CN103052726B - 高温冶炼法 - Google Patents

Abstract

用含钙助熔化合物对含镍材料进行高温冶炼处理的方法。

Description

高温冶炼法

技术领域

本发明涉及一种金属矿的高温冶炼处理方法。本发明尤其涉及高温冶炼法，包括助熔化合物，其用于镍矿石的连续熔炼及吹炼。

背景技术

对金属矿或金属精矿进行高温冶炼处理（如熔炼或吹炼）的过程中，常用助熔剂帮助去除生成的金属或冰铜中不需要的污染物。在某些熔炼和吹炼系统（如镍熔炼或吹炼）中，二氧化硅类的助熔剂用于生成一种硅酸铁渣。

使用二氧化硅作为助熔剂的缺点是，在熔炉或坩埚中生成的硅酸盐渣可能在某种条件下不具有正确的物理性质和化学性质（如杂质粘度低、互溶性高，有价金属互溶性低）。这会导致有价金属流失，变成炉渣，金属或冰铜含有杂质，或同时出现这两种情况。

因此，如果可以提供一种助熔化合物，帮助产生一种在冶炼过程中稳定的炉渣，其物理和化学性质将有益于冶炼加工，这将会是一大优势。

要清楚了解，如果本专利提到任何现有技术公告，该引用均不意味着承认此项公告构成该技术在成为澳大利亚或任何其他国家公知常识的一部分。

整个说明书中，除非使用情景另有说明，否则“包括”一词及其文法上等效的词应理解为“包含”之意。

发明内容

本发明的一个目的是提供可克服上述至少某一缺点的助熔化合物，或提供有用选择或商业选择。

首先，本发明在于提供一种使用含钙助熔化合物对含镍材料进行高温冶炼处理的方法。

可以使用任意适合的含钙助熔化合物，但是，最好是在炉渣相中，助熔化合物会首先生成一种铁酸钙基炉渣（CaO-FeO-Fe2O3）。

按照设想，多种钙化合物能够用于助熔化合物，包括石灰石、石灰或煅石灰、或其化合物。但是，在优选实施例中，助熔化合物可能包含碳酸钙。

在本发明的一些实施例中，助熔化合物可能包含大约10％以上（按重量计）的碳酸钙。助熔化合物能够包含大约50％以上（按重量计）的碳酸钙则最好。在另一些实施例中，助熔化合物可能包含大约90％以上（按重量计）的碳酸钙。在某些施例中，助熔化合物可能全为碳酸钙。本发明的优选实施例中，助熔化合物包含石灰石。当然，本发明使用石灰石的实施例中，石灰石可能实际上全为碳酸钙，或可能主要为碳酸钙，并夹杂相对较少的无法去除的杂质。

有经验的人员应该知道：可通过各种方法实现加钙助熔的目的，包括但不限于：添加较粗糙的碳酸钙微粒（如砾石大小的微粒），或风力喷射煅石灰细粒（如，像尘土一样的）。

本发明中的方法可以使用任意适合的含镍材料，例如，镍矿石、精矿、冰铜、炉渣或类似物、或其任意适合的组合。

按照设想，本发明中的方法可以与任意适合的高温冶炼过程结合使用，例如，但不限于熔炼、精炼、吹炼或类似过程。

在本发明的一些实施例中，助熔化合物可能仅仅是在高温冶炼过程中添加的助熔剂。或者，在高温冶炼过程中加入助熔化合物的同时，额外添加助熔剂。按照设想，在本发明的这一实施例中，可以使用任意合适的额外助熔剂。

助熔化合物使用前可能需要分类。如果需要分类，最好按照粒度进行分类，可以使用任意合适的分类过程，例如，但不限于筛选。

助熔化合物的分类最好是用于减少或除去其中的细粒，很大一部分将会在微粒排放过程中除去。用这种方法，会使碳酸钙流失，从而导致产生CaO不足的炉渣。

助熔化合物分类过程分离的粒度并非关键，有经验的人员会了解分离的粒度依据高温冶炼过程、助熔化合物及含镍材料等的性质而可能有所不同。

高温冶炼过程中可以添加任意合适数量的助熔化合物。但是，高温冶炼过程中添加的助熔化合物的数量最好能使该过程中的冶炼性能达到最优。

有一个惊人的发现，即高温冶炼过程中产生的炉渣中的镍和钴的分配随着炉渣中Fe/CaO比例的降低而减少。因此，在本发明的优选实施例中，根据炉渣中要求的Fe/CaO比例，确定高温冶炼过程中添加的助熔化合物的数量。该比例可根据含镍材料中的已知含铁量确定。

在优选实施例中，炉渣中要求的Fe/CaO比例（按重量）为0.5～5.0，2.0～4.0则更好，而2.2～3.0最佳（如图5中相图阴影部分所示）。

此外，本发明的某些实施例中，由于夹杂了其他材料，例如但不限于磁铁矿，炉渣中Fe/CaO比例可能增加炉渣中镍和/或钴的分配。

本发明的优选实施例中，本发明所用方法属于连续法，高温冶炼过程中的吹炼尤其如此。按照设想，向熔炉中加入和注入氧化剂过程更是需要连续进行。

本发明提供了若干显著优势。其一，本发明发现：根据本发明使用铁酸钙炉渣系统时，有助于使高温冶炼过程中生成的冰铜含有较低浓度的铁。

其二，在传统硅酸铁炉渣系统（参见Roset.G.K.，Matousek.J.W和Marcantonio.P.J.的“Stillwater贵金属熔炼厂吹炼实例”，JOM，1992年4月）中起泡沫形成的爆炸性的、快速增多的炉渣可能减少或被除去，从而降低对工人的职业健康和安全风险。

其三，本发明允许使用连续法，而非分批法进行镍吹炼，从而增加此过程的效率及镍和钴的回收率。

其四，本发明可以增加冰铜中有价金属（如镍、铜和钴，甚至冰铜）的回收率。因此，通过使用本发明，可以提供高温冶炼过程的性能。

其五，本发明可以提高冰铜的金属化，从而降低冰铜硫浓度，增加镍和钴的浓度。

附图说明

本发明实施例参见下列说明书附图进行说明，其中：

图1、坩埚试验设置示意图；

图2、Fe/CaO比例为5.1时的粒状炉渣样本扫描电子显微镜图片：

图3、Fe/CaO比例为3.8时的粒状炉渣样本扫描电子显微镜图片：

图4、Fe/CaO比例为2.4时的粒状炉渣样本扫描电子显微镜图片：

图5、FeOx-CaO-SiO2相图，包括与本发明操作优选区域相对应的阴影区；及

图6、中试试验装置示意图。

应了解，提供附图的目的在于展示本发明的优选实施例，不得将本发明视为仅限于附图所示特征。

实施例

坩埚试验

坩埚试验示意图见图1。

用不透明的氧化镁坩埚10进行坩埚试验，通过感应炉中的石墨承热器11加热。使用真空吸尘器17，通过钢制烟道18，将废气和烟气排入有过滤器16的微型袋滤室13，使坩埚顶部和烟囱12处于微负压下。坩埚中物质的温度用镁外壳封装的‘R’型热电偶14测量。空气15作为吹炼过程中的氧化气体。

取样和/或中止期间，感应炉顶部使用氮气覆盖。通过一个内径为3mm或5mm的氧化铝喷管19，用电子质量流量控制器控制空气流速。

用于坩埚试验的起炉渣池21中为铁酸钙合成炉渣。每次试验中，合成的炉渣根据要求的Fe/CaO比例而有所不同。吹炼期间，在整个试验过程中，通过进料口20逐渐增加石灰石和初炼冰铜，之后将喷管19穿过炉渣放入冰铜22。

用直插式取样棒对炉渣取样，用石英真空管对冰铜取样。取样时间刚开始时分别为第5，10，15和30分钟，之后每30分钟一次。研磨取样样本并进行分析，用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析冰铜样本，用X射线荧光（XRF）分析炉渣样本。

中试试验

使用试验ISASMELT^TM设施进行中试试验，该设施包括一个内径约为300mm圆筒炉。熔炉内衬铬镁耐火砖，并衬有高铝耐火砖和高岭棉衬里。

使用质量流量控制器，通过一个内径为29mm的不锈钢喷管，向熔池注入预定数量的天然气、空气和氧气。给料包括初炼冰铜、煤和石灰石，通过熔炉顶部按已知数量加入。

通过打开熔炉底部的唯一出渣口去除生成物，用铸铁勺收集物质。熔炉完全清空后再进行下一个试验。

过程中产生的尾气定向穿过袋滤室和烧碱洗涤器之前，通过窑尾降尘器和蒸发气体冷却器，去除尘土和含硫气体，然后通入排气管。

通过熔炉的耐火内衬，放入一个热电偶，连续测量熔池温度。用光学高温计、出渣期间的取样测量值或整个熔炉顶部炉渣的取样测量值确定熔池温度。

用于中试试验的起炉渣池原料为铁酸钙合成炉渣或之前的试验中压碎的炉渣。

吹炼期间，使用直插式取样棒进行取样。在出渣期间，对冰铜和炉渣进行熔池取样。研磨样本并进行分析，用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）分析冰铜样本，用X射线荧光（XRF）分析炉渣样本。用LECO设备分析选取的炉渣样本及所有冰铜样本中的硫含量。

中试装置工艺流程示意图参见图6。图中，向初炼冰铜25中加入助熔剂23和煤24，然后将冰铜25加入到中试熔炉26中，熔炉26可以是任意合适的形状，但在此例中，熔炉26为ISASMELT^TM/ISACONVERT^TM熔炉。

向熔炉29中加入空气27、氧气28和燃料29，在高温冶炼过程作为助剂。

尾气和尘土30排出熔炉26，通过气体淬火和净化31处理，收集尘土32，将其与气体分离，然后将气体通入排气管33。

冰铜和炉渣34排出熔炉，通过缓冷和分离35处理，从而将镍锍36与炉渣37分离。

给料物质

坩埚试验和中试试验中，加入的冰铜的构成如表1所示。

表1：加入初炼冰铜的构成

加入冰铜样本	Co	Cu	Fe	Ni	S	Si	合汁
								平均构成	2.6l	10.6	24.6	41.6	17.3	0.14	96．8
标准偏差	0.42	1.68	1.73	2.82	2.68	0.18	1.47

取白伊萨山(Mountlsa)的石灰石用作试验的助熔剂。石灰石的典型构成如表2所示：

表2：石灰石助熔剂的构成(按重量％)

CaCO3	A1203	Fe203	Si02	合计
					93.7	0.80	1.10	4.40	100.0

煤在试验期间用作补充燃料，其近似分析参见表3，元素分析参见表4，灰分组成参见表5。

表3：煤的近似分析与发热量

(db=干基，ar=应用基)

湿度

灰分

挥发成分

固定碳

总干热值

总湿热值

净湿热值

(ar％)

(db％)

(db％)

(db％)

(MJ／kg)

(MJ／kg)

(MJ／kp)

7.9

2.6

2.1

95.3

33.0

30.3

30.0

表4：煤元素分析(干基％)

C	H	N	Cl	S	O	合计
							92.9	1.00	0.64	0.03	0.22	2.6	97.4

表5：煤灰的构成(按重量％)

Si02	A1203	Fe203	TiO2	K2O	MgO	Nato CaO	S03	P205	C02	合计
											24.5	10.6	17.8	0.69	0.78	9.7	9.04.4	18.7	0.0	<0.01	96.6

试验结果

在表6所示条件下进行了三次坩埚试验。

表6：坩埚试验条件

操作的最后40分钟里，氮起泡时，将熔炉放入氮中冷却，以确定是台会出现泡沫渣。

AK

在此期间，炉渣粘度显著增加，但未观察到泡沫渣。坩埚试验结果见表7。

表7：取自坩埚试验的冰铜样本构成

在表8所示条件下进行了12次中试试验。

表8：中试试验条件

这类试验结果见表9。

表9：取自中试试验的冰铜和炉渣的构成

第一次试验中，选择Fe/CaO比例指标为4.0，以避免硅酸二钙沉淀。初步测定显示：炉渣中SiO2浓度接近2％（按重量）。然后，将Fe/CaO比例指标改为3.6进行剩下的试验。

在整个试验中，根据对先前试验的分析，调整向注入的氧气中加入冰铜的速率。

炉渣相与热电偶外壳接触期间直接测量的熔池温度为报告的温度。根据对整个熔炉顶部的炉渣取样测量值和从容器中排放的熔融相，确定这类测量值。

中试试验中炉渣的形态

如有可能，在中试试验期间取炉渣相的颗粒样本。用扫描电子显微镜（SEM）观察这些样本。

图2为Fe/CaO比例为5.1时（表9中的试验8），粒状炉渣样本的SEM显微图；图3为Fe/CaO比例为3.8时（表9中的试验4），粒状炉渣样本的SEM显微图；图5为Fe/CaO比例为2.4时（表9中的试验12），粒状炉渣样本的SEM显微图。

图2-4的显微图显示粒状样本中仅固体类为磁铁矿（尖晶石/铁镍尖晶石）相，表明Fe/CaO比例为2.4～5.1时，该系统位于磁铁矿初相范围内。

试验8和12中，磁铁矿相的镍浓度大于20％（按重量），大体构成为镍铁氧体（NiO.Fe2O3），这类试验中，冰铜的铁含量小于4％（按重量）。试验4中的固体磁铁矿中，镍浓度较低，其近似于纯磁铁矿（FeO.Fe2O3）。这是由于冰铜中铁浓度较高，因而此试验中炉渣的镍浓度较低。

图4中观察到的大的磁铁矿微粒按颗粒分析，发现与较小微粒的构成相同，证明这类微粒是在吹炼期间形成的。

固体磁铁矿中镍浓度很高可能是因为Fe/CaO比例下降，因而炉渣中的镍浓度降低。Fe/CaO比例降低，使炉渣的液线温度降低，因此炉渣中的固体磁铁矿百分比也降低了。

所属领域的专业人员应了解，除了本说明书中明确描述的内容之外，本发明可能易受变动和修改的影响。应了解，本发明包含其精神和范围内的所有这类变动和修改。

Claims (9)

1.用含钙助熔化合物对含镍硫化物材料进行高温冶炼处理的方法，其中，所述含钙助熔化合物对含镍硫化物材料进行高温冶炼处理形成的炉渣含有Fe/CaO的比例按重量介于0.5至5.0，SiO2/Fe的比例按重量少于0.2。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述炉渣为铁酸钙基炉渣。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述助熔化合物包含碳酸钙。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述助熔化合物包含石灰石。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述硫化物材料为镍矿、精矿、冰铜、炉渣或其组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，采用本方法的高温冶炼处理过程是熔炼、吹炼或精炼。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述助熔化合物在用于高温冶炼过程之前进行分类。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述助熔化合物基于粒度进行分类。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：进料处理和氧化剂注入熔炉的操作，所述进料处理和氧化剂注入熔炉为持续进行的操作。