鎳冶煉生產(chǎn)中降低渣含鎳方法淺析

司俊起， 趙 云， 王傳強(qiáng)， 耿雋松

(吉恩鎳業(yè)股份有限公司， 吉林 磐石 132311)

鎳冶煉生產(chǎn)中降低渣含鎳方法淺析

司俊起， 趙 云， 王傳強(qiáng)， 耿雋松

(吉恩鎳業(yè)股份有限公司， 吉林 磐石 132311)

本文分析了鎳冶煉過程中產(chǎn)生廢渣的過程，剖析了廢渣中鎳損失的途徑，敘述了影響渣含鎳的因素，以及闡述了降低渣含鎳的幾點(diǎn)措施。

澳斯麥特爐； 沉降電爐； 鎳熔煉； 渣含鎳； 鎳損失

隨著礦產(chǎn)資源的開發(fā)，礦產(chǎn)資源消耗量日益增長，對礦產(chǎn)資源的充分利用要求逐步提高。在這種情況下，鎳冶煉過程的回收率集中地反映一個企業(yè)技術(shù)水平和管理水平的高低。在冶煉過程中鎳損失的主要渠道是渣含鎳，而廢渣是冶煉過程中熔煉生產(chǎn)必有的，所以，熔煉過程力求將渣含鎳降低到最低限度。吉恩鎳業(yè)冶煉廠熔煉過程包括澳斯麥特爐熔煉和沉降電爐沉降，在生產(chǎn)初期渣含鎳波動范圍較大，為0.3%～0.45%。由于影響渣含鎳的因素較多，在生產(chǎn)過程中一直難以將其控制在一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)。在生產(chǎn)設(shè)備、管理體系比較完善的條件下，對熔煉過程中的含鎳形態(tài)和損失途徑進(jìn)行分析，并采取措施，可以降低爐渣含鎳，提高金屬回收率，為公司創(chuàng)造更高的效益。

1 鎳熔煉工藝過程

澳斯麥特熔煉工藝是采用頂吹浸沒式噴槍、富氧鼓風(fēng)熔池熔煉。入爐鎳精礦成分見表1，工藝過程為：入廠的鎳精礦經(jīng)配料制粒后加入澳斯麥特爐，熔煉生成的低鎳冰銅(含鎳18%～24%)和高鎳澳爐渣(含鎳1%～2.5%)，分別通過排鎳口和排渣口排放到沉降電爐中，經(jīng)沉降后得到鎳冰銅(含鎳25%～32%)和電爐渣(含鎳0.3%～0.45%)。鎳冰銅通過爐前鎳排放口排放到鎳冰銅包中送轉(zhuǎn)爐吹煉，電爐渣通過爐后渣排放口排放至?；?，?；蟮碾姞t渣送至渣場。低鎳冰銅、高鎳澳爐渣、鎳冰銅、電爐渣成分分別見表2、表3、表4、表5。

表1 精礦成分 %

2 電爐渣的損失途徑

由于鎳精礦平均品位在6%～10%，每生產(chǎn)1 t高冰鎳要產(chǎn)出電爐渣約13～18 t，因此渣含鎳的波動對冶煉回收率影響極大，如何降低渣含鎳便成為提高回收率的重要措施。為了降低渣含鎳，通過對

渣含鎳的變化規(guī)律進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)論。

2.1 化學(xué)損失

電爐渣中金屬物相分析表明，鎳在渣中是以硅酸鹽和氧化物存在的，屬化學(xué)損失。

損失原因：

(1)因爐溫不夠或熔化過快，氧化鎳來不及還原；

(2)還原劑加入量少或加入不均勻；

(3)配料不準(zhǔn)確，造成爐渣波動大。

表2 低鎳冰銅成分 %

表3 高鎳澳爐渣成分 %

表4 高鎳冰銅成分 %

表5 電爐渣成分 %

2.2 機(jī)械損失

鎳主要因以金屬小顆?；烊霠t渣或者未熔化的生料混入爐渣而造成的損失。

損失原因：

(1)爐渣組成中FeO、SiO2、CaO比例不適當(dāng)，或?qū)t內(nèi)反應(yīng)控制不好，產(chǎn)生較多的Fe3O4，造成爐渣性質(zhì)惡化，粘度較大，比重增加，使其分離不良；

(2)鎳金屬顆粒在沉降過程中時間不夠；

(3)鎳冰銅層過高；

(4)氧化物和硫化物相互反應(yīng)產(chǎn)生氣體SO2，由于氣體泡沫的作用而把鎳帶入爐渣。

3 影響渣含鎳的因素

影響渣含鎳的因素很多，它們之間又是相互聯(lián)系的。根據(jù)生產(chǎn)時間證明主要與以下幾個因素有關(guān)：爐渣的組成、還原能力、操作控制及沉降時間。

3.1 爐渣組成

電爐渣的組成對保證熔煉過程的順利進(jìn)行和獲得良好的熔煉指標(biāo)起著至關(guān)重要的作用，它的變化不僅影響熔煉回收率和渣含鎳指標(biāo)，而且關(guān)系著熔煉的生產(chǎn)能力、燃料消耗以及爐溫和產(chǎn)品。因此對爐渣渣型要嚴(yán)格控制。渣型首先要滿足熔煉過程的溫度要求，溫度控制在1 250±30 ℃，不能過低或過高。溫度過低不能保證熔煉的化學(xué)反應(yīng)順利完成且會增加爐渣粘度；溫度過高會造成能源消耗和耐火材料的高消耗。除滿足熔煉要求外，應(yīng)盡量減少溶劑消耗量，降低爐渣產(chǎn)出量，減少從爐渣帶走的鎳含量，提高鎳金屬回收率。

3.2 SiO2對爐渣的影響

SiO2的比重為2.2%～2.6%，提高SiO2的含量能降低爐渣的比重，使?fàn)t渣和鎳冰銅的比重差增大，創(chuàng)造好良好的分離條件。但SiO2的含量增加，相對FeO的含量就會降低，會增加爐渣的酸性和粘度，如果粘度過大，鎳的機(jī)械損失將會顯著增大。同時SiO2含量的高低也會影響爐渣的熔點(diǎn)。

3.3 FeO對爐渣的影響

FeO的比重為5，其含量增加，將使渣的比重明顯增加。同時在酸性的爐渣中，增加FeO含量能降低爐渣粘度，增加爐渣流動性，其含量可調(diào)整爐渣熔點(diǎn)。FeO在爐內(nèi)還原氣氛較弱的情況下會生成Fe3O4。Fe3O4的存在顯著增加了爐渣粘度，使鎳和渣分離不好，增加了渣中鎳的含量。Fe3O4含量過多爐內(nèi)就會生成凍結(jié)層，使?fàn)t膛容積變小和生成隔層等。Fe3O4的存在還會與熔池內(nèi)的FeS及SiO2相互反應(yīng)，放出SO2氣體攪動熔池，從而影響鎳冰銅和爐渣的分離，造成鎳金屬損失。反應(yīng)式如下：

3.4 CaO對爐渣的影響

CaO的比重<3.3，如果用CaO適當(dāng)代替FeO，會降低爐渣比重。適當(dāng)增加CaO和SiO2，可增加鎳金屬與爐渣界面的張力，使鎳金屬和爐渣很好的分離。增加CaO還可降低爐渣粘度，使鎳金屬的機(jī)械損失相應(yīng)降低。

4 降低渣含鎳的幾點(diǎn)措施

降低渣含鎳可采取以下幾點(diǎn)措施：

(1)從配料入手，控制好進(jìn)入澳斯麥特爐精礦的成分。由于物料成分，尤其是物料中硫含量波動，引起的沉降電爐鎳冰銅品位波動幅度較大，爐渣的波動亦大。加強(qiáng)配料工作，盡量保證入爐物料的均衡、穩(wěn)定，保證澳斯麥特爐渣成分穩(wěn)定。

(2)控制渣中鐵硅比是控制渣型、減少機(jī)械夾帶的重要手段。根據(jù)這幾年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)表明，澳斯麥特爐渣FeO/SiO2控制在0.6～0.9、沉降電爐FeO/SiO2控制在1.1～1.2有利于控制渣含鎳，減少機(jī)械夾帶的發(fā)生。

(3)控制好澳斯麥特爐操作溫度，使?fàn)t溫不低于1 200 ℃，保證爐膛內(nèi)反應(yīng)充分，控制好噴槍槍位，做到熔體及時排放。

(4)做好沉降電爐變壓器負(fù)荷操作。沉降電爐變壓器總?cè)萘繛? 000 KVA，電壓級總共分為15級，自電爐啟動生產(chǎn)以來，在開爐期間負(fù)荷使用過4 500 kW/h，后因爐底及排放溫度過高，波動過大，負(fù)荷被迫降低至3 500 kW/h左右，后期因凍結(jié)層使電爐有效容積縮小，負(fù)荷基本穩(wěn)定在3 000 kW/h左右，當(dāng)負(fù)荷提至3 500 kW/h以上，爐前及爐后出現(xiàn)排放溫度過高現(xiàn)象。所以正常生產(chǎn)時沉降電爐負(fù)荷控制在2 500～3 000 kW/h為佳。

(5)嚴(yán)格控制澳斯麥特爐排放時間、轉(zhuǎn)爐返渣時間與沉降電爐排放時間。澳斯麥特爐排放時間和轉(zhuǎn)爐返渣時間要與沉降電爐排渣時間錯開，防止鎳含量高的爐渣直接排出。生產(chǎn)時產(chǎn)渣量較大，沉降電爐爐后連續(xù)排放時間較長，反渣溜槽口又在沉降電爐爐后區(qū)域靠近爐后排放口，轉(zhuǎn)爐返渣時易造成電爐排放渣含鎳偏高的情況發(fā)生。通過采樣對比，爐渣在返渣時排放與未返渣時排放，渣含鎳平均高出0.2%，所以在轉(zhuǎn)爐返渣時停止?fàn)t后排放，并且在返渣后盡量等待一段時間，待熔體穩(wěn)定后再進(jìn)行放渣操作。

(6)嚴(yán)格控制沉降電爐鎳冰銅面高度，做好沉降電爐溶劑加入工作，保證返渣溜槽及鎳冰銅包子內(nèi)溶劑加入準(zhǔn)時。由于吹煉過程中鐵有25%左右以Fe3O4形式存在，所以返回沉降電爐后，使Fe3O4在爐內(nèi)富集，此類渣的氧化性偏高，其導(dǎo)致的結(jié)果是渣中氧化鎳含量相對較高，因此必須加入添加劑來破壞磁性氧化鐵，從而達(dá)到爐渣貧化的作用。當(dāng)加入碳質(zhì)還原劑時，部分金屬氧化物被還原成金屬狀，其反應(yīng)為：

反應(yīng)式中Me代表鎳、銅、鈷、鐵。由于爐渣中的氧化物比其他金屬氧化物多，所以被大量還原的是金屬鐵，生產(chǎn)以鐵為主的金屬合金，這種合金溶解在低鎳锍中形成金屬化低鎳锍，當(dāng)金屬化低鎳锍的小滴在渣層中通過時，渣中銅、鎳、鈷的氧化物被金屬鐵還原：

還原后的金屬溶解在低鎳锍中，因?yàn)榈玩囷持泻蠪eS，所以這些金屬再與FeS反應(yīng)變成硫化物：

這樣，這些金屬便進(jìn)入到鎳冰銅中，從而降低了電爐渣中的鎳含量。

(7)合理控制凍結(jié)層的厚度。在生產(chǎn)過程中，沉降電爐中常常會形成凍結(jié)層，合適厚度的凍結(jié)層對爐體耐火材料等起到一定的保護(hù)作用，但是如果工藝操作控制不好，隨著生產(chǎn)時間的推移，凍結(jié)層的厚度也會增加。達(dá)到一定程度便會影響正常生產(chǎn)，造成渣含鎳高等情況的發(fā)生。為了防止沉降電爐凍結(jié)層對爐子的影響，保證有效容積，利于渣鎳分離，要嚴(yán)格控制凍結(jié)層的厚度。

(8)合理控制渣中其他元素含量對降低渣含鎳有利。爐渣含MgO量高，是硫化銅鎳礦熔煉的一個特點(diǎn)。當(dāng)渣含MgO低于10%時，對爐渣性質(zhì)無明顯影響。當(dāng)MgO含量超過14%時，爐渣熔點(diǎn)迅速上升，粘度增大，單位電耗增大。隨著MgO升高和FeO降低，渣中含有價金屬降低。電爐熔煉的爐渣中MgO的合理含量為8%～12%。

渣中含Al2O3為5%～12%，如同CaO一樣，少量的Al2O3存在對爐渣性質(zhì)影響不大。隨著Al2O3含量增加，爐渣粘度和金屬損失增大。

5 結(jié)語

吉恩鎳業(yè)冶煉廠熔煉生產(chǎn)工藝已經(jīng)投產(chǎn)7年，通過這幾年的生產(chǎn)實(shí)踐，在鎳冶煉生產(chǎn)中降低渣含鎳已經(jīng)取得了一定的成果，可以把渣含鎳降至0.296%～0.318%，這是一個非常喜人的成果，但渣含鎳還有可將低空間，降低渣含鎳的路還很長。通過加強(qiáng)工藝技術(shù)操作管理，開展工藝流程和工藝參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)施有效的生產(chǎn)過程控制，達(dá)到降低損失、提高鎳金屬回收率、實(shí)現(xiàn)提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。另如何能夠有效的利用廢渣，是下一個研究方向。

[1] 王樹和. 提高電爐熔煉鎳的回收率[J]. 有色金屬(冶煉部分), 1991，(3).

[2] 彭容秋. 鎳冶金[M]. 中南大學(xué)出版社, 2005.

印尼工業(yè)部批準(zhǔn)Konawe地區(qū)鎳工業(yè)園區(qū)擴(kuò)建計(jì)劃

印尼政府通過工業(yè)部已經(jīng)批準(zhǔn)蘇拉威西東南部納威(Konawe)鎳工業(yè)園區(qū)擴(kuò)建計(jì)劃，并計(jì)劃發(fā)放許可。

政府將盡快授予中國鎳企業(yè)- 德龍鎳業(yè)(PT Virtue Dragon Nickel Industry)額外的許可證，批準(zhǔn)對工業(yè)園區(qū)三期項(xiàng)目開發(fā)。該公司目前擁有的許可證是允許其對工業(yè)園區(qū)進(jìn)行兩期項(xiàng)目的開發(fā)。一期項(xiàng)目包括500公頃土地價值10億美金的投資，二期項(xiàng)目包括700公頃土地及價值25億美金的投資。

即將被授權(quán)的三期項(xiàng)目包括2 200公頃的土地，公司建議擴(kuò)大土地面積，額外申請1 000公頃土地用于建設(shè)德龍工業(yè)園區(qū)(Virtu Dragon Industrial Park)。

Analysis of reducing nickel content in slag during nickel smelting production

SI Jun-qi, ZHAO Yun, WANG Chuan-qiang, GENG Jun-song

The paper analyzes the process of waste slag generation during nickel smelting and ways of nickel loss in the waste slag, describes the factors influencing nickel content in slag as well as puts forwards several measures of reducing nickel content in slag.

ausmelt furnace; electric settling furnace; nickel smelting; nickel content in slag; nickel losses

司俊起(1984—)，男，吉林磐石人，冶金工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

TF815

B