CN102140585A - 一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，属于有色金属冶金领域，一般的火法冶金炉高温熔炼都需要耐火内衬，而此项技术在奥炉熔池面以上不使用耐火内衬，直接采用铜水套挂渣操作技术进行镍精矿的熔炼，普通的火法熔炼炉需要在铜水套外部衬有耐火砖，铜水套起到冷却耐火砖，延长耐火砖使用寿命的目的；而本发明在熔池冰镍面以下有耐火砖，在冰镍面以上不需要使用耐火砖，大大降低熔炼炉的生产成本，有非常可观的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于有色金属冶金领域，特别涉及一种利用奥斯麦特喷枪顶吹浸没熔炼炉熔炼镍精矿的火法冶金生产方法。
背景技术
顶吹浸没熔炼法属于熔池熔炼范畴，该技术分属澳大利亚Ausmelt和MIM公司，分别以Ausmelt和ISA法名称转让。已广泛用于铜、锡、铅、钢铁等领域。近10年来发展较快。我国目前引进顶吹浸没熔炼技术的3家冶炼厂，其中中条山冶炼厂和金昌冶炼厂采用Ausmelt技术，云南铜业公司采用ISA技术，均已建成投产，均熔炼铜精矿。本专利采用的是Ausmelt技术熔炼镍精矿。
顶吹浸没熔炼法技术，主体设备是立式固定圆筒形熔炼炉，内衬耐火砖，熔池温度在1300℃左右。冶炼工艺所需的空气、氧气、粉煤通过喷枪喷入熔池，在喷枪头部喷出的高速气流作用下。熔池处于强烈搅动状态。物料迅速熔化和反应。精矿、熔剂、返料等从炉顶加料口加入。熔炼产物低冰镍和炉渣放入沉降电炉中进行分离，熔渣经水淬后成为水淬渣出售，低镍锍送转炉吹炼炼生产高镍锍产品。
采用奥斯麦特熔炼技术无论是熔炼镍精矿还是铜精矿，都需要在奥炉铜水套表面衬有耐火砖，奥斯麦特熔炼炉安装铜水套的目的是为了保护耐火砖的使用寿命。单独采用铜水套挂渣操作在奥斯麦特吹炼炉有先例，但是在奥斯麦特熔炼炉中还没有，吉镍项目首次在奥炉中使用铜水套挂渣操作生产进行熔炼镍精矿。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种生产工艺简便、生产成本低，利用奥斯麦特喷枪顶吹浸没熔炼炉熔炼镍精矿的火法冶金生产方法。
一种利用熔炼炉铜水套挂渣操作的火法冶金方法，其特征在于一般的火法冶金炉高温熔炼都需要耐火内衬，而此项技术在奥炉熔池面以上不使用耐火内衬，直接采用铜水套挂渣操作技术进行镍精矿的熔炼，普通的火法熔炼炉需要在铜水套外部衬有耐火砖，铜水套起到冷却耐火砖，延长耐火砖使用寿命的目的；而本发明在熔池冰镍面以下有耐火砖，在冰镍面以上不需要使用耐火砖，大大降低熔炼炉的生产成本，有非常可观的经济效益。镍精矿熔炼需要加入镍精矿、石英、粉煤、氧气及空气等；所述的镍精矿包括复杂硫化物、氧化物、铁酸盐、硅酸盐等；所述的石英为二氧化硅；所述的粉煤为原煤过经过球磨机磨制出；所述的氧气与空气为精矿熔炼及粉煤燃烧所需空气。
一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法包括以下步骤。
步骤一：所需原料、熔剂包括水份8％～12％，粒度20mm的镍精矿，块度≤15mm的石英石，块度≤15mm的石灰石，块度25～50mm的块煤，水份≤1％、粒度≤1mm、d80＝0.15mm的粉煤，富氧浓度为50％，喷枪1从熔炼炉3的炉顶中心插入炉内，精矿从炉顶加料口加入；
步骤二：空气、氧气、燃料通过喷枪1喷入熔池，喷枪头部浸没在熔体的渣层内，在喷枪末端的高速气流作用下，熔池剧烈搅动，物料迅速的熔化和反应；
步骤三：当某组铜水套温度升高时，可以把喷枪1提高至熔池表面处进行挂渣，此挂渣作为耐火材料，挂渣时通过降低富氧浓度和粉煤量防止熔池过氧化，，挂渣时间由铜水套温度变化决定，在挂渣的过程中可以继续加料，当铜水套温度开始降低时，停止挂渣，喷枪1进入熔池继续正常熔炼；
步骤四：熔炼产物有镍锍、炉渣、烟气，镍锍和炉渣以混合熔体的形式进入沉降电炉实现镍渣分离，镍锍经过转炉吹炼成高镍锍，烟气经余热锅炉余热回收、收尘后制酸。
所述的熔炼炉3的炉体为竖式圆筒形，内有耐火材料衬里，耐火材料为锦州长城公司的铬铝尖晶石耐火砖，耐火砖在炉内的厚度为460mm。为提高耐火材料和炉子的寿命和作业率，在熔炼炉3的侧墙使用了水冷铜水套。铜水套总高度为6000mm，从炉底中心平面5以上540mm开始，由熔炼炉3的钢结构支撑，共有48块水冷铜水套排成3排16组，从上至下排列，铜水套内部铸有铜管，通水冷却炉内耐火砖，铜水套外表面带有凸台；镍精矿熔炼产生的熔炼渣可以通过喷溅挂渣挂在所述的带有凸台的铜水套上。熔炼渣中镍的重量占熔炼渣重量的1.2％～1.8％，熔炼渣中铜的重量占熔炼渣重量的0.2％～0.5％，熔炼渣中铁的重量占熔炼渣重量的33％～40％，熔炼渣中二氧化硅的重量占熔炼渣重量的32％～40％。
吉镍项目首次在奥炉中使用铜水套挂渣操作生产进行熔炼镍精矿，为提高耐火材料和炉子的寿命和作业率，在炉子侧墙使用了水冷铜水套。铜水套内部铸有铜管，通水冷却炉内耐火砖，铜水套外表面带有凸台，生产中起到挂渣作用，这样在熔池冰镍面以上就不需要使用耐火砖了。
国内外采用奥炉熔炼的生产厂家在铜水套的表面均采用耐火砖进行砌筑。当生产过程中耐火砖由于受到高温及机械侵蚀脱落后，重新砌筑开始新的生产，而吉镍项目在耐火砖侵蚀后，还可以继续采用铜水套挂渣生产，大大降低了生产成本，开创了奥炉熔炼生产采用铜水套挂渣操作技术的先河。原设计奥斯麦特炉铜水套外衬耐火砖，整个奥炉耐火砖重新砌筑需要300万元左右，即使是奥炉的中修也需要120万元左右，成本很高。本专利为奥斯麦特熔炼炉低冰镍面以上不采用耐火砖，直接采用铜水套挂渣的操作方法来进行熔炼。大大降低熔炼炉的生产成本，节省了耐火砖的费用，有非常可观的经济效益。
附图说明
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明做进一步说明。
图1为熔炼炉的整体示意图
图中1为喷枪，2为喷枪口，3为熔炼炉，4为熔池面，5为炉底中心平面。
具体实施方式
如图1所示，本发明装置主要包括有喷枪1其位于熔炼炉3的上方，喷枪口2在喷枪1的下部。熔炼炉3的下方是熔池面4，炉底中心平面5在熔池面4的下方。
关于熔炼镍精矿的方法包括以下步骤：
步骤一：所需原料、熔剂包括水份8％～12％，粒度20mm的镍精矿，块度≤15mm的石英石，块度≤15mm的石灰石，块度25mm～50mm的块煤，水份≤1％、粒度≤1mm，d80＝0.15mm的粉煤，富氧浓度为50％，喷枪(1)从熔炼炉(3)的炉顶中心插入炉内，精矿从炉顶加料口加入；
步骤二：空气、氧气、燃料通过喷枪(1)喷入熔池，喷枪头部浸没在熔体的渣层内，在喷枪末端的高速气流作用下，熔池剧烈搅动，物料迅速的熔化和反应；
步骤三：当铜水套温度升高时，可以把喷枪(1)提高至熔池表面处进行挂渣，此挂渣作为耐火材料，挂渣时通过降低富氧浓度和粉煤量防止熔池过氧化，挂渣时间由铜水套温度变化决定，在挂渣的过程中可以继续加料，当铜水套温度开始降低时，停止挂渣，喷枪(1)进入熔池继续正常熔炼；
步骤四：熔炼产物有镍锍、炉渣、烟气，镍锍和炉渣以混合熔体的形式进入沉降电炉实现镍渣分离，镍锍经过转炉吹炼成高镍锍，烟气经余热锅炉余热回收、收尘后制酸。
所述的熔炼炉(3)的炉体为竖式圆筒形，内有耐火材料衬里，耐火材料为铬铝尖晶石耐火砖，耐火砖在炉内的厚度为460mm，在熔炼炉(3)的侧墙使用了水冷铜水套，铜水套总高度为6000mm，从炉底中心平面(5)以上540mm开始，由熔炼炉(3)的钢结构支撑，共有48块水冷铜水套排成3排16组，从上至下排列，铜水套内部铸有铜管，通水冷却炉内耐火砖，铜水套外表面带有凸台。
所述的镍精矿熔炼产生的熔炼渣可以通过喷溅挂渣挂在所述的带有凸台的铜水套上。
关于熔炼渣中镍的重量占熔炼渣重量的1.2％～1.8％，熔炼渣中铜的重量占熔炼渣重量的0.2％～0.5％，熔炼渣中铁的重量占熔炼渣重量的33％～40％，熔炼渣中二氧化硅的重量占熔炼渣重量的32％～40％。如下通过具体实施例做进一步描述。
实例1
正常奥炉铜水套挂渣操作生产实践，奥炉加入的物料为公司自产的朝阳低冰镍及自产精矿：
表1 朝阳低冰镍成分：
| Ni | Cu | Co | Fe | S |
| 12.45 | 0.169 | 0.129 | 58.13 | 24.35 |
表2 自产镍精矿
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 |
| 7.2 | 1.86 | 0.226 | 26.33 | 19.44 | 2.39 | 8.2 | 23.07 | 2.68 |
通过配料计算，加入一定量的石英石，调节渣型，使渣的流动性好，易于排放，Fe/SiO2控制在1.1-1.2之间，但是由于加入低冰镍含铁高，生产中渣的Fe/SiO2有时能达到1.4-1.6，如果出现此高值，加大石英石加入量来降低铁硅比。
表3 奥炉产品奥炉渣成分如下：
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe3O4 |
| 1.29 | 0.074 | 0.071 | 35.38 | 2.27 | 1.2 | 2.8 | 24.12 | 2.94 | 5.7 |
采用以上的操作奥炉铜水套温度及铜水套进出口水温在可控范围内，可以正常安全的生产。
实例2
表1 朝阳低冰镍成分：
| Ni | Cu | Co | Fe | S |
| 12.99 | 0.43 | 0.14 | 54.9 | 21.9 |
表2 自产镍精矿
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 |
| 7.52 | 1.85 | 0.16 | 30.3 | 21.47 | 2.06 | 8.2 | 20.95 | 1.37 |
通过配料计算，加入一定量的石英石，调节渣型，使渣的流动性好，易于排放，Fe/SiO2控制在1.1-1.2之间。
表3 奥炉产品奥炉渣成分如下：
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe3O4 |
| 1.54 | 0.277 | 0.099 | 36.22 | 1.54 | 2.51 | 5.39 | 34.06 | 2.74 | 2.7 |
采用以上的操作奥炉铜水套温度及铜水套进出口水温在可控范围内，可以正常安全的生产。
实例3
表1 朝阳低冰镍成分：
| Ni | Cu | Co | Fe | S |
| 12.83 | 0.435 | 0.138 | 54.85 | 21.11 |
表2 自产镍精矿
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 |
| 7.17 | 1.89 | 0.16 | 30.21 | 21.79 | 2.13 | 8 | 20.55 | 1.33 |
通过配料计算，加入一定量的石英石，调节渣型，使渣的流动性好，易于排放，Fe/SiO2控制在1.0-1.1之间.
表3 奥炉产品奥炉渣成分如下：
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe3O4 |
| 1.73 | 0.522 | 0.11 | 33.59 | 1.42 | 3.22 | 7.33 | 34.03 | 3.77 | 5.6 |
采用以上的操作奥炉铜水套温度及铜水套进出口水温在可控范围内，可以正常安全的生产。
实例4
表1 朝阳低冰镍成分：
| Ni | Cu | Co | Fe | S |
| 12.38 | 0.139 | 0.131 | 56.28 | 23.33 |
表2 自产镍精矿
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 |
| 7.37 | 1.82 | 0.148 | 28.89 | 20.47 | 1.96 | 8.34 | 21.32 | 1.30 |
通过配料计算，加入一定量的石英石，调节渣型，使渣的流动性好，易于排放，Fe/SiO2控制在1.1-1.2之间。
表3 奥炉产品奥炉渣成分如下：
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe3O4 |
| 1.39 | 0.35 | 0.10 | 36.7 | 1.38 | 2.05 | 6.08 | 36.37 | 2.57 | 3.4 |
以上表格中，渣中Fe/SiO2比在1.20左右，磁性铁在3.4左右。采用以上的操作奥炉铜水套温度及铜水套进出口水温在可控范围内，可以正常安全的生产。
实例5
表1 朝阳低冰镍成分：
| Ni | Cu | Co | Fe | S |
| 12.51 | 0.451 | 0.134 | 53.46 | 21.31 |
表2 自产镍精矿
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 |
| 7.1 | 1.87 | 0.165 | 30.7 | 21.95 | 2.06 | 7.51 | 18.88 | 1.25 |
通过配料计算，加入一定量的石英石，调节渣型，使渣的流动性好，易于排放，Fe/SiO2控制在1.1-1.2之间.
表3 奥炉产品奥炉渣成分如下：
| Ni | Cu | Co | Fe | S | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | Fe3O4 |
| 1.52 | 0.337 | 0.109 | 34.73 | 1.12 | 2.6 | 5.68 | 34.58 | 3.03 | 4.5 |
以上表格中，渣中Fe/SiO2比在1.20左右，磁性铁在4.5左右。采用以上的操作奥炉铜水套温度及铜水套进出口水温在可控范围内，可以正常安全的生产。
Claims (7)
1.一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，其特征是熔炼镍精矿的方法包括以下步骤：
步骤一：所需原料、熔剂包括水份8％～12％、粒度20mm的镍精矿，块度≤15mm的石英石，块度≤15mm的石灰石，块度25mm～50mm的块煤，水份≤1％、粒度≤1mm、d80＝0.15mm的粉煤，富氧浓度为50％，喷枪(1)从熔炼炉(3)的炉顶中心插入炉内，精矿从炉顶加料口加入；
步骤二：空气、氧气、燃料通过喷枪(1)喷入熔池，喷枪头部浸没在熔体的渣层内，在喷枪末端的高速气流作用下，熔池剧烈搅动，物料迅速的熔化和反应；
步骤三：当铜水套温度升高时，可以把喷枪(1)提高至熔池表面处进行挂渣，此挂渣作为耐火材料，挂渣时通过降低富氧浓度和粉煤量防止熔池过氧化，挂渣时间由铜水套温度变化决定，在挂渣的过程中可以继续加料，当铜水套温度开始降低时，停止挂渣，喷枪(1)进入熔池继续正常熔炼；
步骤四：熔炼产物有镍锍、炉渣、烟气，镍锍和炉渣以混合熔体的形式进入沉降电炉实现镍渣分离，镍锍经过转炉吹炼成高镍锍，烟气经余热锅炉余热回收、收尘后制酸。
2.根据权利要求1所述的一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，其特征是所述的熔炼炉(3)的炉体为竖式圆筒形，内有耐火材料衬里，耐火材料为铬铝尖晶石耐火砖，耐火砖在炉内的厚度为460mm，在熔炼炉(3)的侧墙使用了水冷铜水套，铜水套总高度为6000mm，从炉底中心平面(5)以上540mm开始，由熔炼炉(3)的钢结构支撑，共有48块水冷铜水套排成3排16组，从上至下排列，铜水套内部铸有铜管，通水冷却炉内耐火砖，铜水套外表面带有凸台。
3.根据权利要求2所述的一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，其特征在于，镍精矿熔炼产生的熔炼渣可以通过喷溅挂渣挂在所述的带有凸台的铜水套上。
4.根据按权利要求3所述的一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，其特征在于，熔炼渣中镍的重量占熔炼渣重量的1.2％～1.8％。
5.根据权利要求3所述的一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，其特征在于，熔炼渣中铜的重量占熔炼渣重量的0.2％～0.5％。
6.根据权利要求3所述的一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，其特征在于，熔炼渣中铁的重量占熔炼渣重量的33％～40％。
7.根据权利要求3所述的一种使用熔炼炉熔炼镍精矿的方法，其特征在于，熔炼渣中二氧化硅的重量占熔炼渣重量的32％～40％。
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