有色冶金概論講鎳冶金二

2造锍熔煉

2.1造锍熔煉概述造锍熔煉是有色金屬冶煉中一個(gè)重要的冶金過(guò)程。尤其是銅、鎳、鈷等金屬的火法冶金，一般來(lái)說(shuō)，不能直接從精礦或焙砂中煉出金屬，而是需要通過(guò)一個(gè)造锍的中間過(guò)程。即將硫化物精礦、部分氧化焙燒的焙砂、返料及適量溶劑等物料，在一定溫度下（1200—1300℃）進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出兩種互不相溶的液相―熔锍和熔渣。這種熔煉過(guò)程稱為造锍熔煉。造锍熔煉的原理是基于主體金屬對(duì)硫的化學(xué)親和力大于其對(duì)氧的化學(xué)親和力，從而使金屬與硫或幾種金屬硫化物之間相互溶合為锍。造锍反應(yīng)的目的是將爐料中的待提取的有色金屬和貴金屬聚集于锍中。

2.1.1原料原礦和精礦都可以進(jìn)行造锍熔煉，但不同爐型進(jìn)行造锍熔煉時(shí)對(duì)物料的要求也不同，如：自然爐、鼓風(fēng)爐可以直接處理原礦，有的需要對(duì)原礦進(jìn)行加工處理，如：閃速爐、電爐。2.1.2產(chǎn)物造锍熔煉的產(chǎn)物為低鎳锍、爐渣、煙氣、煙塵等。2.2鎳锍熔煉的理論基礎(chǔ)

2.2.1主要礦物在熔煉過(guò)程中發(fā)生的主要反應(yīng):進(jìn)行造锍熔煉時(shí)，投入熔煉爐的爐料有銅鎳硫化礦和溶劑等，即：（Ni,Fe）9S8；Fe7S8；CuFeS2;FeS2；Fe3O4；MgO；CaO；Al2O3和SiO2等。這些物料在爐中發(fā)生一系列物理化學(xué)變化，最終形成煙氣和互不相溶的鎳锍和爐渣，其中主要的化學(xué)反應(yīng)如下：

A、高價(jià)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

這些反應(yīng)的結(jié)果，使得物料的組成簡(jiǎn)單化了，生成比較簡(jiǎn)單而穩(wěn)定的化合物。B、低價(jià)硫化物的氧化2FeS＋3O2=2FeO+2SO2Ni3S2+3O2=3NiO+2SO2

C、造锍反應(yīng)3FeS＋3NiO=Ni3S2+3FeO+0.5S2

D、造渣反應(yīng)

爐子中產(chǎn)生的FeO在SiO2存在的條件下，將按下列反應(yīng)形成爐渣：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煉過(guò)程中的行為

鎳精礦中除鎳元素外，還有少量的有價(jià)金屬。如銅，鈷及貴金屬等。另外還含有雜質(zhì)金屬，如鋅、鉛、砷、銻等。精礦中銅、鈷都以低價(jià)硫化物的形式進(jìn)入鎳锍。少部分被氧化成氧化物，這些氧化物在熔煉爐中與鐵的硫化物進(jìn)行交互反應(yīng)，生成硫化物，進(jìn)入鎳锍。因?yàn)橛羞@類反應(yīng)的存在，才得以將絕大部分的有價(jià)金屬回收到锍中，實(shí)現(xiàn)造锍熔煉的最終目的。其中：

銅：在1350℃的熔煉溫度下，有Cu2O+FeS=Cu2S+FeO鈷：CoO+FeS=CoS+FeO鋅：原料中總鋅量的50-80%以氧化物形態(tài)進(jìn)入爐渣，8-10%蒸發(fā)與爐氣一道從爐內(nèi)排出。其發(fā)生的反應(yīng)為：ZnS+3/2O2=ZnO+SO2ZnS+FeO=ZnO+FeSZnO+2SiO2=ZnO.2SiO2ZnO+SiO2=ZnO.SiO2

ZnO+ZnS=3Zn(g)+SO2

鉛：PbS氧化在FeS后，在Cu2S前。生成的PbO容易與SiO2造渣，PbS的揮發(fā)性很強(qiáng)，隨爐氣揮發(fā)的鉛達(dá)爐料總含鉛量的20%。在熔煉精礦時(shí)，則大部分鉛進(jìn)入鎳锍。砷和銻：砷和銻在爐料中以硫化物和氧化物的形態(tài)存在，硫化銻在焙砂和熔煉時(shí)的變化與方鉛礦相似，但更易揮發(fā)。金銀等貴金屬主要以金屬狀態(tài)溶入鎳锍。

實(shí)踐證明，經(jīng)造锍熔煉后有99%的金、銀、鉑等貴金屬進(jìn)入锍中50%以上的砷、銻、鋅等雜質(zhì)進(jìn)入渣中，60%以上的鉛、鉍、硒、碲等金屬以氧化物形式揮發(fā)除去。2.2.3鎳锍的組成及其性質(zhì)

熔煉硫化礦所得各種金屬的锍是很復(fù)雜的硫化物共熔體，但基本上是由金屬的低級(jí)硫化物所組成，其中富集了所提煉的金屬及貴金屬。例如鎳锍中主要是Ni3S2、FeS、Cu2S，它們所含鎳、鐵和硫的總和占鎳锍總量的80-90%。

2.2.4鎳在爐渣中的損失

A、化學(xué)損失B、物理?yè)p失C、機(jī)械損失A、化學(xué)損失

是指鎳以NiO.SiO2的形態(tài)造渣。在一般情況下，鎳以造渣形態(tài)損失是很小的，因?yàn)闋t料中有足夠數(shù)量的硫和硫化物存在時(shí)，形成鎳的氧化物的可能性很小。

B、物理?yè)p失

物理?yè)p失是指鎳以Ni3S2的形態(tài)溶解于渣中。

這種損失有時(shí)很大。正確地選擇爐渣成份是減少鎳的物理?yè)p失的主要措施。為了降低硫化物在爐渣中的溶解度，應(yīng)盡可能選擇酸度較大的爐渣。

C、機(jī)械損失

機(jī)械損失是指鎳以鎳锍小液珠的形態(tài)機(jī)械地混入爐渣。在正常熔煉的情況下，機(jī)械損失是鎳的最大損失。造成這種損失的主要原因是由于鎳锍很難與爐渣完全分離。其原因：a、爐渣的性質(zhì)不良。b、爐渣與鎳锍的澄清分離條件不良。c、操作不當(dāng)，d、鎳锍珠被SO2氣體漂起。2.3硫化鎳礦的造锍熔煉

硫化鎳礦的造锍熔煉分為閃速熔煉電爐熔煉2.3.1.1閃速熔煉概述

閃速熔煉是現(xiàn)代火法煉鎳比較先進(jìn)的技術(shù)，它克服了傳統(tǒng)方法未能充分利用粉狀精礦的巨大表面積和熔煉分階段進(jìn)行的缺點(diǎn)，從而，大大減少了能源消耗，提高了硫的利用率，改善了環(huán)境。

閃速熔煉是將經(jīng)過(guò)深度脫水（含水小于0.3%）的粉狀精礦，在噴嘴中與空氣或氧氣混合后，以高速度（60-70m/s）從反應(yīng)塔頂部噴入高溫（1450-1550℃）的反應(yīng)塔內(nèi)，此時(shí)精礦顆粒被氣體包圍，處于懸浮狀態(tài)，在2-3s內(nèi)就基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化過(guò)程。熔融硫化物和氧化物的混合熔體落下到反應(yīng)塔底部的沉淀池中匯集起來(lái)繼續(xù)完成锍與爐渣的形成過(guò)程，并進(jìn)行沉清分離。爐渣在貧化爐處理后再棄去。閃速熔煉的特點(diǎn)：焙燒與熔煉結(jié)合成一個(gè)過(guò)程，爐料與氣體密切接觸，在懸浮狀態(tài)下與氣體進(jìn)行傳熱和傳質(zhì)，F(xiàn)eS與Fe3O4、FeS與Cu2O(NiO)以及其它硫化物與氧化物的交互反應(yīng)主要在沉淀池中以液－液接觸的方式進(jìn)行。閃速熔煉在有兩種基敢本形式：礦從反應(yīng)塔頂涂垂直噴入爐內(nèi)的（糞芬蘭）奧鈔托昆普閃捎速爐，精礦從爐子端叛墻上的碰噴嘴水謠平噴入爐內(nèi)的（炮加拿大）屈閃速爐。閃速爐系練統(tǒng)閃速爐系租統(tǒng)包括物料制狡備閃速熔員煉轉(zhuǎn)爐吹煉框等主系統(tǒng)和氧氣皆制備供水、法供風(fēng)、扁供電、啟供油、爐渣貧化駐和配料系國(guó)統(tǒng)等。處理的押主要原由料是選咬礦低鎂撒高硫銅魚鎳精礦閃速爐嫌產(chǎn)生的管煙氣S妻O2濃度8～戲12%經(jīng)材余熱鍋爐岔、電收塵枝后制酸。閃速熔封煉的工討藝流程閃速爐乳的構(gòu)造反應(yīng)塔沉淀池上升煙兵道貧化區(qū)2.3.劍1.2仇生產(chǎn)含實(shí)踐閃速爐懇的入爐刷物料一般有干精礦粉狀溶召劑粉煤混合煙灰門等。銅鎳精礦告的礦物組宋成：（Ni,亡Fe）9S8，CuF勝eS2，F(xiàn)e7S8，F(xiàn)e3O4，F(xiàn)e舟S2，MgO，類SiO2，Ca季O等。其中鐵秀的硫化蹄物的質(zhì)淡量分?jǐn)?shù)趁占55胃～85露%各元素質(zhì)跑量百分含增量：Ni：7%Cu：麗4托%Co：勁0.1就8%Fe：醬41宜%S：2左7%裁CaO翼：1碑%M曉gO：轎6.5%蘇S魂iO2：良6.5帖%1、物料生制備1）．掏物料干虜燥2）．駐物料細(xì)饅磨1）物料害干燥精礦必須干紅燥至含水份低于背0.3%，當(dāng)超臺(tái)過(guò)0.棚5%時(shí)幫，易使獸精礦在禮進(jìn)入反篇應(yīng)塔高磁溫氣氛騾中由于拼水分的比迅速汽賞化，而援被水汽膜所法包圍，以俱致阻礙反透應(yīng)的迅速南進(jìn)行，就有可樣能造成生料落入科沉淀池。金川是叛將含水分烈8%-1公0%的硫夏化銅鎳精迫礦經(jīng)短窯螞（設(shè)粉煤餡燃燒室）屢、鼠籠打級(jí)散機(jī)和氣沃流管三段蠅低溫氣流吹快速干燥寶，得到含悔水份小于埋0.3%鐘的干精礦聲。2）．屬物料細(xì)憂磨入爐精礦粒度小于儲(chǔ)－200肢目的要大腰于80%。因?yàn)榱ｐ^度細(xì)，比滿表面積大隨，與氣體盾接觸面大線，傳熱、海傳質(zhì)速度請(qǐng)快。此外貴，石英砂號(hào)、煤粉等詢也要經(jīng)過(guò)朵處理。去上除水分和毯磨細(xì)。2、閃速港熔煉A.反白應(yīng)塔內(nèi)雕反應(yīng)B沉宇淀池內(nèi)呈反應(yīng)C貧盜化區(qū)內(nèi)播反應(yīng)A.反案應(yīng)塔內(nèi)熊的反應(yīng)a奧高價(jià)硫薄化物分坊解b低活價(jià)硫化物裹氧化同時(shí)在反要應(yīng)塔內(nèi)完歡成。將焙燒和游熔煉合剛二為一，煙氣SO2濃度高，易于回帆收制酸，糧環(huán)保。a、高表價(jià)硫化滴物在反零應(yīng)塔內(nèi)致分解（Ni，續(xù)Fe）9S8=2N傲i3S2+3Fe鼓S+1/侍2S22Cu加FeS2=Cu2S+2嘗FeS律+1/事2S2Fe7S8=7Fe的S+1/繪2S2FeS2=Fe扔S+1誓/2S2b、硫污化物在彼反應(yīng)塔此內(nèi)的氧窗化（1）好鐵的硫楊化物的偉氧化（2）銅的硫勢(shì)化物的哲氧化（3）鎳曠的硫化物（4）鈷逮的硫化物（1）近鐵的硫跌化物的串氧化在領(lǐng)反應(yīng)塔加內(nèi)可依巨下例反詢應(yīng)直接匙氧化2FeS2+7O2=Fe2O3+4SO23FeS2+8O2=Fe3O4+6S底O210F眠e2O3+Fe減S=7蝦Fe3O4+SO216Fe2O3+FeS2=11F改e3O4+2SO22/3F友eS+腳O2=2/引3FeO準(zhǔn)+2/嬸3SO2（2）耐銅的硫漁化物的滴氧化銅的硫化叢物——黃銅銅礦（C協(xié)uFeS2）在反梳應(yīng)塔內(nèi)嘩除進(jìn)行栗裂解外耀，部分盯還發(fā)生莖如下反古應(yīng)：2Cu浙FeS2+1嗚/2O2=Cu2S+F鋼eS甘+2速SO2+F布eO2/3綱Cu2S+困O2=2/隱3Cu2O+2/贊3SO2（3）躲鎳的硫枯化物(愚Ni.鋸Fe)9S8除離解輩反應(yīng)外茅,也有少量的(循Ni3S2)被氧掏化進(jìn)入亭渣中2/7鄉(xiāng)豐Ni3S2（l擱）+O2=6/7喜NiO（S）+4/7板SO2反應(yīng)塔矛中的鎳帝約有5曾～7%叼以Ni吸O進(jìn)入形沉淀池懂中,故券沉淀池倒中渣含飼鎳0.彎8～1恒.2%(4)宣鈷的擱硫化物今Co3S4在反應(yīng)塔福高溫和強(qiáng)灣氧化氣氛美中有30庭～40%壟的鈷被氧辛化為Co談O進(jìn)入渣匪中。2Co3S4+11新O2=6C奪oO+威8SO2B撒沉雖淀池內(nèi)廣反應(yīng)各種硫化艇物與氧化說(shuō)物間造渣術(shù)反應(yīng)和造懲锍反應(yīng)主顏要在沉淀活池中以液－液乳接觸的方式搞進(jìn)行。（1）透造渣反晶應(yīng)（2）造葬锍反應(yīng)（1）翁造渣反憲應(yīng)：鐵（F欣eS、返FeO距和Fe3O4）脈石（垃MgC蓬a(C棄O3)2）進(jìn)入沉淀豆池內(nèi)的鐵揭有FeS霸、FeO享和Fe3O4其中F掉eS在余沉淀池弄內(nèi)繼續(xù)免氧化，塊以Fe海O形式些與加入課的石英傍砂造渣門。反應(yīng)但如下：2Fe抖S＋3狠O2=2達(dá)Fe誕O+2殲SO22Fe鋒O+S婦iO2=2F墻eO俊SiO2銅鎳精摩礦中脈刺石，主總要是M汗gCa茅(CO3)2，在反貢應(yīng)塔分票解為M原gO映、C驚aO，肥在沉淀?yè)涑卦煸?MgO紀(jì)+沈SiO2=M識(shí)gO.暑SiO2CaO敏+強(qiáng)SiO2=C新aO.抗SiO2渣含M還gO維，要求墓不超過(guò)燭7%的社，每增泊長(zhǎng)1%撤渣溫度鋒要提高永9～1宮0℃，吩超過(guò)8像%每增虛長(zhǎng)1%木,渣溫艱就要提飼高35荷～40宅℃。（2）造邀锍反應(yīng)：2Fe厲S（l）+2螺NiO（S）=2/3鄭Ni3S2（l）+2垃F(xiàn)eO（l）+1尼/3S2FeS（l）+C持u2O（l）=Cu2S+吳FeO（l）FeS（l）+Co園O（s）=Co秒S（l）+F宴eO（l）在反應(yīng)貸塔及沉輸降池內(nèi)撿反應(yīng)生濁成的Ni3S2、Cu2S、Co哲S和Fe單S相互溶魚解生成銅閥鎳锍，干其中也唉溶解有懷貴金屬擺、金屬刮以及F倚e3O4C貧領(lǐng)化區(qū)內(nèi)反祖應(yīng)貧化區(qū)療的作用熱是使渣中斥的有價(jià)金益屬（氧化物抗形式存在唱）更多地真還原、沉性集在鎳锍繭中，以提投高金屬回收率。同時(shí)處理一伐部分含貪有價(jià)金穴屬的冷牧料。方法即酷為用兩弊個(gè)電極價(jià)加熱，提高爐乎渣溫度，插入干釣?zāi)景?，使金屬氧化炒物還原為訪金屬，進(jìn)黎入鎳锍中。2.3.蝴2載電爐熔煉2.3蹤蝶.2.濟(jì)1電爐抬熔煉概深述電爐按斑電能轉(zhuǎn)滅換為熱皂能的方號(hào)式不同脖，可分證為：電斜阻爐、鈔電弧爐室、感應(yīng)盯爐、復(fù)北合式電茄爐（這襯種爐即省有電阻會(huì)爐的性鄉(xiāng)豐能，又敢有電弧陪爐的特免點(diǎn)）。銅鎳冶金幼中所用的明電爐屬于工復(fù)合式電竊爐，因這選種電爐多畏用于熔煉雞礦石和精紐奉礦，故又梅稱為：礦纏熱電爐。電爐熔煉休的優(yōu)點(diǎn)A、熔少池溫度趨易于調(diào)斤節(jié)，并豎能獲得銳較高的集溫度，示可處理袋含難熔鴉物較多仆的物料晌，爐渣供易于過(guò)下熱，有眠利于四電氧化三闊鐵的還蜘原，渣震含有價(jià)狹金屬較銜低。B、爐氣框量較小，俯含塵較低理。完善的逆電爐密封敘，可提高待煙氣二氧蒜化硫濃度只，并可加粥以利用。墓C、對(duì)物危料的質(zhì)量碼適應(yīng)范圍揪大，可以筋處理一些壩雜料、返姨料。D、容易炎控制，便拔于操作，司易于實(shí)現(xiàn)室機(jī)械化和駝自動(dòng)化。E、爐趟氣溫度愈低，熱陽(yáng)利用率交達(dá)45陳—60趕%，爐霞頂及部厲分爐墻杜可以用裝廉價(jià)的瞎耐火粘暢土磚砌勺筑。電爐熔妻煉缺點(diǎn)A、電能堅(jiān)消耗大，泄電費(fèi)較高河時(shí)，加工買費(fèi)高。B、對(duì)述爐料含拔水分要齡求嚴(yán)格待（不高果于3%哥）。C、脫筐硫率低董（16日—20藏%），顆處理含獨(dú)硫高的鋤物料時(shí)步，應(yīng)在插熔煉前況采取必高要的脫緣瑞硫措施診。熔煉產(chǎn)物電爐熔繼煉硫化拼銅鎳精汪礦時(shí)，索其產(chǎn)品暮有低鎳锍：冶煉的卻中間產(chǎn)坑品，低抱鎳锍主鞋要由硫?；嚕ú鐽i3S2）、硫吩化銅（柏Cu2S）、硫權(quán)化鐵（搭FeS）役所組成，匙此外低冰衣鎳中還有蔽一部分硫觸化鈷、貴廁金屬和一楚些游離金廈屬及合金縱。在低鎳他锍中還溶墳解有少量截磁性氧化禁鐵。要送翠至轉(zhuǎn)爐工界序進(jìn)一步蘿富集。爐渣匹：含貴金炊屬很低而顯廢棄煙織氣：煙終氣經(jīng)收塵廟、制酸后狗排入大氣煙擦塵拌：收祥得的煙化塵則返鍛回電爐貿(mào)熔煉。爐渣的遷成分電爐熔毯煉產(chǎn)出雅的爐渣赴主要由稼以下五挽個(gè)主要域成份構(gòu)輛成：SiO2、Fe置O、MgO、衰Al2O3和Ca耍O，它腫們的總睬和約占幅總量的唱97—仰98%陜。此外還騾含有少鍋量Fe3O4，鐵酸鹽扔以及金屬鉤的氧化物倘和硫化物捐。渣含金屬選量渣含金領(lǐng)屬量取決于渣和低濃鎳锍的勿性質(zhì)渣溫操作技頸術(shù)水平根據(jù)各廠紙的實(shí)際情單況，通常跟為：Ni、異0.0勝7—0偽.25戲%，C頁(yè)u：0敏.05亂—0.疫10%棚，Co雖：0.把025崇—0.方1%。爐渣成份身對(duì)爐渣性埋質(zhì)及金屬勾損失的影學(xué)響1、SiO2：渣中含S國(guó)iO2通常波動(dòng)創(chuàng)于38—嘉45%的敬范圍內(nèi)。毯在相同溫珍度下，隨淚SiO2含量增啄高，爐掠渣導(dǎo)電持性下降宿，粘度模升高同犬時(shí)熱熔危量增大款，爐料萄熔化的渠耗電量霞增加；游隨著S拼iO2含量增高敢，Ni3S2、Cu2S和C稍oS在僵爐渣中身溶解度促下降，求但粘度魂增加，號(hào)也加大銀了機(jī)械滾夾雜損康失。因申此，在晝電爐熔捐煉中，顆為降低慣金屬損爬失，爐轎渣中S公iO2含量控忍制在3不8—4租1%比殃較合適城。2、FeO熄：氧化亞鐵旨能大大改童變爐渣性功質(zhì)，尤其桃是導(dǎo)電性休。隨著F腰eO含量唯增高，爐逼渣的導(dǎo)電肢性升高，巡壽熔點(diǎn)降低字（高鐵渣叉流動(dòng)性好妻），但是癢比重大，侵低鎳锍和魯爐渣界面眠上的表面打張力降低廈，低鎳锍丸與爐渣分累離條件惡邁化，導(dǎo)致也金屬損失鑰增加。此頓外，高鐵連渣能很好芹地溶解硫伶化物，同吧樣會(huì)增加屑金屬損失犁。在熔煉室過(guò)程中，閥渣中氧化便亞鐵的最搜佳含量為忘25—3滲2%。3、MgO絕：渣含M元gO高驕，是硫棋化銅鎳在礦電爐枯熔煉的是一個(gè)特譜點(diǎn)。當(dāng)餐渣含M億gO低忽于10叔%時(shí)，墨對(duì)爐渣墨性質(zhì)無(wú)晚很大影型響。隨將著Mg蠟O含量曠增高超火過(guò)14雕%時(shí)，許爐渣熔冤點(diǎn)迅速黎上升，冊(cè)粘度增牢大，單覆位電耗蠅增大。促爐渣中積含Mg午O高于逗22%先時(shí)，爐疼渣導(dǎo)電舍率增大逃。隨著南MgO訊升高和略FeO印下降，蔥渣中含補(bǔ)有價(jià)金丹屬降低弓。電爐泰熔煉的病爐渣中貧氧化鎂野的最佳笨含量為園10—些12％追。4、CaO為：電爐渣帆含氧化嘉鈣不高壺，一般抹為3—逆8%，倍這種含瞞量對(duì)爐夸渣的性減質(zhì)不產(chǎn)繪生重大沃影響。挑隨著C悅aO含噸量增高搖到18率%，爐零渣導(dǎo)電握增大1跌—2倍洽，渣比股重和粘縮慧度降低卻，硫化婆物（特旱別是C