提高銅冶煉系統(tǒng)中鎳直收率的生產(chǎn)實(shí)踐

鐘仁志，李承祖，周岳珍，謝遠(yuǎn)根，廖琦琦

（浙江江銅富冶和鼎銅業(yè)有限公司，浙江 杭州 311400）

本文所述銅冶煉廠采用富氧雙側(cè)吹熔池熔煉爐+PS轉(zhuǎn)爐+回轉(zhuǎn)式陽極爐的工藝流程，此套工藝對原料的適應(yīng)范圍廣，對冷料的處理能力強(qiáng)，在高雜原料日益增多的情況下，仍能確保陽極板的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，以供電解正常生產(chǎn)。但是，目前冶煉工藝?yán)飳Σ糠钟袃r(jià)金屬的直收率不高，造成資源的浪費(fèi)，本文就對提高銅冶煉過程中鎳直收率展開相應(yīng)研究。

1 鎳在冶煉系統(tǒng)內(nèi)的走向及分配

在銅冶煉系統(tǒng)里，鎳的開路分三個(gè)方向：陽極板、煙塵、爐渣，其余含鎳的中間物料在銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)。爐渣中的鎳基本都是以氧化物形式存在，在目前的渣選礦工藝?yán)?，可以富集回收鎳的硫化物，難以富集回收鎳的氧化物，導(dǎo)致鎳流失嚴(yán)重，大量鎳進(jìn)入尾礦中，造成金屬鎳的損失。基于此類現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)一段時(shí)間內(nèi)鎳在冶煉系統(tǒng)內(nèi)各階段的走向及分配率，研究金屬鎳損失的具體情況，如圖1所示。

圖1 鎳在銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)的走向及分配

如圖1所示，明確了鎳在銅冶煉各工序的分配情況，鎳被爐渣帶走是鎳損失的主因，在熔煉工序7.92%的鎳進(jìn)入熔煉渣中，在吹煉工序35.57%的鎳進(jìn)入轉(zhuǎn)爐渣中，在精煉工序5.36%的鎳進(jìn)入精煉渣中，降低鎳的入渣率是提高鎳直收率的關(guān)鍵條件。如圖1的銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)，陽極板中鎳的直收率為54.41%。

2 提高鎳直收率的優(yōu)化探索

2.1 提高鎳在熔煉工序直收率的優(yōu)化探索

在熔煉階段，鎳的來源主要在外購冰銅、銅精礦中，原料中的鎳主要以氧化物、硫化物的形式存在。在高溫熔體中，鎳對硫的親和力大于鐵，鎳和FeS發(fā)生反應(yīng)：

由于FeS的存在，鎳很少被氧化為NiO，冰銅中的鎳基本以Ni3S2形式存在，少量進(jìn)入渣中。冰銅品位越高，渣量越大，被熔煉渣帶走的鎳就越多[1]。

根據(jù)熔煉階段鎳的損失與渣量大小成正比的特性，降低熱冰銅品位，控制熱冰銅品位在58%～60%以內(nèi)，以減少熔煉渣量的方法來減少鎳的損失。

2.2 提高鎳在吹煉工序直收率的優(yōu)化探索

在吹煉階段，對氧的親和力大小依次為鐵、鎳、銅，在造渣期，當(dāng)熔體中FeS由于造渣反應(yīng)生成鐵橄欖石進(jìn)入渣中后，Ni3S2開始緩慢氧化，氧化產(chǎn)物與熔劑反應(yīng)造渣[2]：

在造渣期，若造渣終點(diǎn)過吹，則產(chǎn)生NiO增加，進(jìn)入渣中的鎳增加。故在造渣期，造渣終點(diǎn)欠吹，保留部分FeS，能有效抑制Ni3S2被氧化為NiO進(jìn)入渣中。控制渣含硫在0.4%～0.6%以內(nèi)，以減少鎳進(jìn)入轉(zhuǎn)爐渣中。

在造銅期，部分Ni3S2發(fā)生反應(yīng)生成金屬鎳：

在造銅期，造銅終點(diǎn)粗銅含氧越高，Ni、Ni3S2被氧化為NiO進(jìn)入底渣中的量越大。故在造銅期，降低造銅期終點(diǎn)粗銅含氧，控制終點(diǎn)粗銅含氧在0.3%以下，以減少鎳被氧化進(jìn)入底渣中。

2.3 提高鎳在精煉工序直收率的優(yōu)化探索

在精煉過程中，粗銅中的鎳在氧化階段被氧化：

部分NiO與砷、銻的氧化物反應(yīng)生成鎳云母（6Cu2O·8NiO·2As2O5、6Cu2O·8NiO·2Sb2O5）溶于銅水中，故鎳在精煉階段損失的較少，但NiO增加會導(dǎo)致進(jìn)入陽極泥的金屬鎳增加[3]，不利于鎳的回收。

在精煉過程中，鎳的損失隨NiO產(chǎn)生的增加而增加。故在氧化期，縮短氧化時(shí)間，控制氧化終點(diǎn)銅水含硫在0.005%～0.008%以內(nèi)，減少鎳被氧化進(jìn)入精煉渣中。

在還原期，延長還原時(shí)間，控制陽極銅含氧在0.15%以下。同時(shí)通過降低銅水中的NiO的比例，來減少電解過程中鎳進(jìn)入陽極泥中。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 試驗(yàn)期間熔煉工序含鎳物料走向

由圖2可知，在降低熱冰銅品位后，金屬鎳的入渣率由7.92%降低至7.24%。

圖2 熔煉工序含鎳物料走向圖

3.2 試驗(yàn)期間吹煉工序含鎳物料走向

由圖3可知，在提高造渣期渣含硫后，金屬鎳的入渣率由35.57%降低至25.31%；同時(shí)在降低造銅期粗銅含氧后，在吹煉階段，熱粗銅中金屬鎳的直收率由60.34%提高至71.69%。

圖3 吹煉工序含鎳物料走向圖

3.3 試驗(yàn)期間精煉工序含鎳物料走向

由圖4可知，在縮短氧化時(shí)間，提高氧化終點(diǎn)銅水含硫后，精煉渣中攜帶的鎳由5.36%降低至2.54%；同時(shí)在延長還原時(shí)間，降低還原終點(diǎn)陽極銅含氧后，在精煉階段，陽極板中金屬鎳的直收率由93.76%提高至95.68%，且降低陽極板中NiO的比例。

圖4 精煉工序含鎳物料走向圖

綜上可知，吹煉階段的鎳回收率最低，是鎳損失的主要階段，熔煉渣和轉(zhuǎn)爐渣作為渣選礦原礦，其中轉(zhuǎn)爐渣含鎳量占渣含鎳總量（不包括精煉渣中的鎳）的84.49%。在精煉階段鎳損失的最少，且精煉渣是中間物料，在銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，所以精煉階段鎳損失極低。

在銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)實(shí)施相應(yīng)工藝優(yōu)化措施后，銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)，陽極板中金屬鎳的直收率為65.52%，較優(yōu)化前提高11.11%，試驗(yàn)取得顯著成效。

4 結(jié)論

通過對鎳在銅冶煉系統(tǒng)中走向分布規(guī)律的研究及對改進(jìn)措施的試驗(yàn)探索，得到如下結(jié)論：

（1）降低熱冰銅品位，控制熱冰銅品位在58%～60%以內(nèi)，可有效減少熔煉渣量，從而降低鎳在熔煉渣中的分配率；

（2）提高造渣期終點(diǎn)渣含硫，控制渣含硫在0.4%～0.6%以內(nèi)，可有效降低鎳在轉(zhuǎn)爐渣中的分配率；

（3）降低造銅期終點(diǎn)粗銅含氧，控制粗銅含氧在0.3%以下，可有效降低鎳在底渣中的分配率；

（4）縮短氧化時(shí)間，氧化終點(diǎn)銅水含硫在0.005%～0.008%以內(nèi)，可有效降低鎳在精煉渣中的分配率；

（5）延長還原時(shí)間，控制陽極銅含氧在0.15%以下，可降低陽極銅中的NiO的比例，進(jìn)而減少電解過程中鎳進(jìn)入陽極泥中。