有色冶金概论-14讲-镍冶金
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闪速熔炼是将经过深度脱水（含水小于0.3% ）的粉状精矿，在喷嘴中与空气或氧气混合后， 以高速度（60-70m/s）从反应塔顶部喷入高温（ 1450-1550℃）的反应塔内，此时精矿颗粒被气 体包围，处于悬浮状态，在2-3s内就基本上完成 了硫化物的分解、氧化和熔化过程。熔融硫化物 和氧化物的混合熔体落下到反应塔底部的沉淀池 中汇集起来继续完成锍与炉渣的形成过程，并进 行沉清分离。炉渣在贫化炉处理后再弃去。
•
闪速熔炼的特点：
• 焙烧与熔炼结合成一个ห้องสมุดไป่ตู้程， • 炉料与气体密切接触，在悬浮状态下与气
体进行传热和传质， • FeS 与Fe3O4、FeS与 Cu2O(NiO)以及其它
硫化物与氧化物的交互反应主要在沉淀池 中以液－液接触的方式进行。
•
闪速熔炼有两种基本形式：
• 矿从反应塔顶垂直喷入炉内的（芬兰）奥 托昆普闪速炉，
•
– 铜：在1350℃的熔炼温度下，有
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO – 钴： CoO + FeS = CoS + FeO – 锌：原料中总锌量的50-80%以氧化物形态进
入炉渣，8-10%蒸发与炉气一道从炉内排出。 其发生的反应为：ZnS+3/2O2=ZnO+SO2 ZnS+FeO=ZnO+FeS
– 金银等贵金属主要以金属状态溶入镍锍。
•
• 实践证明，经造锍熔炼后有
– 99%的金、银、铂等贵金属进入锍中 – 50%以上的砷、锑、锌等杂质进入渣中， – 60%以上的铅、铋、硒、碲等金属以氧化物
形式挥发除去。
•
• 2.2.3 镍锍的组成及其性质 熔炼硫化矿所得各种金属的锍是很复杂
的硫化物共熔体，但基本上是由金属的低级 硫化物所组成，其中富集了所提炼的金属及 贵金属。例如镍锍中主要是Ni3S2、FeS、 Cu2S，它们所含镍、铁和硫的总和占镍锍总 量的80-90%。
•
2.2.2 其它少量元素在造锍熔炼过程中的行为
• 镍精矿中除镍元素外，还有少量的有价金属。如铜， 钴及贵金属等。另外还含有杂质金属，如锌、铅、砷 、锑等。
• 精矿中 –铜、钴都以低价硫化物的形式进入镍锍。 –少部分被氧化成氧化物，这些氧化物在熔炼炉中与 铁的硫化物进行交互反应，生成硫化物，进入镍锍 。 –因为有这类反应的存在，才得以将绝大部分的有价 金属回收到锍中，实现造锍熔炼的最终目的。
•
2.2.4 镍在炉渣中的损失
• A、化学损失 • B、物理损失 • C、机械损失
•
• A、化学损失 是指镍以NiO.SiO2的形态造渣。在
一般情况下，镍以造渣形态损失是很小 的，因为炉料中有足够数量的硫和硫化 物存在时，形成镍的氧化物的可能性很 小。
•
• B、物理损失 物理损失是指镍以Ni3S2的形态溶
有色冶金概论-14讲-镍 冶金
2020年5月31日星期日
• 2.1.1 原料
原矿和精矿都可以进行造锍熔炼，但不同炉型 进行造锍熔炼时对物料的要求也不同，如：自 然炉、鼓风炉可以直接处理原矿，有的需要对 原矿进行加工处理，如：闪速炉、电炉。 • 2.1.2 产物 造锍熔炼的产物为低镍锍、炉渣、烟气、烟尘 等。
ZnO+2SiO2=ZnO.2SiO2 ZnO+SiO2=ZnO. SiO2 ZnO+ ZnS=3Zn(g)+ SO2
•
– 铅：PbS氧化在FeS后，在Cu2S前。生成的 PbO容易与SiO2造渣，PbS的挥发性很强， 随炉气挥发的铅达炉料总含铅量的20%。在 熔炼精矿时，则大部分铅进入镍锍。
– 砷和锑：砷和锑在炉料中以硫化物和氧化物 的形态存在，硫化锑在焙砂和熔炼时的变化 与方铅矿相似，但更易挥发。
• 精矿从炉子端墙上的喷嘴水平喷入炉内的 （加拿大）闪速炉。
•
闪速炉系统
• 闪速炉系统包括
– a、炉渣的性质不良。 – b、炉渣与镍锍的澄清分离条件不良。 – c、操作不当， – d、镍锍珠被SO2气体漂起。
•
2.3 硫化镍矿的造锍熔炼
硫化镍矿的造锍熔炼分为 • 闪速熔炼 • 电炉熔炼
•
2.3.1.1 闪速熔炼概述
闪速熔炼是现代火法炼镍比较先进的技 术，它克服了传统方法未能充分利用粉状精 矿的巨大表面积和熔炼分阶段进行的缺点， 从而，大大减少了能源消耗，提高了硫的利 用率，改善了环境。
•
2.2 镍锍熔炼的理论基础
• 2.2.1 主要矿物在熔炼过程中发生的主要反应 :
进行造锍熔炼时，投入熔炼炉的炉料有铜镍 硫化矿和溶剂等，
即：（Ni,Fe）9S8；Fe7S8；CuFeS2; FeS2 ；Fe3O4； MgO； CaO；Al2O3和SiO2等。
这些物料在炉中发生一系列物理化学变化， 最终形成烟气和互不相溶的镍锍和炉渣，其中主 要的化学反应如下：
解于渣中。 这种损失有时很大。正确地选择炉
渣成份是减少镍的物理损失的主要措施 。为了降低硫化物在炉渣中的溶解度， 应尽可能选择酸度较大的炉渣。
•
• C、机械损失 机械损失是指镍以镍锍小液珠的形态机械地混
入炉渣。在正常熔炼的情况下，机械损失是镍的 最大损失。造成这种损失的主要原因是由于镍锍 很难与炉渣完全分离。其原因：
•
• A、高价硫化物的分解 Fe7S8＝ 7FeS + 1/2S2
2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + S 2 3(Fe Ni)S2 = 3FeS + Ni3S2 + S2 （Ni,Fe）9S8＝2Ni3S2 + 3FeS + S 2
FeS2＝FeS＋ 1/2S2 这些反应的结果，使得物料的组成简单化 了，生成比较简单而稳定的化合物。
•
• B、低价硫化物的氧化 2FeS＋3O2 = 2 FeO+2SO2 Ni3S2 +3 O2=3NiO+ 2SO2
• C、造锍反应 3FeS＋3NiO = Ni3S2+ 3FeO+0.5 S 2
•
• D、造渣反应 炉子中产生的FeO在 SiO2存在的条件下，将按下
列反应形成炉渣：
10Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2 3Fe3O4+ FeS＋ 5SiO2= 5（2FeO.SiO2）+SO2 2FeO ＋ SiO2 = 2FeO.SiO2 CaO＋ SiO2= CaO.SiO2 MgO＋ SiO2= MgO.SiO2
闪速熔炼是将经过深度脱水（含水小于0.3% ）的粉状精矿，在喷嘴中与空气或氧气混合后， 以高速度（60-70m/s）从反应塔顶部喷入高温（ 1450-1550℃）的反应塔内，此时精矿颗粒被气 体包围，处于悬浮状态，在2-3s内就基本上完成 了硫化物的分解、氧化和熔化过程。熔融硫化物 和氧化物的混合熔体落下到反应塔底部的沉淀池 中汇集起来继续完成锍与炉渣的形成过程，并进 行沉清分离。炉渣在贫化炉处理后再弃去。
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闪速熔炼的特点：
• 焙烧与熔炼结合成一个ห้องสมุดไป่ตู้程， • 炉料与气体密切接触，在悬浮状态下与气
体进行传热和传质， • FeS 与Fe3O4、FeS与 Cu2O(NiO)以及其它
硫化物与氧化物的交互反应主要在沉淀池 中以液－液接触的方式进行。
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闪速熔炼有两种基本形式：
• 矿从反应塔顶垂直喷入炉内的（芬兰）奥 托昆普闪速炉，
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– 铜：在1350℃的熔炼温度下，有
Cu2O + FeS = Cu2S + FeO – 钴： CoO + FeS = CoS + FeO – 锌：原料中总锌量的50-80%以氧化物形态进
入炉渣，8-10%蒸发与炉气一道从炉内排出。 其发生的反应为：ZnS+3/2O2=ZnO+SO2 ZnS+FeO=ZnO+FeS
– 金银等贵金属主要以金属状态溶入镍锍。
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• 实践证明，经造锍熔炼后有
– 99%的金、银、铂等贵金属进入锍中 – 50%以上的砷、锑、锌等杂质进入渣中， – 60%以上的铅、铋、硒、碲等金属以氧化物
形式挥发除去。
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• 2.2.3 镍锍的组成及其性质 熔炼硫化矿所得各种金属的锍是很复杂
的硫化物共熔体，但基本上是由金属的低级 硫化物所组成，其中富集了所提炼的金属及 贵金属。例如镍锍中主要是Ni3S2、FeS、 Cu2S，它们所含镍、铁和硫的总和占镍锍总 量的80-90%。
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2.2.2 其它少量元素在造锍熔炼过程中的行为
• 镍精矿中除镍元素外，还有少量的有价金属。如铜， 钴及贵金属等。另外还含有杂质金属，如锌、铅、砷 、锑等。
• 精矿中 –铜、钴都以低价硫化物的形式进入镍锍。 –少部分被氧化成氧化物，这些氧化物在熔炼炉中与 铁的硫化物进行交互反应，生成硫化物，进入镍锍 。 –因为有这类反应的存在，才得以将绝大部分的有价 金属回收到锍中，实现造锍熔炼的最终目的。
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2.2.4 镍在炉渣中的损失
• A、化学损失 • B、物理损失 • C、机械损失
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• A、化学损失 是指镍以NiO.SiO2的形态造渣。在
一般情况下，镍以造渣形态损失是很小 的，因为炉料中有足够数量的硫和硫化 物存在时，形成镍的氧化物的可能性很 小。
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• B、物理损失 物理损失是指镍以Ni3S2的形态溶
有色冶金概论-14讲-镍 冶金
2020年5月31日星期日
• 2.1.1 原料
原矿和精矿都可以进行造锍熔炼，但不同炉型 进行造锍熔炼时对物料的要求也不同，如：自 然炉、鼓风炉可以直接处理原矿，有的需要对 原矿进行加工处理，如：闪速炉、电炉。 • 2.1.2 产物 造锍熔炼的产物为低镍锍、炉渣、烟气、烟尘 等。
ZnO+2SiO2=ZnO.2SiO2 ZnO+SiO2=ZnO. SiO2 ZnO+ ZnS=3Zn(g)+ SO2
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– 铅：PbS氧化在FeS后，在Cu2S前。生成的 PbO容易与SiO2造渣，PbS的挥发性很强， 随炉气挥发的铅达炉料总含铅量的20%。在 熔炼精矿时，则大部分铅进入镍锍。
– 砷和锑：砷和锑在炉料中以硫化物和氧化物 的形态存在，硫化锑在焙砂和熔炼时的变化 与方铅矿相似，但更易挥发。
• 精矿从炉子端墙上的喷嘴水平喷入炉内的 （加拿大）闪速炉。
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闪速炉系统
• 闪速炉系统包括
– a、炉渣的性质不良。 – b、炉渣与镍锍的澄清分离条件不良。 – c、操作不当， – d、镍锍珠被SO2气体漂起。
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2.3 硫化镍矿的造锍熔炼
硫化镍矿的造锍熔炼分为 • 闪速熔炼 • 电炉熔炼
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2.3.1.1 闪速熔炼概述
闪速熔炼是现代火法炼镍比较先进的技 术，它克服了传统方法未能充分利用粉状精 矿的巨大表面积和熔炼分阶段进行的缺点， 从而，大大减少了能源消耗，提高了硫的利 用率，改善了环境。
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2.2 镍锍熔炼的理论基础
• 2.2.1 主要矿物在熔炼过程中发生的主要反应 :
进行造锍熔炼时，投入熔炼炉的炉料有铜镍 硫化矿和溶剂等，
即：（Ni,Fe）9S8；Fe7S8；CuFeS2; FeS2 ；Fe3O4； MgO； CaO；Al2O3和SiO2等。
这些物料在炉中发生一系列物理化学变化， 最终形成烟气和互不相溶的镍锍和炉渣，其中主 要的化学反应如下：
解于渣中。 这种损失有时很大。正确地选择炉
渣成份是减少镍的物理损失的主要措施 。为了降低硫化物在炉渣中的溶解度， 应尽可能选择酸度较大的炉渣。
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• C、机械损失 机械损失是指镍以镍锍小液珠的形态机械地混
入炉渣。在正常熔炼的情况下，机械损失是镍的 最大损失。造成这种损失的主要原因是由于镍锍 很难与炉渣完全分离。其原因：
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• A、高价硫化物的分解 Fe7S8＝ 7FeS + 1/2S2
2CuFeS2 = Cu2S + 2FeS + S 2 3(Fe Ni)S2 = 3FeS + Ni3S2 + S2 （Ni,Fe）9S8＝2Ni3S2 + 3FeS + S 2
FeS2＝FeS＋ 1/2S2 这些反应的结果，使得物料的组成简单化 了，生成比较简单而稳定的化合物。
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• B、低价硫化物的氧化 2FeS＋3O2 = 2 FeO+2SO2 Ni3S2 +3 O2=3NiO+ 2SO2
• C、造锍反应 3FeS＋3NiO = Ni3S2+ 3FeO+0.5 S 2
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• D、造渣反应 炉子中产生的FeO在 SiO2存在的条件下，将按下
列反应形成炉渣：
10Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2 3Fe3O4+ FeS＋ 5SiO2= 5（2FeO.SiO2）+SO2 2FeO ＋ SiO2 = 2FeO.SiO2 CaO＋ SiO2= CaO.SiO2 MgO＋ SiO2= MgO.SiO2