ПЛАВКА НА ШТЕЙН СУЛЬФИДНЫХ РУД И КОНЦЕНТРАТОВ

Руды с суммарным содержанием больше 2–5% меди и никеля считают богатыми, их плавят без предварительного обогащения.

Руды и концентраты содержат одни и те же минералы, поэтому к ним могут быть применены после необходимой подготовки одни и те же способы переработки.

При нагревании руды до 400–600 °С еще до начала плавления халькопирит и никельсодержащие сульфиды разлагаются:

6(NiS, FeS) → 2Ni₃S₂ + 6FeS + S₂,

4CuFeS₂ → 2Cu₂S + 4FeS + S₂,

2Fe₇S₈ →14FeS + S₂.

В результате этих реакций сложная совокупность минералов превращается в смесь простых сульфидов: Ni₃S₂, Cu₂S и FeS.

При температурах, необходимых для плавления шлака, состоящего из оксидов пустой породы и флюсов, сульфиды меди, никеля и железа неограниченно растворимы друг в друге; они образуют медно-никелевый штейн, отделяемый от шлака в виде более тяжелого жидкого слоя.

Если часть серы при плавке окислена или удалена предварительным обжигом, распределение меди, никеля и железа между штейном и шлаком будет зависеть от сродства этих металлов к кислороду и сере. В условиях плавки сродство к сере, определяющее возможность перехода металла в штейн, у меди больше, чем у никеля, а у никеля больше, чем у железа. Сродство тех же металлов к кислороду убывает в обратной последовательности. При недостатке серы для сульфидирования всех металлов сначала будет переходить в штейн медь, затем никель и, наконец, часть железа. Чем больше железа перейдет в штейн, тем больше полнота сульфидирования меди и никеля, но штейн, разбавленный сернистым железом, будет бедным. Для полного перевода никеля в штейн при плавке руды или концентрата не стремятся к полному ошлакованию железа, оставляя часть его в штейне.

Кобальт по сродству к сере и кислороду занимает промежуточное положение между железом и никелем.

Расплавленный штейн продувают в конвертере воздухом, добавляя кварц; железо, окисляясь, шлакуется кремнеземом.

Основной продукт конвертерного передела – медно-никелевый файнштейн – представляет собой сплав сульфидов меди и никеля, содержащий 1–3 % железа.

Кобальт при продувке частично шлакуется вместе с железом.

Конвертерный шлак иногда направляют в отдельный передел для извлечения кобальта. Благородные металлы концентрируются почти полностью в файнштейне.

Охлажденный файнштейн дробят, измельчают и подвергают флотации. При этом получают два концентрата: никелевый, состоящий почти из чистого Ni₃S₂, и медный, содержащий Cu₂S; последний перерабатывают на медь подобно обычным медным концентратам плавкой на штейн и продувкой в конвертере.

Никелевый концентрат обжигают, окисляя его по реакции:

2Ni₃S₂ + 7О₂ = 6NiO + 4SO₂.

Полученный таким образом серый порошок оксида никеля (II), содержащий оксиды кобальта и платиновые металлы, восстанавливают углем в электропечах до металла, который разливают в аноды.

Никелевые аноды подвергают электролитическому рафинированию, попутно извлекая из электролита кобальт и остаток меди, а из шлама – платиноиды.