3.2.4 Виплавка нікелевого штейну

                Штейн з окускованих окиснених нікелевих руд звичайно виплавляють у шахтних печах. За будовою і розмірами вони подібні до печей, призначених для мідного шахтного плавлення. Ширина печі 1,6-1,7, довжина 10-16, висота від  до колошникового майданчика близько 7 м. Піч звичайно забезпечують 12-18 щілиноподібними хурами  розміром 70х1200 мм. До  хур  підводять  повітря  під  надмірним тиском 16-20 кПа. Витрата повітря становить 45-55 м3/хв на 1 м2 перетину печі (при нормальному тиску і комплексній температурі).

                Дуття, що подається у піч, звичайно не підігрівають, хоча абсолютно очевидна доцільність його нагрівання. Це повинно, крім поліпшення показників плавлення, привести до підвищення температури в горні, що має велике значення для попередження заростань горна феронікелем, що утворюються інколи у кількості, що перевищує величину його розчинності в штейні. Досліди, проведені на комбінаті «Юмуронікель», показали, що підігрів на 29% підвищує продуктивність. Плавлення є відновною, її проводять з високою витратою коксу (25-30% від маси агломерату). У піч завантажують шихту, що складається з агломерату або брикетів, гіпсу або піриту, вапняку і коксу. У горні кокс згорає до утворення СО і у фурменій зоні газ містить до 35% СО. Температура у фокусі горіння досягає 1450-1500°С. Гази, що підіймаються назустріч шихті, віддають частину їх хімічної і теплової енергії і в результаті  в колошниковому газі вміст окислу вуглецю становить 12-16% і двоокиси вуглецю 15-30%, а температура і відновне середовище сприяють  відновленню оксидів до отримання губчастого заліза.

                Губчасте залізо з'єднується з сірою газовою фазою і у результаті утворюється FeS. Вапняк розкладається за реакцією CaCO3 = CaO + CO2,  а вапно, що виходить, утворює силікати.

                Гіпс CaSO4 · 2H2O, що втратив гідратну вологу, відновлюють до CaS: CaSO4 + 4CO(c)= CaS + 4CO2(CO). Якщо в шихті наявний пірит, то він розкладається при 600-700°С за реакцією 2FeS2 = 2FeS + S2.

                FeS  і CaS у цих реакціях сульфідують нікель у розплаві.

             3NiO + 3CaS = Ni3S2 + 3CaO + 1/2 S2;                (3.22)

               3NiO + 2FeS = Ni3S2 + FeO + 1/2 S2.                (3.23)

                Таким чином, у печі виходить штейн-сплав сульфірів Ni3S2 і FeS, в якому в невеликих кількостях розчинені вільні метали – залізо і нікель. Вихід штейну становить 5-8% від маси агломерату. У штейні міститься 12-30 % Ni, 45-60% Fe, 17-23% S і невелика кількість кобальту.

                Другим рідким продуктом є шлак, що містить, %: 40-43 SiO2, 6-8 Al2O3, 10-16 FeO, 18-20 CaO, 8-12 MgO і близько 0,15 Ni, головним чином у вигляді корольків штейну. Вихід шлаку становить 100-120% від маси агломерату. Шлаки можуть бути використані в будівельній промисловості. Нікель, що в цьому випадку залишився в них, зникає, отже, необхідно підбирати рухливі шлаки, створювати умови для інтенсивного перемішування шлакового розплаву з подальшим відстоюванням для того, щоб знизити втрати нікелю з відвальними шлаками.

                Для прискорення процесу шахтного плавлення нікелевих руд корисно дуття збагатити киснем. Досліди показали, що збагачення дуття киснем до 40% дозволяє збільшити продуктивність майже в два рази. Одночасно майже на 50% знижується витрата коксу.

                Найвигіднішим способом зниження витрати коксом є підігрів дуття, що повинно бути особливо ефективним при використанні у перспективі природного газу.