第四次课硫化镍矿的火法冶金2

长，发展了几种新型高镍锍湿法处理工艺流程。比较著名的有 芬兰奥托昆普公司哈贾伐尔塔精炼厂采用的硫酸选择性浸出法、 加拿大鹰桥镍公司克里斯蒂安松精炼厂采用的氯化浸出法和加 拿大舍里特－高尔顿公司采用的加压氨浸法。 ß 这些方法中以硫酸选择性浸出方法发展较快，此法与镍电解精 炼法相比，硫酸选择性浸出法的生产流程比较短，用一个浸出 工序代替了缓冷、磨矿、选矿、焙烧、电炉还原熔炼等若干工 序。因而基建投资较省，药剂用量少，生产成本也较低。 ß 而加压氨浸法则不具选择性，镍、铜、钴均被浸出，甚至某些 贵金属也能少量溶解，故其应用受到限制，只适用于含铜低、 不含或少含贵金属的高镍锍的处理。
表面，并在熔池表面向四周扩散。
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ß 过热炉渣在其运动过程中与漂浮着的料坡相遇，使沉入 熔池的料坡下部表面熔化。
ß 运动着的炉渣与温度低的熔化炉料混合后，在渣池中向 下沉降，达到电极下端附近，一部分炉渣流向电极，在 电极―炉渣接触区内被过热，重新上升至熔池表面；
ß 另一部分炉渣则继续下降至对流运动非常薄弱的渣池下 层，在这里冰镍和炉渣进行分离。
ß 由于此法工艺过程冗长复杂，劳动条件差，且生产成本高，现已基本淘汰。
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B、磨浮分离法
ß 这是20世纪40年代才发展起来的一种高镍锍铜镍分离工 艺。由于其成本低、效率高，一经问世就备受青睐，并 发展成为迄今为止最重要的高镍锍铜镍分离方法。
ß 其理论依据是，当高镍锍从转炉倒出时，温度由1205℃ 降至927℃过程中，铜、镍和硫在熔体中还完全混熔；
ß 炉渣的对流是由于渣池各部分的热量不同造成的。
ß 最大的热量产于电极―炉渣的接触区，在此区域内，靠 近电极表面的渣层已大为过热，其温度可达1500— 1700℃或更高，由于渣中含有大量气泡，其膨胀的结果， 使它的比重大大减小，因此，靠近电极表面的炉渣和远 离电极的炉渣比重便产生了差别。
ß
比重小的过热炉渣在靠近电极处不断上升而至熔池
增多，反应发生的温度越来越高。如果想要此反 应发生，炉温必须升到1650℃以上。
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金属硫化物的氧化方式
ß 低镍锍的主要成份是FeS、Fe2O3、Ni3S2、PbS、 Cu2S、ZnS等，如果以Me代表金属，MeS代表金 属硫化物，MeO代表金属氧化物，则硫化物的氧
化，一般可沿下列几个反应进行
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四、电炉熔炼产物
电炉熔炼硫化铜镍精矿时，其产品有 • 低镍锍：冶炼的中间产品，低镍锍主要由硫化镍
（Ni3S2 ）、硫化铜（Cu2S）、硫化铁（ FeS）所组成， 此外低冰镍中还有一部分硫化钴、贵金属和一些游离金属 及合金。在低镍锍中还溶解有少量磁性氧化铁。要送至转 炉工序进一步富集。 • 炉 渣：含贵金属很低而废弃。 • 烟 气：烟气经收尘、制酸后排入大气。 • 烟 尘： 收得的烟尘则返回电炉熔炼。
电炉设备示意图：
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电流通过电炉的线路有两种：
ß a、 由电极通过炉渣→冰镍→炉渣→电极，即 星形负载。
ß b、 由一根电极通过炉渣流向另一根电极，即 角形负载。
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当电极之间的距离不变时，星形负载和角形负 载的大小取决于电极插入渣层的深度、渣层的厚 度和炉内料坡的大小。
当电极插入深度不大时，角形负载可达总负 载的70%；随着电极插入深度的增加，角形负载 逐渐降低，电极插入很深时，为30~40%。
电极插入愈深，星形负载的电流增高，而角 形负载电流则减小。
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ß 热交换作用主要是炉渣的对流运动将热能从热处带到冷 处而发出的。
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低镍锍吹炼的特点
ß 低镍锍的吹炼与低铜锍的吹炼不同，只有第一周期， 没有明显的第二周期，当低镍锍吹炼到含铁2％～4 ％时就作为转炉的产出物而倒出，也即是说低镍锍 的吹炼只有造渣期，没有造镍期，其最终的产品是 Ni3S2而不是金属镍。
ß 这与低铜锍的吹炼不同，低铜锍的吹炼的最终产品 是金属铜（粗铜）。
ß 当温度降至920℃时，硫化亚铜（Cu2S）首先结晶析出； ß 继续冷却至800℃时，铂族金属的捕收剂――铜铁镍合金
晶体开始析出； ß β－Ni3S2的结晶温度为725℃，且大部分在共晶点（即所
有液相全部凝固的最低温度）575℃时结晶出来，所以总 是作为基底矿物以充填的形式分布于枝晶铜矿中。
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ß 当高镍锍和Na2S混合熔化时，硫化铜大部分进入Na2S相，因其密度小而 浮在顶层，而硫化镍因其密度大而留在底层。当温度下降到凝固温度时， 二者分离的更彻底，凝固后的顶层和底层很容易分开。为了使硫化铜及硫 化镍更好地分离，顶层和底层再分别进行分层熔炼，重新获得分层后的硫 化铜和硫化镍，直至满足工艺要求。
反射炉用于处理含MgO低于5~10%和脉石不难熔的硫 化镍精矿的场合。
闪速炉熔炼是镍冶金的一项新技术，与铜冶金中的闪 速熔炼相似，可参考铜冶金的有关章节。
由于硫化镍矿的难熔脉石含量较多，因而电炉熔炼在 硫化镍处理中应用十分普遍。
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一、硫化镍矿电炉熔炼的炉料准备
电炉熔炼的炉料水份必须降至3%以下，不然容易 引起料堆崩塌和强烈爆炸，危及人身和设备安全。 炉料准备可用烧结或焙烧方法。
ß 此时β－Ni3S2相含铜约6％。固体高镍锍继续冷却达到 类共晶温度520℃，Cu2S及合金相从固体Ni3S2中扩散 出来，其中铜的溶解度下降为约2.5％，至390℃ Ni3S2 中的铜的溶解度则小于0.5％，在此温度以下，即不再 有明显的析出现象发生。
ß 此时，Cu2S晶体粒径已达几百微米，共晶生成的微粒 晶体完全消失，只剩一种粗大的容易解离且易采用普 通方法选别的Cu2S晶体。
B、炉气量较小，含尘较低。完善的电炉密封，可提高烟气 二氧化硫浓度，并可加以利用。
C、对物料的质量适应范围大，可以处理一些杂料、返料。 D、容易控制，便于操作，易于实现机械化和自动化。 E、炉气温度低，热利用率达45-60%，炉顶及部分炉墙可
以用廉价的耐火粘土砖砌筑。
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电炉熔炼缺点
ß MeS＋ 2O2＝MeSO4
（1）
ß MeS＋3/2O2＝MeO＋SO2 （2）
ß MeS ＋ O2＝Me＋SO2
（3）
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在吹炼温度在1230℃～1280℃时，金属硫化物皆为熔 融状态，此时一切金属硫酸盐的分解压都很大，而且还远远 超过一个大气压，因此，硫酸盐在这样的条件下，不能稳定 存在，即熔融硫化物根本不会按（1）式进行氧化反应。
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2020/11/28
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第二节 硫化镍矿的火法冶金
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硫化镍矿常伴生有硫化铜矿，所以常称“铜镍硫化 矿”。其熔炼理论与实践几乎与硫化铜矿精矿熔炼相同， 也采用鼓风炉、反射炉、电炉、闪速炉等几种熔炼方法。
鼓风炉熔炼仅在一些老厂中应用，它需要经过烧结或 制团的熔炼前准备或熔炼块状的富镍硫化矿。
这样熔融硫化物的氧化反应只能沿（2）式或（3）式 进行。但因为吹炼金属镍要1650 ℃的温度，因此卧式转炉不 能吹炼出金属镍，即（3）式不能完全进行，
即（2）式为低镍锍吹炼的主要反应。
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2、 高镍（铜）锍中的铜、镍分离
硫化镍矿一般都含有铜，因此，硫化镍矿的冶金都有 一个铜、镍分离的问题，世界上硫化镍矿提取冶金的铜镍 分离基本上都是以高镍锍为对象。
烧结可降低电炉熔炼的电能消耗，但脱硫率低。 焙烧可用制粒焙烧、沸腾炉焙烧、回转窑焙烧等 方法。 其中沸腾炉焙烧具有脱硫率高的特点，宜作为高 硫精矿的炼前准备。
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电炉熔炼的优点
A、熔池温度易于调节，并能获得较高的温度，可处理含 难熔物较多的物料，炉渣易于过热，有利于四氧化三铁 的还原，渣含有价金属较低。
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五、铜冰镍的吹炼和吹炼产物的分离
1、铜冰镍的吹炼
火法炼镍流程中电炉、闪速炉等冶炼设备产生 的低镍锍，其铜镍含量多为13~17%。由于其成份 组成不能满足精炼工序的处理要求，因此必须进 行低镍锍的进一步处理，这一过程大都在卧式转 炉中进行。
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卧式转炉结构示意图
ß 汤普森公司 15—17
2
48—50 25—27
ß 金川公司 12—18 6—9 0.4
46—50 24—27
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ß 从上表中可以看到，铜镍硫化矿石和精矿电 炉熔炼得到的低镍锍，其含镍量波动在7%-18%范围内。
ß 电炉熔炼产出低镍锍中各种金属的含量，取 决于它们在入炉物料中的含量、低镍锍的产 出率以及各种金属在电炉熔炼过程中进入低 镍锍的回收率。
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各厂电炉熔炼的低镍锍成分 ％
ß 企业名称
Ni
Cu
CoFeS Nhomakorabeaß 贝辰加公司 7—13 4.5—11 0.3—0.5 50—54 25—27
ß 北镍公司 7—13 4.5—11 0.3—0.5 50—53 25—27
ß 诺里尔斯克公司12—16 9—12 0.4—0.55 47—49 22—26
铜镍冶金中所用的电炉属于复合式电炉，因这种电 炉多用于熔炼矿石和精矿，故又称为：矿热电炉。
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三、电炉熔炼的基本原理
ß 电炉熔炼实质上可分为两个过程： 一、热工过程（如电能转换、热能分布等） 二、冶炼过程（如炉料熔化、化学反应、锍渣分离