на входе могут вызывать большие погрешности на выходе.
Контур дутья
Интенсификации процесса плавки и снижению расхода кокса способствует подогрев дутья и обогащение воздуха кислородом. Так, нагрев дутья при агломерированной плавке ведет к экономии топлива на 15.2%, а при 400 оС – на 23,3% и к росту проплава соответственно на 10 и 15,3%. Обогащение дутья кислородом до содержания 25% позволяет повысить проплав печи на 22,2%, а расход кокса уменьшить на 17%.
3. Получение медноникелевого штейна, конвертирование
Добавка кварца и подача воздуха. Конвертирование проводят в горизонтальных конвертерах 75-100 тонн.
Основные контуры – обслуживания горизонтального конвертера, подачи воздуха, завалки добавок и флюсов, дегазации, газоотвода и газоочистки и др.
Типовые проблемы. Процесс конвертирования, чтобы кобальт сохранить в файнштейне нужно вести с неполным окислением железа. В противном случае кобальт преимущественно перейдет в конвертерный шлак. В связи с этим, цикл поддержания степени окисленности расплава в печи должен быть выдержан и отрегулирована подача дозирующих компонентов.
4. Флотационное разделение меди и никеля
Состоит в разделении на богатый никелевый концентрат и богатый медный концентрат – с передачей его в медное производство.
Основные контуры – концентрата, подачи химикатов флотации, воздуха, отвода пены и др.
Типовые проблемы Файнштейн требуется медленно охлаждать в течение до 40-80 ч, чтобы обеспечить получение достаточно крупных кристаллов и хорошее вскрытие кристаллических фаз. Длительность и непрерывность процесса предъявляет повышенные требования к устройствам дозирования и подачи химикатов, точности регулирования, низкой инерционности процесса и т.п.
Поскольку флотацию ведут в сильно щелочной среде, то материалы в т.ч. и обслуживающих основной поток клапанов должен быть устойчивым к действию щелочей.
Карбонильное разделение меди и никеля
Температура процесса – 190-220 оС, давление до 17-23 МПа. По этому процессу в реактор – бомбу загружают файнштейн с пониженным содержанием серы. Карбонил никеля возгоняется, а медь и платиноиды и кобальт остаются в осадке.
Учитывая, присутствие газовой фазы с присутствием критического по соотношению количества СО, отработке контуров подачи газа СО на реакцию должно уделяться особенное внимание в связи с возможностью дополнительного роста погрешности. Характеристики реакции приведены ниже.
Ni+4CO =Ni(CO)4
Для очистки от железа технический карбонил никеля дополнительно подвергают фракционной перегонке (ректификации). Очищенный карбонил направляют в башню разложения, обогреваемую до 200-220 оС. Продукт разложения – готовый карбонильный порошок.
Получение оксида никеля
Производится агломерирующим и окислительным обжигом.
Основные контуры – природного газа, воздуха, сушильных трубчатых печей, охлаждения, термической обработки окатышей, (сушка, окислительный обжиг и охлаждение гранул) газоотвода с подачей газа на производство серной кислоты
Получение чернового анодного никеля
– восстановительная плавка в дуговых электрических печах без наведения шлака Основные контуры – отвода газов, добавки флюсов, отвода газов
7. Получение финишного продукта – катодного никеля
– электролитическое рафинирование методами электролиза
Основные контуры – подачи электролита, поддержания концентрации и температуры.
Основные проблемы в связи с множеством примесей, таких как кобальт, железо, цинк, медь и катионы водорода, при несоблюдении режима и значительных погрешностях в регулировании они могут раньше или вместе с ним разряжаться на катоде. В связи с этим необходимо:
– Оптимизировать составы электролита совместно с электрическим режимом и сопряженными контурами регулирования.
– Обеспечить оптимальную циркуляцию электролита.
Поскольку для электролиза никелевых анодов применяют сульфатхлоридные электролиты, то их основными компонентами являются сульфаты никеля и натрия и хлорид железа. Для автоматического регулирования рН электролита в пределах 2,5-5 в него вводят борную кислоту, которая в зависимости от изменений кислотности электролита также может диссоциировать как с уменьшением рН, так и увеличением. Регулирование должно быть точным, в связи с тем, что такой контур также может быть отнесен к критическим. Реакция приведена ниже.
B3+ + 3OH - =H3BO3 = 3H+ + BO3 3-
Уменьшение рН Увеличение рН
Основные проблемы и задачи
Единственно допустимым процессом на катодах в условиях электролитического рафинирования никеля является восстановление катионов никеля. Все остальные катодные реакции ведут либо к загрязнению катодного никеля, либо снижают выход по току. Получение чистых катодных осадков на практике достигается отделением катодного пространства от общего объема загрязненного электролита с помощью катодных диафрагм и особой системой циркуляции электролита.
Загрязненный электролит – анолит непрерывно выводят из ванн на обязательную очистку от железа, кобальта, меди на специальную очистную установку. После очистки он подается в катодные диафрагмы.
Подача католита регулируется таким образом, чтобы его уровень в катодной диафрагме превышал уровень электролита на 30 – 40 мм. В результате этого, обогащенный никелем католит под действием электростатического давления проходит через поры диафрагмы и, как бы отталкивая анолит от диафрагмы, не дает примесям проникать в катодную ячейку.
Дефицит никеля при электролизе в катодном пространстве необходимо непрерывно восполнять подачей никельсодержащих материалов. Регулирование должно быть увязано с другими контурами регулирования, что делает взаимосвязь работы контуров регулирования сложной и может вызвать эффект автоколебаний и «танцующих» контуров.
Количество катодных диафрагм и анодов в одной ванне из двух никелевого электролизера – до 44 ед., столько же должно быть запитанных контуров подачи электролита и его отвода. Для подачи католита в ванны служат гребенки из фаолита или винипласта с калиброванными ниппелями, снабженными резиновыми трубочками. По ним в каждую диафрагму подают католит. Скорость подачи католита регулируют по его уровню в диафрагменной ячейке. Характеристики циркуляции католита приведены ниже:
