有色冶金概论讲镍冶金二

2造锍熔炼

2.1造锍熔炼概述造锍熔炼是有色金属冶炼中一个重要的冶金过程。尤其是铜、镍、钴等金属的火法冶金，一般来说，不能直接从精矿或焙砂中炼出金属，而是需要通过一个造锍的中间过程。即将硫化物精矿、部分氧化焙烧的焙砂、返料及适量溶剂等物料，在一定温度下（1200—1300℃）进行熔炼，产出两种互不相溶的液相―熔锍和熔渣。这种熔炼过程称为造锍熔炼。造锍熔炼的原理是基于主体金属对硫的化学亲和力大于其对氧的化学亲和力，从而使金属与硫或几种金属硫化物之间相互溶合为锍。造锍反应的目的是将炉料中的待提取的有色金属和贵金属聚集于锍中。

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。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：

A、高价硫化物的分解Fe7S8＝7FeS+1/2S2

2CuFeS2=Cu2S+2FeS+S2

3(FeNi)S2=3FeS+Ni3S2+S2

（Ni,Fe）9S8＝2Ni3S2+3FeS+S2FeS2＝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=2FeO+2SO2Ni3S2+3O2=3NiO+2SO2

C、造锍反应3FeS＋3NiO=Ni3S2+3FeO+0.5S2

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.SiO2MgO＋SiO2=MgO.SiO2

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。其中：

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+SO2ZnS+FeO=ZnO+FeSZnO+2SiO2=ZnO.2SiO2ZnO+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。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镍镍锍锍的的组组成成及及其其性性质质熔炼炼硫硫化化矿矿所所得得各各种种金金属属的的锍是是很很复复杂杂的的硫硫化化物物共共熔熔体体，但但基基本本上上是是由由金金属属的的低级级硫硫化化物物所组组成成，，其其中中富富集集了了所所提提炼炼的的金金属属及及贵贵金金属属。。例例如如镍镍锍锍中中主主要要是是Ni3S2、FeS、、Cu2S，，它它们们所所含含镍镍、、铁铁和和硫硫的的总总和和占占镍镍锍锍总总量量的的80-90%。。2.2.4镍镍在在炉炉渣渣中中的的损损失失A、、化化学学损损失失B、、物物理理损损失失C、、机机械械损损失失A、、化化学学损损失失是指指镍镍以以NiO.SiO2的形形态态造渣渣。在在一一般般情情况况下下，，镍镍以以造造渣渣形形态态损损失失是是很小小的，，因为为炉料料中中有有足足够够数数量量的的硫硫和和硫硫化化物物存存在在时时，，形形成成镍镍的的氧氧化化物物的的可可能能性性很很小小。。B、、物物理理损损失失物理理损损失失是是指指镍镍以以Ni3S2的形形态态溶溶解解于于渣渣中。。这种种损损失失有时时很很大大。正确确地地选选择择炉炉渣渣成成份份是减少少镍的的物物理理损损失失的的主主要要措措施施。。为为了了降降低低硫硫化化物物在在炉炉渣渣中中的的溶溶解解度度，，应应尽尽可可能能选择择酸酸度度较较大大的的炉炉渣渣。C、、机机械械损损失失机械械损损失失是是指指镍镍以以镍镍锍锍小小液液珠珠的的形形态态机机械械地地混混入入炉炉渣渣。。在在正正常常熔熔炼炼的的情情况况下下，，机机械械损损失失是是镍镍的的最最大大损损失失。。造造成成这这种种损损失失的的主主要要原原因因是是由由于于镍镍锍锍很很难难与与炉炉渣渣完完全全分分离离。。其其原原因因：：a、、炉炉渣渣的的性性质质不不良良。。b、、炉炉渣渣与与镍镍锍锍的的澄澄清清分分离离条条件件不不良良。。c、、操操作作不不当当，，d、、镍镍锍锍珠珠被被SO2气体体漂漂起起。。2.3硫硫化化镍镍矿矿的的造造锍锍熔熔炼炼硫化化镍镍矿矿的的造造锍锍熔熔炼炼分分为为闪速速熔熔炼炼电炉炉熔熔炼炼2.3.1.1闪闪速速熔熔炼炼概概述述闪速速熔熔炼炼是是现现代代火火法法炼炼镍镍比比较较先先进进的的技技术术，，它它克克服服了了传传统统方方法法未未能能充充分分利利用用粉粉状状精精矿矿的的巨巨大大表表面面积积和和熔熔炼炼分分阶阶段段进进行行的的缺缺点点，，从从而而，，大大大大减减少少了了能能源源消消耗耗，，提提高高了了硫硫的的利利用用率率，，改改善善了了环环境境。。闪速速熔熔炼炼是是将将经经过过深深度度脱脱水水（（含含水水小小于于0.3%））的的粉粉状状精精矿矿，，在在喷喷嘴嘴中中与与空空气气或或氧氧气气混混合合后后，，以以高高速速度度（（60-70m/s））从从反反应应塔塔顶顶部部喷喷入入高高温温（（1450-1550℃℃））的的反反应应塔塔内内，，此此时时精精矿矿颗颗粒粒被被气气体体包包围围，，处处于于悬悬浮浮状状态态，，在在2-3s内内就就基基本本上上完完成成了了硫硫化化物物的的分分解解、、氧氧化化和和熔熔化化过过程程。。熔熔融融硫硫化化物物和和氧氧化化物物的的混混合合熔熔体体落落下下到到反反应应塔塔底底部部的的沉沉淀淀池池中中汇汇集集起起来来继继续续完完成成锍锍与与炉炉渣渣的的形形成成过过程程，，并并进进行行沉沉清清分分离离。。炉炉渣渣在在贫贫化化炉炉处处理理后后再再弃弃去去。。闪速速熔熔炼炼的的特特点点：：焙烧烧与与熔熔炼炼结结合合成成一一个个过过程程，炉料料与与气气体体密密切切接接触触，在在悬悬浮浮状状态态下下与与气气体体进进行行传传热热和和传传质质，，FeS与与Fe3O4、FeS与与Cu2O(NiO)以以及及其其它它硫化化物物与与氧氧化化物物的的交交互互反反应应主要要在沉沉淀淀池池中中以以液液－－液液接接触触的方方式式进进行行。。闪速速熔熔炼炼有有两两种种基基本本形形式式：：矿从从反应应塔塔顶顶垂垂直直喷喷入入炉内内的的（（芬芬兰兰））奥奥托托昆昆普普闪闪速速炉炉，，精矿矿从从炉子子端端墙墙上上的的喷喷嘴嘴水水平平喷喷入入炉内内的的（（加加拿拿大大））闪闪速速炉炉。。闪速速炉炉系系统统闪速速炉炉系系统统包包括括物料料制制备备闪速速熔熔炼炼转炉炉吹吹炼炼等等主主系系统统和氧氧气气制制备备供水水、、供供风风、、供供电电、、供供油油、、炉渣渣贫贫化化和和配配料料系系统统等等。。处理的的主要要原料料是选选矿低低镁高高硫铜铜镍精精矿闪速炉炉产生生的烟烟气SO2浓度8～12%经余余热锅锅炉、、电收收尘后后制酸酸。闪速熔熔炼的的工艺艺流程程闪速炉炉的构构造反应塔塔沉淀池池上升烟烟道贫化区区2.3.1.2生生产实实践闪速炉炉的入入炉物物料一般有有干精矿矿粉状溶溶剂粉煤混合烟烟灰等等。铜镍精精矿的的矿物物组成成：（Ni,Fe））9S8，CuFeS2，Fe7S8，Fe3O4，FeS2，MgO，SiO2，CaO等等。其中铁铁的硫硫化物物的质质量分分数占占55～85%各元素素质量量百分分含量量：Ni：：7%Cu：：4%Co：：0.18%Fe：：41%S：：27%CaO：：1%MgO：：6.5%SiO2：6.5%1、物物料制制备1）．．物料料干燥燥2）．．物料料细磨磨1）物物料干干燥精精矿必须干干燥至至含水份低低于0.3%，当超超过0.5%时时，易易使精精矿在在进入入反应应塔高高温气气氛中中由于于水分分的迅迅速汽汽化，，而被被水汽膜膜所包包围，，以致致阻碍碍反应应的迅迅速进进行，就有有可能能造成成生料落落入沉沉淀池池。金川川是将将含水水分8%-10%的的硫化化铜镍镍精矿矿经短短窑（（设粉粉煤燃燃烧室室）、、鼠笼笼打散散机和和气流流管三三段低低温气气流快快速干干燥，，得到到含水水份小小于0.3%的的干精精矿。。2）．．物料料细磨磨入炉精精矿粒度小小于－－200目目的要要大于于80%。因为为粒度度细，，比表表面积积大，，与气气体接接触面面大，，传热热、传传质速速度快快。此此外，，石英英砂、、煤粉粉等也也要经经过处处理。。去除除水分分和磨磨细。。2、闪闪速熔熔炼A.反反应塔塔内反反应B沉沉淀池池内反反应C贫贫化区区内反反应A.反反应塔塔内的的反应应a高高价价硫化化物分分解b低低价价硫化化物氧氧化同时在在反应应塔内内完成成。将焙烧和和熔炼炼合二二为一一，烟气气SO2浓度高高，易于于回收收制酸酸，环环保。。a、高高价硫硫化物物在反反应塔塔内分分解（Ni，Fe））9S8=2Ni3S2+3FeS+1/2S22CuFeS2=Cu2S+2FeS+1/2S2Fe7S8=7FeS+1/2S2FeS2=FeS+1/2S2b、硫硫化物物在反反应塔塔内的的氧化化（1））铁的的硫化化物的的氧化化（2））铜的硫硫化物物的氧氧化（3））镍的的硫化化物（4））钴的的硫化化物（1））铁的的硫化化物的的氧化化在反反应塔塔内可可依下下例反反应直直接氧氧化2FeS2+7O2=Fe2O3+4SO23FeS2+8O2=Fe3O4+6SO210Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO216Fe2O3+FeS2=11Fe3O4+2SO22/3FeS+O2=2/3FeO+2/3SO2（2））铜的的硫化化物的的氧化化铜的硫硫化物物———黄铜铜矿（（CuFeS2）在反反应塔塔内除除进行行裂解解外，，部分分还发发生如如下反反应：：2CuFeS2+1/2O2=Cu2S+FeS+2SO2+FeO2/3Cu2S+O2=2/3Cu2O+2/3SO2（3））镍镍的的硫硫化化物物(Ni.Fe)9S8除离离解解反反应应外外,也也有有少量量的的(Ni3S2)被被氧氧化化进进入入渣渣中中2/7Ni3S2（（l））+O2=6/7NiO（S））+4/7SO2反应应塔塔中中的的镍镍约约有有5～～7%以以NiO进进入入沉沉淀淀池池中中,故故沉沉淀淀池池中中渣渣含含镍镍0.8～～1.2%(4)钴钴的的硫硫化化物物Co3S4在反反应应塔塔高高温温和和强强氧氧化化气气氛氛中中有有30～～40%的的钴钴被被氧氧化化为为CoO进进入入渣渣中中。。2Co3S4+11O2=6CoO+8SO2B沉沉淀淀池池内内反反应应各种种硫硫化化物物与与氧氧化化物物间间造造渣渣反反应应和和造造锍锍反反应应主主要要在在沉沉淀淀池池中中以以液－－液液接接触触的方方式式进进行行。。（1））造造渣渣反反应应（2））造造锍锍反反应应（1））造造渣渣反反应应：：铁（（FeS、、FeO和和Fe3O4）脉石石（（MgCa(CO3)2）进入入沉沉淀淀池池内内的的铁铁有有FeS、、FeO和和Fe3O4其中中FeS在在沉沉淀淀池池内内继继续续氧氧化化，，以以FeO形形式式与与加加入入的的石石英英砂砂造造渣渣。。反反应应如如下下：：2FeS＋＋3O2=2FeO+2SO22FeO+SiO2=2FeOSiO2铜镍镍精精矿矿中中脉脉石石，，主主要要是是MgCa(CO3)2，在在反反应应塔塔分分解解为为MgO、、CaO，，在在沉沉淀淀池池造造渣渣;MgO+SiO2=MgO.SiO2CaO+SiO2=CaO.SiO2渣含含MgO，，要要求求不不超超过过7%的的，，每每增增长长1%渣渣温温度度要要提提高高9～～10℃℃，，超超过过8%每每增增长长1%,渣渣温温就就要要提提高高35～～40℃℃。。（2））造造锍锍反反应应：：2FeS（l））+2NiO（S））=2/3Ni3S2（（l））+2FeO（l））+1/3S2FeS（l））+Cu2O（l））=Cu2S+FeO（l））FeS（l））+CoO（s））=CoS（l））+FeO（l））在反反应应塔塔及及沉沉降降池池内内反反应应生生成成的的Ni3S2、、Cu2S、、CoS和和FeS相相互互溶溶解解生成成铜铜镍镍锍锍，，其其中中也也溶溶解解有有贵贵金金属属、、金金属属以以及及Fe3O4C贫贫化化区区内内反反应应贫化化区区的的作作用用是是使渣渣中中的的有价价金金属属（氧氧化化物物形形式式存存在在））更更多多地地还还原原、、沉沉集集在在镍镍锍锍中中，，以以提提高高金金属属回收收率率。同时时处理理一一部部分分含含有有价价金金属属的的冷冷料料。方法法即即为为用用两两个个电电极极加加热热，，提高高炉炉渣渣温温度度，插入入干干木木棒棒，使使金属属氧氧化化物物还还原原为为金金属属，，进进入入镍镍锍锍中。。2.3.2电电炉炉熔熔炼炼2.3.2.1电电炉炉熔熔炼炼概概述述电炉炉按按电电能能转转换换为为热热能能的的方方式式不不同同，，可可分分为为：：电电阻阻炉炉、、电电弧弧炉炉、、感感应应炉炉、、复复合合式式电电炉炉（（这这种种炉炉即即有有电电阻阻炉炉的的性性能能，，又又有有电电弧弧炉炉的的特特点点））。。铜镍镍冶冶金金中中所所用用的的电电炉炉属属于于复复合合式式电电炉炉，，因因这这种种电电炉炉多多用用于于熔熔炼炼矿矿石石和和精精矿矿，，故故又又称称为为：：矿矿热热电电炉炉。。电炉炉熔熔炼炼的的优优点点A、、熔熔池池温温度度易易于于调调节节，，并并能能获获得得较较高高的的温温度度，，可可处处理理含含难难熔熔物物较较多多的的物物料料，，炉炉渣渣易易于于过过热热，，有有利利于于四四氧氧化化三三铁铁的的还还原原，，渣渣含含有有价价金金属属较较低低。。B、、炉炉气气量量较较小小，，含含尘尘较较低低。。完完善善的的电电炉炉密密封封，，可可提提高高烟烟气气二二氧氧化化硫硫浓浓度度，，并并可可加加以以利利用用。。C、、对对物物料料的的质质量量适适应应范范围围大大，，可可以以处处理理一一些些杂杂料料、、返返料料。。D、、容容易易控控制制，，便便于于操操作作，，易易于于实实现现机机械械化化和和自自动动化化。。E、、炉炉气气温温度度低低，，热热利利用用率率达达45——60%，，炉炉顶顶及及部部分分炉炉墙墙可可以以用用廉廉价价的的耐耐火火粘粘土土砖砖砌砌筑筑。。电炉炉熔熔炼炼缺缺点点A、、电电能能消消耗耗大大，，电电费费较较高高时时，，加加工工费费高高。。B、、对对炉炉料料含含水水分分要要求求严严格格（（不不高高于于3%））。。C、、脱脱硫硫率率低低（（16——20%）），，处处理理含含硫硫高高的的物物料料时时，，应应在在熔熔炼炼前前采采取取必必要要的的脱脱硫硫措措施施。。熔炼炼产产物物电炉炉熔熔炼炼硫硫化化铜铜镍镍精精矿矿时时，，其其产产品品有有低镍镍锍锍：：冶炼炼的的中中间间产产品品，，低低镍镍锍锍主主要要由由硫硫化化镍镍（（Ni3S2）、、硫硫化化铜铜（（Cu2S））、、硫硫化化铁铁（（FeS））所所组组成成，，此此外外低低冰冰镍镍中中还还有有一一部部分分硫硫化化钴钴、、贵贵金金属属和和一一些些游游离离金金属属及及合合金金。。在在低低镍镍锍锍中中还还溶溶解解有有少少量量磁磁性性氧氧化化铁铁。。要要送送至至转转炉炉工工序序进进一一步步富富集集。。炉渣渣：：含含贵贵金金属属很很低低而而废废弃弃烟气气：：烟烟气气经经收收尘尘、、制制酸酸后后排排入入大大气气烟尘尘：：收收得得的的烟烟尘尘则则返返回回电电炉炉熔熔炼炼。。炉渣渣的的成成分分电炉炉熔熔炼炼产产出出的的炉炉渣渣主主要要由由以以下下五五个个主主要要成成份份构构成成：：SiO2、FeO、MgO、、Al2O3和CaO，，它它们们的的总总和和约约占占总总量量的的97——98%。。此外外还还含含有有少少量量Fe3O4，铁铁酸酸盐盐以以及及金金属属的的氧氧化化物物和和硫硫化化物物。。渣含含金金属属量量渣含含金金属属量量取决决于于渣和和低低镍镍锍锍的的性性质质渣温温操作作技技术术水水平平根据据各各厂厂的的实实际际情情况况，，通通常常为为：：Ni、、0.07——0.25%，，Cu：：0.05——0.10%，，Co：：0.025——0.1%。。炉渣成份对对炉渣性质质及金属损损失的影响响1、SiO2：渣中含SiO2通常波动于于38—45%的范范围内。在在相同温度度下，随SiO2含量增高，，炉渣导电电性下降，，粘度升高高同时热熔熔量增大，，炉料熔化化的耗电量量增加；随随着SiO2含量增高，，Ni3S2、Cu2S和CoS在炉渣中中溶解度下下降，但粘粘度增加，，也加大了了机械夹杂杂损失。因因此，在电电炉熔炼中中，为降低低金属损失失，炉渣中中SiO2含量控制在在38—41%比较较合适。2、FeO：氧化亚铁能能大大改变变炉渣性质质，尤其是是导电性。。随着FeO含量增增高，炉渣渣的导电性性升高，熔熔点降低（（高铁渣流流动性好）），但是比比重大，低低镍锍和炉炉渣界面上上的表面张张力降低，，低镍锍与与炉渣分离离条件恶化化，导致金金属损失增增加。此外外，高铁渣渣能很