Курсовая: Производство никеля - текст курсовой. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Курсовая

Производство никеля

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Курсовая работа
Язык курсовой: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 5908 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной курсовой работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

1 36 СОДЕРЖАНИЕ: 1. Введение (характеристика никеля, сфера его применения). 2. Сырье для получения никеля. 3. Получение огневого никеля из окисленных руд. Плавка на штейн. 3.1 Конвертирование никелевых штейнов. 3.2 Переработка никелевого файнштейна на огневой никель. 3.3 Производство ферроникеля . 4. Получение никеля из сульфидных медно-никелевых руд. Плавка на штейн. 4.1 Конвертирование медно-никелевых штейнов. 4.2 Разделение меди и никеля. 4.3 Получение чернового никеля из богатых никелевых концентратов. 5. Электролитическое рафинирование никеля. 6. Гидрометаллургия никеля. МЕТАЛЛУРГИЯ НИКЕЛЯ . 1.Введение. Никель и его применение Никель — единственный "молодой" металл из тяжелых цветных металлов, получивший широкое применение только в конце XIX в. Впервые как химический элемент никель был открыт в 1751 г. и выделен в чистом виде в 1804 г. Однако он был обнаружен в составе монетных сплавов, применявшихся еще в III столетии до н.э. До 1875 г. никель считался ювелирным металлом, стоил дорого и производили его в очень небольших количествах. Мировое производство никеля в 1875 г. составляло всего ~ 500 т, а затем начало быстро расти.В России первое месторождение никелевых руд было открыто на Урале в 1854 г. На базе этих руд вначале удалось получить никелевый чугун (20 % Ni ), а затем и металлический никель; в период с 1874 по 1878 г. было получено ~17т Ni . Промышленное производство никеля на территории царской России не было организовано. Первенцем отечественной никелевой промышленности был Уфалейский никелевый завод, введенный в строй в конце 1933 г. В настоящее время эта подотрасль цветной металлургии в странах СНГ представлена несколькими никелевыми комбинатами. Широкое развитие никелевой промышленности за рубежом связано с открытием во второй половине прошлого столетия больших месторождений окисленных ни келевых руд в Новой Каледонии и сульфидных медно-никелевых руд в Канаде. В капиталистическом мире производство никеля сосредоточено в руках нескольких монополий. Крупнейшая из них - Интернациональная никелевая компания (ИНКО). Ока производит ~ 50 % общего выпуска никеля за рубежом. Основные предприятия этой компании расположены в Канаде и перерабатывают сульфидные медно-никелевые руды. На базе окисленных никелевых руд никель производится в Японии, Новой Ка ледонии, Австралии, США, на Кубе и Филиппинах. В периодической системе элементов Д.И.Менделеева никель расположен в VIII группе 4-го периода под номером 28, образуя вместе с железом и кобальтом триаду. В наиболее устойчивых химических соединениях никель двухвалентен, хотя встре чается в ряде случаев и в трехвалентном состоянии. Чистый никель — металл светло-серебристого цвета. Его поверхность характеризуется очень высокой отражающей способностью. Никель обладает достаточно высокими прочностью и пластичностью. Он хорошо обрабатывается как в горячем, так и в холодном состояниях, легко прокатывается в листы толщиной до 0,02 мм и протяги вается в проволоку диаметром до 0,01 мм. До температуры 357,6 °С никель магнитен. Характерные свойства никеля приведены в табл. 1 и 2. В химическом отношении никель малоактивный металл. Он имеет высокую коррозионную стойкость в атмосфере воздуха, устойчив к воздействию воды и многих агрессивных сред (например, щелочей). Заметное окисление никеля на воздухе наблюдается при температурах выше 700... 800 °С. Серная и соляная кислоты раство ряют никель медленно, а в азотной он растворяется легко. Органические кислоты воздействуют на никель только после длительного соприкосновения с ним. С кислородом никель образует два основных оксида: NiO и Ni 2 0 3 . Последний при нагреве разлагается с образованием Ni 3 O 4 ( NiO • Ni 2 0 3 ). Никель имеет большое сродство к сере, образуя два достоверно установленных сульфида составов NiS и Ni 3 S 2 , встречающиеся в природе. Наиболее устойчивым является Ni 3 S 2 , имеющий температуру плавления 788 °С. Высший сульфид никеля NiS при нагреве разлагается по реакции 3 NiS = Ni 3 S 2 + 1/2 S 2 . В металлургии важное практическое значение имеют карбид никеля ( Ni 3 C ) и карбонил [ Ni ( C 0) 4 ]. С металлами никель образует многочисленные сплавы, из которых наибольший интерес представляют сплавы с железом, кобальтом, медью, цинком, хромом и молибденом. В настоящее время известно более 3000 сплавов, содержащих никель. Присутствие никеля в сплавах придает им разнообразные ценные свойства, удовле воряющие самым высоким требованиям современной техники: жаропрочность, кислотостойкость, вязкость, улучшенные магнитные свойства, красивый внешний вид и др. Важную роль никель играет в получении конструкционных, нержавеющих и жаропрочных сталей. В последние годы большое значение приобрели жаропрочные литые сплавы на никелевой основе, используемые во многих областях техники. В чистом виде никель используют в качестве защитных и декоративных покрытий на железе и других металлах, для изготовления аппаратов и посуды с высокой коррозионной стойкостью, приборов радиоэлектроники, в качестве катализатора и т.д. Находят применение и некоторые соли никеля. Структура потребления никеля в промышленно развитых странах выражается следующими цифрами, %: Нержавеющие и жаропрочные стали 30 50 Конструкционные стали 10... 15 Сплавы на никелевой основе 16... 20 Никелирование 10... 18 Чугунное и стальное литье 10... 12 Прочие потребители 8... 10 2. Сырье для получения никеля В настоящее время никелевые заводы перерабатывают в ос новном два типа руд, резко различающихся по химическому составу и свойствам: окисленные никелевые и сульфидные медно-никелевые. Значение ,этих руд для отечественной никелевой промышленности и за рубежом различно. В России из года в год возрастает доля никеля, получаемого из сульфидных руд, а в зарубежных странах, наоборот, все большее значение приобретают окисленные руды. Окисленные никелевые руды представляют собой горные по роды вторичного происхождения, состоящие в основном из гидратированных магнезиальных силикатов, алюмосиликатов и оксида железа. Никелевые минералы в них составляют незначи тельную часть рудной массы. Наиболее часто никель находится в виде бунзеита ( NiO ), гарниерита [( Ni , Mg ) O • SiO 3 • n Н 2 0] или ревденскита [3( Ni , Mg ) O • 2 SiO 2 • 2Н 2 О]. Кроме никеля полезным компонентом этих руд является кобальт, содержание которого обычно в 15... 25 раз меньше содержания никеля. Иногда в окисленных рудах присутствует в небольших количествах медь (0,01... 0,02%). Пустая порода, составляющая основную массу руды, представлена глиной (каолинит) А1 2 0 3 * 2 SiO 2 * 2Н 2 О, тальком 3 MgO * 4 SiO 2 * Н 2 0, другими силикатами, бурым железняком Fe 2 0 3 - nH 2 0, кварцем и известняком. Окисленные никелевые руды отличаются исключительным непостоянством состава по содержанию как ценных компонентов, так и пустой породы. Эти колебания состава наблюдаются даже в массиве одного месторождения. Возможные пределы концентра ций компонентов руды характеризуются следующими цифрами, %: Ni .0,7 ... 4; Со 0,04 ... 0,16; SiO 2 15 ... 75; Fe 2 O 3 5 ... 65; А1 2 0 3 2 ... 25; Сг 2 О 3 1 ... 4; MgO 2 ... 25; СаО 0,5 ... 2; конституционная влага до 10... 15. По внешнему виду окисленные никелевые руды похожи на глину. Для них характерны пористое, рыхлое строение, малая прочность кусков, высокая гигроскопичность (до 40 %). Рациональных методов обогащения таких руд до сих пор не найдено, и они после соответствующей подготовки непосредственно поступают в металлургическую переработку. В СНГ промышленные месторождения окисленных никелевых руд расположены на Урале и на Украине, за рубежом - в Новой Каледонии, на Кубе, Филиппинах, в США, Бразилии, Индонезии, Австралии и Греции. В сульфидных рудах никель присутствует главным образом в виде пентландита [( Ni , Fe ) S ], представляющего изоморфную смесь сульфидов никеля и железа переменного соотношения, и частично в форме твердого раствора в пирротине ( Fe 7 S 8 ). Основным спутником никеля в сульфидных рудах является медь, содержащаяся главным образом в халькопирите ( CuFeS 2 ). Из-за высокого содержания меди эти руды называют медноникелевыми. Кроме никеля и меди, в медно-никелевых рудах обяза тельно присутствуют кобальт, металлы платиновой группы (пла тина, палладий, родий, рутений, осмий и иридий), золото, серебро, селен и теллур, а также сера и железо. Таким образом, сульфид ные медно-никелевые руды являются полиметаллическим сырьем очень сложного химического состава. При их металлургической переработке в настоящее время извлекают 14 (включая серу) ценных компонентов. Химический состав сульфидных медно-никелевых руд сле дующий, %: Ni 0,3 ... 5,5; Си 0,2 ... 1,9; Со 0,02 ... 0,2; Fe 30 ... 40; S 17... 28; SiO 2 10 ... 30; MgO 1 ... 10; А1 2 О 3 5 ... 8. По структуре медно-никелевые руды могут быть сплошными, жильными и вкрапленными. Чаще встречаются два последних типа руд. В за висимости от глубины залегания руду добывают как открытым, так и подземным способом. В отличие от окисленных никелевых руд сульфидные медно-никелевые руды характеризуются высокой механической проч ностью, негигроскопичны и могут подвергаться обогащению. Сле дует отметить, что обогащению обычно подлежат только сравни тельно бедные руды (не более 1,5... 2,5 % Ni ). Богатые руды после соответствующей подготовки направляют на плавку. В нашей стране месторождения сульфидных медно-никелевых руд находятся в северных районах страны - на полуострове Тай мыр и Кольском полуострове. За рубежом запасы медно-никелевых руд сосредоточены в Канаде и Австралии. Основным способом обогащения сульфидных медно-никелевых руд является флотация. Иногда флотационному обогащению предшествует магнитная сепарация, направленная на выделение пирротина в самостоятельный концентрат. Возможность проведения магнитной сепарации обусловлена относительно высокой магнитной восприимчивостью пирротина. Выделение пирротинового концентрата при обогащении руды улучшает качество первичного никелевого концентрата вслед ствие вывода из него значительной части железа и серы и упро щает его последующую металлургическую переработку. Однако при получении пирротинового концентрата, содержащего до 1,5 % Ni , возникает необходимость в обязательной его переработке с целью извлечения никеля, серы и платиноидов. Флотационное обогащение медно-никелевых руд может быть коллективным и селективным. При коллективной флотации за счет отделения пустой породы получают медно-никелевый кон центрат. Однако и селективная флотация не обеспечивает полно го разделения меди и никеля (особенно по выделению никеля). Продуктами селекции в этом случае будут являться медный концентрат с относительно небольшим содержанием никеля и никелево-медный концентрат, отличающийся от руды более вы соким отношением Ni : Си. На практике такой концентрат обычно называют просто никелевым. Таким образом, в зависимости от принятой схемы обогаще ния сульфидных медно-никелевых руд можно получать коллек тивные медно-никелевые, медные, никелевые и пирротиновые концентраты, состав которых приведен в табл. 1. Таблица 1. Состав продуктов обогащения медно-никелевых руд Как следует из приведенных данных , соотношение никеля и меди в медно-никелевых и никелевых концентратах изменяется примерно от 2:1 до 1:2. Такие концентраты можно перераба тывать по од ной и той же технологии . Медные концентраты с со отношением меди и никеля , равным ~ 20: 1, перерабатывают на медеплавильных заводах . Кроме окисленных никелевых и сульфидных медно-никелевых руд, сырьем для получения никеля могут служить мышьяковистые руды, добываемые в Бирме и в Канаде. Современное состояние производства никеля . Для извлечения никеля из всех видов рудного сырья исполь зуют как пиро-, так и гидрометаллургические процессы и тех нологические схемы. Наряду с этим в современной металлургии никеля с момента ее возникновения существуют два четко раз деленных в промышленных условиях технологических направ ления, что связано с переработкой двух основных типов никеле вых руд. На это оказывают влияние не только различия химичес кого состава перерабатываемых руд и их физико-химических свойств, но и конечные цели переработки. В технологических схемах переработки окисленных никелевых и сульфидных медно-никелевых руд много кажущейся общности (например, применяют одинаковые процессы и аппараты, получают однотипные продукты и полупродукты). Однако в целом они во многом не схожи друг с другом. Переработка окисленных никелевых руд несколько проще и заканчивается получением, как правило, так называемого огневого никеля, отправляемого потребителю (в основном в черную метал лургию) без дополнительного рафинирования. Никель в этом случае очищают от некоторых примесей ( Fe , С u , Со и S ) в течение всей многостадийной технологии. Огневой никель по ГОСТ 849-70 отвечает маркам Н-3 и Н-4. Технологические схемы переработки сульфидных медно-ни келевых руд требуют обязательного разделения меди и никеля и заканчиваются обязательным электролитическим рафинирова нием чернового металла. Это позволяет не только получать ни кель высших марок вплоть до марки Н-0 с содержаниием никеля не менее 99,99%, но и обеспечивает попутное высокое извлечение еще 14 ценных компонентов, содержащихся в перерабатываемом рудном сырье. При рассмотрении наиболее распространенных в производстве никеля технологических схем (рис. 1, 2) обращает на себя вни мание следующее: подготовка окисленных и сульфидных руд к плавке на штейн существенно различается; Рис. 1 . Принципиальная технологическая схема переработки окисленных никелевых руд пирометаллургическим способом: 1,2- варианты подготовки никелевой руды к плавке. обязательными процессами для обеих технологических схем являются: плавка на штейн, конвертирование штейнов, окисли тельный обжиг никелевого файнштейна или богатого никелевого концентрата и восстановительная плавка оксида никеля на огне вой металл; для образования штейна при плавке окисленных никелевых руд, не содержащих в своем составе серы, в шихту вводится сульфидизатор - серусодержащий материал (гипс или пирит);при переработке сульфидных медно-никелевых руд обяза тельно проводят операции разделения меди и никеля и электро литического рафинирования чернового металла;никель, полученный из сульфидных руд, отличается большей чистотой по сравнению с товарным огневым никелем; Рис. 2 . Принципиальная технологическая схема переработки сульфидных медно-никеле вых руд пирометаллургическим способом. При переработке никелевых руд в обоих случаях обязательным является попутное извлечение кобальта; кобальт из технологической цепочки выводится при перера ботке окисленных руд с конвертерными шлаками, а из сульфид ных руд - при электролитическом рафинировании чернового никеля. Попутное извлечение кобальта при металлургической пере работке никелевых руд было впервые осуществлено на Уфалейском никелевом заводе (ныне комбинате) и является характерной особенностью современной никелевой промышленности. Из оте чественного никелевого рудного сырья получают более 80% общего выпуска кобальта в стране. Технология переработки окисленных никелевых руд (см. рис. 1) характеризуется сложностью, высоким расходом дорогостоящего и дефицитного кокса, высокими потерями никеля и особенно кобальта. Упрощение технологической схемы, сокращение энерге тических затрат и повышенное извлечение никеля с попутным извлечением большей части железа достигается при плавке окисленных никелевых руд на ферроникель. На ряде заводов для переработки окисленных (Куба), а также сульфидных руд (Россия и Канада) применяют гидрометаллурги ческую технологию. Обладая рядом преимуществ при переработке бедных руд (выше извлечение основных металлов), эти схемы в то же время очень громоздки, сложны и применимы для ограни ченного состава руд. Вследствие больших различий технологические схемы перера ботки окисленных никелевых и сульфидных медно-никелевых руд рассматриваются отдельно. 3. Получение огневого никеля из окисленных руд Плавка на штейн. Плавка на штейн окисленных никелевых руд повсеместно про водится в шахтных печах, которые требуют прочной кусковой, желательно пористой шихты. Этим требованиям природные окис ленные никелевые руды не удовлетворяют, и перед плавкой их подвергают окускованию методом брикетирования или агломерации. Брикетирование проводят на валковых прессах в брикеты яйцеобразной формы массой 0,2... 0,3 кг каждый. Перед брикетированием руду измельчают на молотковых дробил ках и подсушивают. Связующим материалом служит глина, содержащаяся в самой руде. В состав шихты для брике тирования вводят сульфидизатор. Готовые брикеты сушат тепло той отходящих газов шахтных печей. Брикетирование без связующего - сравнительно дешевая и простая операция. Однако получающиеся брикеты имеют недоста точную прочность, совершенно негазопроницаемы и содержат влагу. Их плавка требует повышенного расхода топлива и ха рактеризуется меньшей удельной производительностью. Агломерация (спекание) - более дорогой и сложный метод подготовки руды по сравнению с брикетированием. Однако с технологической точки зрения он является более совершенным процессом. Агломерация позволяет получать хорошо термически подготовленный пористый материал с достаточно высокой меха нической прочностью. Для агломерации окисленных никелевых руд используют лен точные агломерационные машины с площадью всасывания 50 и 75 м 2 . Во время приготовления шихты к руде добавляют оборотный агломерат и коксик (мелкий кокс), расход которых от массы руды соответственно составляет 18... 20 и 8... 10 %. Крупность руды и оборота 20... 30 мм, коксика 5 мм. При смешении шихты ее увлажняют до оптимальной влажности 21 ... 23 %. Агломерат или брикеты являются рудной составляющей шихты при плавке на штейн. Цель шахтной плавки окисленных никелевых руд - макси мальное извлечение никеля и кобальта в штейн и ошлакование пустой породы. Образование штейна из оксидного материала происходит в результате восстановления и сульфидирования никеля, кобальта и частично железа, содержащихся в руде в форме оксидов и силикатов. По этой причине плавка окисленных нике левых руд в шахтных печах получила название восстановительно-сульфидизирующей плавки. Шихта для такой плавки состоит из брикетов или агломерата, оборотов, флюсов и сульфидизатора. Так как окисленные нике левые руды являются силикатными, то в качестве флюса при плавке используют основной флюс - известняк. Сульфидизаторами железа и никеля служат гипс или пирит, а топливом - кокс. Гипс при плавке в отличие от пирита является одновремен но флюсующим материалом, так как в конечном итоге практи чески полностью в форме оксида кальция СаО переходит в шлак. Плавка проводится в восстановительной атмосфере, что необхо димо для восстановления высших оксидов железа и гипса (при его наличии в шихте). При этом часть оксидов железа и никеля могут восстанавливаться до свободных металлов, которые растворяются в штейне. Процессы восстановления при плавке окисленных никелевых руд сопровождаются одновременным образованием сульфидов. Восстановительно-сульфидирующая плавка окисленных ни келевых руд в шахтных печах характеризуется протеканием следующих основных физико-химических процессов: сжигания топлива; восстановления и сульфидирования оксидов; штейно-и шлакообразования; разделения жидких продуктов плавки -штейна и шлака. Процесс горения топлива является едва ли не одним из самых главных факторов, определяющих многие технологические па раметры работы шахтных печей при плавке никелевых руд. Качество сжигания топлива определяет температуру в печах, восстановительную способность топочных газов, производитель ность печей, расход топлива, извлечение металлов в штейн и т.д. При плавке в шахтных печах в качестве топлива используется самый дорогой и дефицитный вид топлива - кокс. Горение угле рода кокса происходит за счет кислорода, подаваемого в печи через фурмы с воздухом или дутьем, обогащенным кислородом. Вблизи фурм имеется большой избыток кислорода и кокс сго рает по реакции до С0 2 . По мере удаления от фурм концентра ция кислорода в дутье непрерывно уменьшается, горение угле рода становится неполным и протекает по реакции: (1) С + 1/20, = СО + 172200 кДж. Зона шахтной печи, в которой в газовой фазе присутствует свободный кислород, называется кислородной зоной. При шахт ной плавке она простирается от фурм вверх и вглубь печи на 500... 600 мм. Образующиеся при горении кокса горячие газы поднимаются вверх, пронизывают и нагревают опускающуюся вниз шихту и вступают с ней в химическое взаимодействие. В первую очередь это взаимодействие приводит к образованию новых количеств СО (восстановителя) по реакции: С0 2 + С
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Если не хочешь, чтобы тебе моча ударила в голову, не ложись спать под кустом.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru