способ производства никелевых анодов для электролитического получения никеля

Формула изобретения

Способ производства никелевых анодов для электролитического получения никеля, включающий восстановление закиси никеля с получением порошка чернового никеля, подвергаемого дальнейшей обработке в присутствии восстановителя, отличающийся тем, что обработку осуществляют электродуговой плавкой порошка чернового никеля с насыпной плотностью не ниже 2,7 т/м³, степенью металлизации не менее 90%, при удельном расходе электроэнергии 950 - 1050 кВт ч/т.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к способам получения никелевых анодов плавлением порошка восстановленной закиси никеля из огарка обжига никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна.

Известен способ получения никелевых анодов для электролитического получения никеля непосредственно из порошкообразного сульфидного никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, включающий прессование исходного порошкообразного сульфидного никелевого концентрата на гидравлических прессах при удельном давлении не ниже 1-4 т/см² с последующим спеканием при 630-700^oC в атмосфере восстановительного или нейтрального газа (см. а.с. СССР N 149884, C 22 B 23/02, опубл. 1962).

Способ предусматривает получение сульфидных анодов, электролиз которых характеризуется низкой производительностью, большим выходом анодных шламов. В анодные шламы переходят платиновые металлы, содержащиеся в исходных концентратах, и увеличение объема шламов приводит соответственно к низкой степени концентрирования в них платиновых металлов.

Известен способ производства никелевых анодов для электролитического получения никеля, включающий получение закиси никеля окислительным обжигом никелевого концентрата от флотационного разделения медно-никелевого файнштейна, восстановление полученной в результате обжига закиси никеля на никелевый порошок и получение никелевых анодов путем прессования на гидравлических прессах при удельном давлении 2-7,5 т/см² с последующим спеканием анодов при температуре 1000-1200^oC (см. а.с. N 149885, C 22 B 23/02, опубл. 1962).

Недостатком способа является то, что спеченные аноды не обладают монолитной структурой и механически непрочны.

Немонолитная структура приводит к увеличению расхода электроэнергии на электролизере, и электролитическое рафинирование идет с большим выходом анодного шлама.

Низкая механическая прочность анодов приводит к дополнительным потерям никеля помимо тех, которые связаны со снижением выхода в катодный металл из-за повышенного шламообразования.

Известен способ производства никелевых анодов для электролитического получения никеля, включающий восстановление закиси никеля с получением порошка чернового никеля и анодную плавку чернового никеля. Анодную плавку проводят в трехфазных дуговых печах в присутствии твердого восстановления - нефтяного кокса или каменного угля. Плавку осуществляют с помощью графитизированных электродов диаметром 300 мм (см. В.И. Смирнов и др. Металлургия меди, никеля и кобальта, часть II. - М.: Металлургия, 1966, с. 175-179).

Способ реализован в промышленности.

Недостатком способа является низкая производительность, связанная с использованием никелевого порошка с низкой степенью металлизации и присутствием большого объема агломерированных частиц, что приводит к повышенному расходу электродов и увеличению энергозатрат из-за неустойчивости электрических режимов работы плавильной печи.

Получаемые аноды - низкого качества, так как суммарное количество примесей серы, углерода и карбидов превышает 1%.

Производительность процесса составляет 110-115 т/сут.

При последующем анодном рафинировании никеля образуется большой объем шламов ~ 13-15 кг/т катодного металла, выход скрапа - 192 кг/т катодного металла, выход осыпи - 25 кг/т катодного металла, снижается прямой выход никеля. Кроме того, оплавленный с низкой степенью металлизации порошок при плавке на аноды требует повышенных энергозатрат. Удельный расход электроэнергии не менее 1100-1150 кВтч/т, а расход электродов составляет не менее 15 кг/т.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение производительности плавильной печи, сокращение расхода электродов, снижение энергоемкости плавки.

Технический результат достигается тем, что в способе производства никелевых анодов для электролитического получения никеля, включающем восстановление закиси никеля с получением порошка чернового никеля, подвергаемого дальнейшей обработке, согласно изобретению обработку осуществляют электродуговой плавкой порошка чернового никеля с насыпной плотностью 2,7 т/м³, степенью металлизации не менее 90% при удельном расходе электроэнергии 950-1050 кВтч/т.

Сущность способа заключается в следующем.

Использование для выплавки никелевых анодов в качестве исходного материала порошка чернового никеля с заявляемыми значениями насыпной плотности и степени металлизации позволяет обеспечить стабильность горения дуги, которая приводит к снижению энергоемкости процесса и уменьшению эрозии электродов, а также к равномерному течению процесса плавки по всему объему расплавляемого материала. Эти факторы увеличивают производительность плавильной печи.

Насыпной вес исходного для плавки порошка никеля не менее 2,7 т/м³ определяет постоянство электрического сопротивления в межэлектродном пространстве, и дуга горит равномерно, не рвется, подача энергии также равномерна и, в целом, расход энергии сокращается.

Степень металлизации порошкообразного никеля не ниже 90% также характеризует минимальное электросопротивление материала и влияет на устойчивость дуги, определяемой температуропроводностью.

Интенсивность процесса плавки связана со скоростью нагрева материала зависимостью

,

где C - теплоемкость,

- плотность вещества или в нашем случае насыпной вес,

- теплопроводность.

При увеличении металлизации и насыпного веса материала увеличивается температуропроводность как отдельных частиц, так и слоя в целом, т.е. увеличивается скорость изменения (выравнивания) температур в слое и в частицах за счет увеличения теплопроводности частиц и эквивалентной виртуальной теплопроводности слоя, вследствие уплотнения последнего, при относительно небольшом изменении теплоемкости единицы объема материала.

В этих условиях интенсифицируются физико-химические процессы в слое, тем самым сокращается время переработки материала и уменьшаются относительные потери тепла в окружающую среду. В результате увеличивается производительность печи и снижается удельный расход электроэнергии.

Заявленный удельный расход электроэнергии обеспечивает необходимую интенсивность и равномерность расплавления материала, и влияет на достижение наибольшей производительности.

Обоснование параметров

Использование порошка никеля с насыпным весом менее 2,7 т/м³ приводит к уменьшению отношения теплопроводности к теплоемкости материала шихты, в результате чего уменьшается скорость нагрева материала и интенсивность процесса плавки.

Использование порошка никеля со степенью металлизации ниже 90% приводит к уменьшению теплопроводности, что снижает скорость нагрева и интенсификацию процесса плавки.

Проведение электродуговой плавки на аноды при удельном расходе электроэнергии менее чем 950 кВтч/т связано с возможностью неравномерного нагрева по объему материала, снижением производительности процесса и ростом энергозатрат.

Проведение электродуговой плавки на аноды при удельном расходе электроэнергии более чем 1050 кВтч/т ведет к непроизводительным теплопотерям процесса плавки.

Способ иллюстрируется примером.

Производство никелевых анодов включают электродуговую плавку восстановленной закиси никеля в печах ОКБ.

Плавку проводят при использовании никелевого порошка со степенью металлизации 90-95%, насыпной плотностью 2,7 - 3,3 т/м³, при удельном расходе электроэнергии 1000 кВтч/т. Расход электродов при электродуговой плавке восстановленной закиси никеля составляет 13 кг/т. Производительность процесса плавки составляет 128-135 т/сут.

Качество получаемых никелевых анодов характеризуется показателями последующего процесса анодного рафинирования никеля.

Выход скрапа - 173 - 184 кг/т катодного металла,

выход осыпи - 18 - 23 кг/т катодного металла,

выход шлама - 11 - 12 кг/т катодного металла.

Таким образом, заявленный способ обеспечивает повышение производительности процесса плавки анодов с 124 до 134 т/сут. Сокращение расхода электроэнергии с 1100 до 95 - 1050 кВтч/т сокращение расхода электродов с 15 до 13 кг/т.

Кроме того, улучшено качество получаемых никелевых анодов, обеспечивающих существенное сокращение (на 5-15%) выхода шлама, осыпи, скрапа на последующем процессе электролитического рафинирования и увеличение прямого выхода электролитического никеля на 5-10%.