CN115852166B - 一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，针对二次镍精矿反射炉熔铸镍阳极板工艺，提出的一种短流程“脱硫除铁”的处理工艺，采用富氧熔炼炉熔炼二次镍精矿，利用富氧吹炼在同一炉体内完成二次镍精矿的“熔化、脱硫、除铁”的过程，实现高效率、低能耗直接产出金属化镍阳极板的目的，解决镍阳极板反射炉熔炼的镍阳极板金属化率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼技术领域，涉及一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法。
背景技术
铜镍精矿经熔炼后得到低镍锍，低镍锍经转炉吹炼获得高镍锍，高镍锍缓冷后破碎，经选矿分离得到镍精矿、铜精矿和一次合金，其中，经选矿获得的镍精矿被称为二次镍精矿。统镍阳极板熔铸工艺为反射炉熔化二次镍精矿产出含铁高硫镍阳极板，该工艺仅通过反射炉完成二次镍精矿的熔化，并未发生二次镍精矿的脱硫、除铁冶金物化反应，产出的镍阳极板含硫高、含少量铁，导致镍阳极板镍品位低和板材成材率低且易碎残极率高，以及电解工序能耗大、产能率低。
发明专利CN111961880A“利用底吹炉生产金属化镍阳极板的方法”公开了一种利用底吹炉将富氧气体从炉底喷入炉体，完成二次镍精矿的熔化和脱硫过程，产出金属化镍阳极板的方法。该专利公示主要采用底吹富氧气体，连续排放镍锍，间断排放熔渣的方式。该专利公布的喷枪从炉底喷吹气体方式，存在使用寿命低的问题。
发明专利CN113251799A“富氧燃烧炉生产金属化阳极板的装置”，公开了一种卧式炉型，利用富氧熔炼二次镍精矿，在一个炉体内完成熔化、脱硫、除铁反应，产出金属化镍阳极板。该专利公示的主要是一种卧式炉型，采用间断排放、周期作业的方式。
发明专利CN112593093 B“炼镍装置及炼镍方法”和发明专利CN111101001A“一步炼镍系统及一步炼镍方法”，公开了一种熔池熔炼设备或系统，包含贫化区、贫化区、电炉沉降区，利用该装置或系统可处理镍精矿，直接产出高镍锍或金属化高镍锍，该高镍锍富含镍、铜、硫。与该专利相比较，本次申请专利处理物料针对二次镍精矿的富氧吹炼，产出物为金属化高镍锍，其中主要含量为镍、硫，铁含量大约2%以下。含铜镍锍吹炼与不含铜镍锍吹炼，由于铜、镍吹炼过程中氧化物物化性质不同，存在明显不同。铜锍吹炼主要为液-液反应，而镍锍吹炼主要为液-固反应。因此，不含铜镍锍吹炼过程中，根据吹炼温度不同，镍易被氧化为NiO，使渣中NiO含量急剧升高。不含铜镍锍吹炼高镍锍过程中，需特别注意镍、硫的氧化转变温度点。
铜锍与镍锍吹炼的主要区别点：
（1）铜锍吹炼主要为液-液反应，Cu2S与Cu互相溶解度较小，熔池分为两层，上层是含有少量铜的Cu2S层，下层是含有少量Cu2S的铜层，吹炼时尽管金属铜量不断增加，Cu2S量不断减少，但与吹炼氧接触仍是一个含硫量基本不变的Cu2S层，基本保证铜锍吹炼过程中冶金物化反应稳定进行。
（2）镍锍吹炼主要为液-固反应，镍易被氧化为NiO，NiO具有很高的熔点（1984℃），在常规吹炼温度及吹炼制度下呈固态，熔体属于固-液反应，反应较难进行。铜锍中Ni3S2与Ni完全互溶，吹炼时金属镍不断增加，熔体中硫浓度不断下降，使镍锍吹炼过程熔体内冶金物化反应存在波动。渣中NiO含量不断增加易导致干渣甚至停炉问题，需及时将被氧化的镍还原为金属镍沉降值镍锍层，从而产出金属化镍锍，并能提高金属化镍锍的品位。
镍锍吹炼需控制镍锍吹炼温度，即保证镍锍中硫优先于镍被氧化。一般地，镍锍吹炼温度随着硫含量的降低而升高。
与上述专利相比较，本专利采用富氧熔炼炉连续处理二次镍精矿生产金属化镍阳极板，专利要求控制冶炼温度以降低镍的氧化程度，及时对炉渣进行还原处理，从而提高高镍锍金属化的程度。
为解决以上问题，拟将生产高硫镍阳极产品转变为生产金属化镍阳极板产品，为提高热利率及效率，采用富氧炉熔炼二次镍精矿，使二次镍精矿在一个炉体内完成熔化、脱硫、除铁等反应，产出金属化镍阳极板，达到除铁降硫的目的。该工艺具有反应热效率高、操作环境好、工艺流程短、金属化阳极板成材率高、金属化镍阳极板电解能耗低等特点。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的问题，提供一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，解决了传统工艺反射炉熔炼镍阳极板金属化率低、热利用率低、残极率高的问题，可达到短流程、低能耗、高效率生产金属化阳极板的目的。
为此，本发明采取以下技术方案：
一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，包括如下步骤：
a.在富氧熔炼炉内设置呈互通状的吹炼区和贫化区，并在所述吹炼区内设置若干第一喷枪、所述贫化区内设置若干第二喷枪，所述第一喷枪用于喷吹富氧气体，其富氧浓度为65%~80%、过氧系数1~1.3，所述第二喷枪用于喷吹中性气体，其富氧浓度为50%~65%、过氧系数0.8~1，且所述第二喷枪中可设置其中部分喷枪为粉煤喷吹加料枪；
b.在富氧熔炼炉的顶部设置第一进料口和第二进料口，所述第一进料口的水平位置高于第二进料口，且所述第一进料口与吹炼区恰好处于同一竖直线、所述第二进料口与贫化区恰好处于同一竖直线，接着，将二次镍精矿配加除铁造渣熔剂后通过第一进料口入炉，所述除铁造渣熔剂的配入质量为二次镍精矿质量的0.5%~3%，将碳质还原剂通过第二加料口或由第二喷枪喷吹加入贫化区内，所述碳质还原剂配入质量为二次镍精矿质量的0.5%~2%；
c.将富氧熔炼炉内吹炼温度设定为1400℃~1600℃，渣型选择为FeO-SiO2型、CaO-FeO-SiO2型及CaO-FeO-SiO2-Al2O3型中的任意一种，其中，所述Fe/SiO2渣型中Fe、Si质量比为0.7~1.3：1，CaO/SiO2渣型中Ca、Si质量比为0.1~0.5：1；
d.调控喷枪参数完成渣层吹炼区除铁降硫，以及贫化区NiO的及时还原，设定吹炼区中第一喷枪喷吹参数为富氧浓度为65%~80%，喷吹压力小于0.5Mpa，喷枪喷吹渣层，在贫化区使NiO及时被还原获得金属镍，第二喷枪喷吹的富氧浓度为50%~65%、喷吹压力小于0.5Mpa；
e.金属化镍锍从排锍口排放，贫化后熔渣从排渣口排放，最终获得金属化镍锍含Ni≥72%、S≤21%、Fe≤2%、Cu≤5%，其余物质为不可避免杂质，熔渣含Ni≤7%、Fe为18%~30%、SiO2 为23~48%、CaO≤8%、Al2O3≤5%、S≤2%，其余物质为不可避免杂质。
进一步地，所述步骤b中二次镍精矿中含Ni≥65%、S≥25%、Fe为1%~5%、SiO2≤2%，其余物质为不可避免杂质。
进一步地，所述步骤b中还原剂为无烟煤、粉煤或褐煤中任意一种。
进一步地，所述步骤b中除铁造渣熔剂采用石英石。
进一步地，所述步骤a中第一喷枪和第二喷枪均沿炉体方向、且水平安装于侧墙，喷吹区域均为渣层，不接触镍锍层，所述喷枪喷吹渣层可延长喷枪使用寿命，避免喷枪被底部镍锍热蚀导致使用寿命降低。
本发明的有益效果在于：
1、本发明中吹炼区第一喷枪采用喷吹弱氧化气氛燃烧熔炼，即通过控制第一第一喷枪天然气与富氧空气的燃烧系数，即过剩氧气系数为1.05~1.3时，可达到弱氧化气氛，其中富氧浓度65~80%，能够实现快速加热熔融二次镍精矿，同时喷吹的过剩的氧气参与脱硫反应与铁氧化造渣反应，达到短流程熔炼、脱硫、除铁的目的，同时在炉底形成了金属化镍锍；
2、本发明中吹炼区喷吹弱氧化气氛脱硫除铁过程中，不可避免导致部分镍被氧化形成NiO进入熔渣层，NiO熔点较高，在熔渣中以固体形式存在，易形成干渣导致熔体黏度大、流动性低。该技术通过贫化区利用第二喷枪喷吹还原性气体，并可从第二加料口添加碳质还原剂，可使渣中NiO及时还原为金属镍沉降于炉底，可进一步提高炉底镍锍的金属化率，在连续进料、熔炼过程中，可保证渣中NiO达到动态平衡，避免因渣中NiO含量过高而导致的停炉问题；
3、本发明具有热利用率高的特点，在利用天然气燃烧辅热熔化二次镍精矿的同时，利用喷吹的过量氧气参与脱硫与铁氧化反应可提供化学反应热，解决了反射炉仅靠辐射热熔化物料的问题；
4、本发明能够实现二次镍精矿的连续熔炼，提高生产效率，降低冶炼生产成本。
附图说明
图1为本发明中富氧熔炼炉的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施方法对本发明的技术方案进行相关说明。
实施例1
一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，包括如下步骤：
a.在富氧熔炼炉内设置呈互通状的贫化区和吹炼区，并在所述吹炼区内设置若干第一喷枪、贫化区内设置若干第二喷枪，其中，吹炼区内的第一喷枪用于喷吹富氧气体，其富氧浓度为70%、过氧系数1.05，所述第二喷枪用于喷吹中性气体，其富氧浓度为60%、过氧系数0.9，且所述第二喷枪中可设置其中部分喷枪为粉煤喷吹加料枪；
b.将二次镍精矿配加除铁造渣熔剂后通过第一进料口入炉，通过皮带加料机、计量加料机配入，所述除铁造渣熔剂的配入质量为二次镍精矿质量的1.0%，并配加碳质还原剂，直接加入第二加料口或由第二喷枪喷吹加入贫化区内，所述碳质还原剂配入质量为二次镍精矿质量的1.0%；
c.将富氧熔炼炉内吹炼温度设定为1550℃，选择渣型为FeO-SiO2型，其渣型中Fe、Si质量比为0.75：1；
d.调控喷枪参数完成渣层吹炼区除铁降硫，以及贫化区NiO的及时还原，设定吹炼区中第一喷枪喷吹参数为富氧浓度为70%，喷吹压力小于0.32Mpa，喷枪喷吹渣层，在贫化区使NiO及时被还原获得金属镍，第二喷枪喷吹的富氧浓度为60%、喷吹压力小于0.28Mpa；
e.金属化镍锍从排锍口排放，贫化后熔渣从排渣口排放，最终获得产品成分见表1所示。
表1 熔炼产出物化学成分（单位：wt%）
由表1中镍锍化学成分及其对应的物相组成可知，金属化镍占比27.483%；本实施例1通过富氧浓度为70%、过氧系数为1.05的富氧空气进行弱氧化熔化，使二次镍精矿达到脱硫除铁目的，进一步调整弱还原气体条件，即贫化区富氧浓度为60%、过氧系数为0.9的富氧空气进行还原熔炼，并添加1%的还原剂，及时将渣中过氧化的NiO还原为金属Ni沉降于炉底镍锍层，提高镍锍金属化率。
实施例2
一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，包括如下步骤：
a.在富氧熔炼炉内设置呈互通状的贫化区和吹炼区，并在所述吹炼区内设置若干第一喷枪、贫化区内设置若干第二喷枪，其中，吹炼区的第一喷枪用于喷吹富氧气体，其富氧浓度为70%、过氧系数1.1，所述第二喷枪用于喷吹弱氧化气体，其富氧浓度为60%、过氧系数0.85，且所述第二喷枪中可设置其中部分喷枪为粉煤喷吹加料枪；
b.将二次镍精矿配加除铁造渣熔剂后通过第一进料口入炉，通过皮带加料机、计量加料机配入，所述除铁造渣熔剂的配入质量为二次镍精矿质量的1.5%，并配加碳质还原剂，直接加入第二加料口或由第二喷枪喷吹加入贫化区内，所述碳质还原剂配入质量为二次镍精矿质量的1.2%；
c.将富氧熔炼炉内吹炼温度设定为1480℃，渣型选择为CaO-FeO-SiO2型，该渣型中Fe、Ca、Si质量比为0.8：0.35：1；
d.调控喷枪参数完成渣层吹炼区除铁降硫，以及贫化区NiO的及时还原，设定吹炼区中第一喷枪喷吹参数为富氧浓度为70%，喷吹压力小于0.3Mpa，喷枪喷吹渣层，在贫化区使NiO及时被还原获得金属镍，第二喷枪喷吹的富氧浓度为60%、过氧系数为0.85，喷吹压力为0.26Mpa；
e.金属化镍锍从排锍口排放，贫化后熔渣从排渣口排放，最终获得产品成本见表2所示。
表2 熔炼产出物化学成分（单位：wt%）
由表2中镍锍化学成分及其对应的物相组成可知，金属化镍占比32.213%；本实施例2通过富氧浓度为70%、过氧系数为1.1的富氧空气进行弱氧化熔化，使二次镍精矿达到脱硫除铁目的，进一步调整弱还原气体条件，即贫化区富氧浓度为60%、过氧系数为0.85的富氧空气进行还原熔炼，并添加1.2%的还原剂，及时将渣中过氧化的NiO还原为金属Ni沉降于炉底镍锍层，提高镍锍金属化率。
Claims (3)
1.一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在富氧熔炼炉内设置呈互通状的吹炼区和贫化区，并在所述吹炼区内设置若干第一喷枪、所述贫化区内设置若干第二喷枪，所述第一喷枪用于喷吹富氧气体，其富氧浓度为65%~80%、过氧系数1~1.3，所述第二喷枪用于喷吹中性气体，其富氧浓度为50%~65%、过氧系数0.8~1，且所述第二喷枪中可设置其中部分喷枪为粉煤喷吹加料枪；
所述步骤a中第一喷枪和第二喷枪均沿炉体方向、且水平安装于侧墙，喷吹区域均为渣层，不接触镍锍层，所述喷枪喷吹渣层可延长喷枪使用寿命，避免喷枪被底部镍锍热蚀导致使用寿命降低；
b.在富氧熔炼炉的顶部设置第一进料口和第二进料口，所述第一进料口的水平位置高于第二进料口，且所述第一进料口与吹炼区恰好处于同一竖直线、所述第二进料口与贫化区恰好处于同一竖直线，接着，将二次镍精矿配加除铁造渣熔剂后通过第一进料口入炉，所述除铁造渣熔剂的配入质量为二次镍精矿质量的0.5%~3%，将碳质还原剂通过第二加料口或由第二喷枪喷吹加入贫化区内，所述碳质还原剂配入质量为二次镍精矿质量的0.5%~2%；
所述步骤b中二次镍精矿中含Ni≥65%、S≥25%、Fe为1%~5%、SiO2≤2%，其余物质为不可避免杂质；
c.将富氧熔炼炉内吹炼温度设定为1400℃~1600℃，渣型选择为FeO-SiO2型、CaO-FeO-SiO2型及CaO-FeO-SiO2-Al2O3型中的任意一种，其中，所述Fe/SiO2渣型中Fe、Si质量比为0.7~1.3：1，CaO/SiO2渣型中Ca、Si质量比为0.1~0.5：1；
d.调控喷枪参数完成渣层吹炼区除铁降硫，以及贫化区NiO的及时还原，设定吹炼区中第一喷枪喷吹参数为富氧浓度为65%~80%，喷吹压力小于0.5Mpa，喷枪喷吹渣层，在贫化区使NiO及时被还原获得金属镍，第二喷枪喷吹的富氧浓度为50%~65%、喷吹压力小于0.5Mpa；
e.金属化镍锍从排锍口排放，贫化后熔渣从排渣口排放，最终获得金属化镍锍含Ni≥72%、S≤21%、Fe≤2%、Cu≤5%，其余物质为不可避免杂质，熔渣含Ni≤7%、Fe为18%~30%、SiO2 为23~48%、CaO≤8%、Al2O3≤5%、S≤2%，其余物质为不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，其特征在于，所述步骤b中还原剂为无烟煤、粉煤或褐煤中任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种镍精矿富氧熔炼金属化镍锍的方法，其特征在于，所述步骤b中除铁造渣熔剂采用石英石。
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