CN115074547B - 一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法，属于红土镍矿冶炼技术领域。该方法包括以下步骤：将待处理的镍冶炼转炉渣与添加剂混合后的混合物进行熔炼；其中，添加剂包括碳素还原剂以及高冰镍物质；碳素还原剂包括无烟煤、半焦和焦炭中的至少一种。上述方法可将待处理的镍冶炼转炉渣中其他元素与合金有效分离，使得合金对镍钴铜的金属捕集效果明显，最终得到的合金中铁的含量显著下降。

Description

一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法

技术领域

本发明涉及红土镍矿冶炼技术领域，具体而言，涉及一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法。

背景技术

新能源行业的快速发展对镍资源的需求量日益剧增，硫化镍矿是一种重要的镍矿资源，其冶炼利用过程主要是通过造锍熔炼去除镍精矿中大量的脉石生产出低冰镍，然后再通过转炉吹炼生产出高冰镍。

目前对高冰镍的处理主要包括磨浮-硫化镍阳极电解和氧压浸出等湿法冶金方式，取得了显著的经济社会成果。在低冰镍转炉冶炼转为高冰镍的过程中会产生大量的冶金渣，冶金渣中有大量的有价金属，传统的冶炼过程是将渣返回造锍熔炼工序，但最终富集到高冰镍中的钴较少，大多数钴会在熔炼和吹炼过程中进行循环，最终在渣中废弃造成了钴等元素的损失较大，严重影响了企业的利益，为了提升有价金属的回收率，对转炉渣进行处理富集有价金属具有积极的意义。

从渣中提取有价金属包括火法、湿法和选矿法，火法主要是还原熔炼和硫化熔炼，可以将镍钴铜富集在合金或冰镍，通过设置合适的造渣制度使得其与渣相分离，虽然可以回收大量的有价金属但是合金或冰镍中的铁要进行严格控制，且还原分离后尾矿依然会有铜，需要进一步处理。湿法工艺具有浸出率高的特点，但存在除铁辅料消耗大、铁渣夹带损失和占地面积大且大量的浸出废液处理难度大等缺点。部分企业通过浮选工艺可以回收渣中以硫化物存在的镍和铜，但是钴、镍、铜往往以氧化物和硅酸盐形式存在，难以处理。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法，包括以下步骤：

将待处理的镍冶炼转炉渣与添加剂混合后的混合物进行熔炼；

其中，添加剂包括碳素还原剂以及高冰镍物质；

碳素还原剂包括无烟煤、半焦和焦炭中的至少一种。

在可选的实施方式中，以质量百分数计，碳素还原剂的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的3-11％。

在优选的实施方式中，碳素还原剂的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的7％。

在可选的实施方式中，以质量百分数计，高冰镍物质的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的5-15％。

在优选的实施方式中，高冰镍物质的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的10％。

在可选的实施方式中，以质量百分数计，待处理的转炉渣含有7-9％的Ni、3-6％的Co、0-3％的Cu、30-40％的Fe以及30-35％的SiO₂。

在优选的实施方式中，上述待处理的转炉渣含有8.21％的Ni、4.52％的Co、1.49％的Cu、35.26％的Fe以及30.14％的SiO₂。

在可选的实施方式中，以质量百分数计，高冰镍物质含有55-65％的Ni、1.5-2.5％的Co、7-8％的Cu以及1-3％的Fe。

在优选的实施方式中，上述高冰镍物质含有62.21％的Ni、2.01％的Co、7.49％的Cu以及1.98％的Fe。

在可选的实施方式中，以质量百分数计，无烟煤含有55-65％的固定碳以及5-10％的挥发分；和/或，半焦含有75-85％的固定碳以及2-7％的挥发分；和/或，焦炭含有80-90％的固定碳以及0.1-5％的挥发分。

在优选的实施方式中，上述无烟煤含有61.22％的固定碳以及8.94％的挥发分；和/或，上述半焦含有78.26％的固定碳以及6.26％的挥发分；和/或，上述焦炭含有87.12％的固定碳以及0.24％的挥发分。

在可选的实施方式中，碳素还原剂为焦炭和/或半焦。

在可选的实施方式中，碳素还原剂为半焦。

在可选的实施方式中，熔炼之前，还包括将混合物进行干燥和破碎。

在可选的实施方式中，干燥于100-120℃的条件下进行3-5h。

在可选的实施方式中，破碎至混合物的粒度小于1mm。

在可选的实施方式中，熔炼是于1350-1550℃的条件下进行40-100min。

在可选的实施方式中，熔炼是于1450℃的条件下进行70min。

在可选的实施方式中，混合物以8-12℃/min的升温速率升温至熔炼温度。

本申请的有益效果包括：

本申请在合成过程中添加的碳素还原剂主要用于在对金属进行捕集的过程中提供还原性气氛；添加的高冰镍物质为现有的高冰镍产品，通过加入该物质，可降低合金熔点，促进渣铁分离，并且，通过加入同是高冰镍的物质，可避免合成过程中引入其它杂质。

通过在上述碳素还原剂和高冰镍物质共同存在的条件下，可将待处理的镍冶炼转炉渣中其他元素与合金有效分离，使得合金对镍钴铜的金属捕集效果明显，最终得到的合金中铁的含量显著下降。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本申请提供的高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法进行具体说明。

发明人通过研究提出，造成现有技术中铁渣夹带损失，常规的火法和湿法工艺中铁难以控制，直接还原熔炼后的合金熔点高于炉渣，工艺难以顺行的原因包括：在熔炼过程中会发生硫化铁的氧化反应和氧化亚铁与二氧化硅的化合反应，且浸出过程中，铁的浸出难以抑制；镍转炉冶炼过程中一般冶炼渣的熔点为1200-1300℃且随着冶炼过程的进行，有价金属会在渣中富集且合金的熔点高，两者分离难度大。

基于此，本申请提出一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法，包括以下步骤：

将待处理的镍冶炼转炉渣与添加剂混合后的混合物进行熔炼；

其中，添加剂包括碳素还原剂以及高冰镍物质；

碳素还原剂包括无烟煤、半焦和焦炭中的至少一种。

其中，碳素还原剂主要用于在对金属进行捕集的过程中提供还原性气氛。高冰镍物质为现有的高冰镍产品，通过加入该物质，可降低合金熔点，促进渣铁分离，并且，通过加入同是高冰镍的物质，可避免合成过程中引入其它杂质。

承上，通过将待处理的镍冶炼转炉渣与添加剂混合后的混合物进行熔炼，可将待处理的镍冶炼转炉渣中其他元素与合金有效分离，使得合金对镍钴铜的金属捕集效果明显，最终得到的合金中铁的含量显著下降。

可参考地，以质量百分数计，碳素还原剂的添加量可以为待处理的镍冶炼转炉渣的3-11％，如3％、3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％或11％等，也可以为3-11％范围内的其它任意值。在一些优选的实施方式中，碳素还原剂的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的7％。

以质量百分数计，高冰镍物质的添加量可以为待处理的镍冶炼转炉渣的5-15％，如5％、5.5％、6％、6.5％、7％、7.5％、8％、8.5％、9％、9.5％、10％、10.5％、11％、11.5％、12％、12.5％、13％、13.5％、14％、14.5％或15％等，也可以为5-15％范围内的其它任意值。在一些优选的实施方式中，高冰镍物质的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的10％。

需说明的，上述高冰镍物质若添加过少(如低于5％)，无法有效降低合金熔点，导致渣铁分离效果差；若添加量过高(如高于15％)，会大大增加成本。碳素还原剂若添加量过少，会导致碳热还原反应不充分；若添加量过多，不仅会增加成本，而且会使得碳热还原反应生成的C较多，而C其本身即为热源，进而导致反应温度过高；与此同时，高冰镍物质的添加目的为降低熔点，若因C过多导致温度过高，此时C会与高冰镍物质之间形成较强的物理化学条件，不利于生产。

上述待处理的转炉渣为红土镍矿转炉渣，以质量百分数计，该待处理的转炉渣可含有7-9％的Ni、3-6％的Co、0-3％的Cu、30-40％的Fe以及30-35％的SiO₂。在一些具体的实施方式中，上述转炉渣例如可含有8.21％的Ni、4.52％的Co、1.49％的Cu、35.26％的Fe以及30.14％的SiO₂。

以质量百分数计，添加的高冰镍物质可含有55-65％的Ni、1.5-2.5％的Co、7-8％的Cu以及1-3％的Fe。在一些具体的实施方式中，上述添加的高冰镍物质可含有62.21％的Ni、2.01％的Co、7.49％的Cu以及1.98％的Fe。

以质量百分数计，添加的无烟煤可含有含有55-65％的固定碳以及5-10％的挥发分；半焦可含有75-85％的固定碳以及2-7％的挥发分；焦炭可含有焦炭含有80-90％的固定碳以及0.1-5％的挥发分。在一些具体的实施方式中，上述添加的无烟煤可含有61.22％的固定碳以及8.94％的挥发分；半焦可含有78.26％的固定碳以及6.26％的挥发分；焦炭可含有87.12％的固定碳以及0.24％的挥发分。

在优选的实施方式中，碳素还原剂为焦炭和/或半焦，更优地，碳素还原剂为半焦。

需说明的是，在本申请提供的碳素还原剂中，无烟煤所含的固定碳含量较半焦和焦炭更低，无法提供充足的还原性气氛，导致金属捕集率较半焦和焦炭更低。半焦和焦炭所含的固定碳含量均较高，可对镍、钴和铜同时具有较高的捕集率，且使得合金中铁含量较低。此外，半焦为低阶煤热解提质而得，其价格远低于焦炭，相较于焦炭而言，具有更良好的经济效应，在本申请中作为经济高效的还原剂。

本申请中，在熔炼之前，还可将混合物进行干燥和破碎。

其中，干燥可于100-120℃(如100℃、105℃、110℃、115℃或120℃等)的条件下进行3-5h(如3h、3.5h、4h、4.5h或5h等)。具体的，可采用烘干方式进行干燥。

破碎程度例如可以破碎至混合物的粒度小于1mm。

本申请中，熔炼可以于1350-1550℃的条件下进行40-100min。

可参考地，熔炼温度可以为1350℃、1360℃、1370℃、1380℃、1390℃、1400℃、1410℃、1420℃、1430℃、1440℃、1450℃、1460℃、1470℃、1480℃、1490℃、1500℃、1510℃、1520℃、1530℃、1540℃或1550℃等，也可以为1350-1550℃范围内的其它任意值。

熔炼时间可以为40min、45min、50min、55min、60min、65min、70min、75min、80min、85min、90min、95min或100min等，也可以为40-100min范围内的其它任意值。

在一些优选的实施方式中，熔炼是于1450℃的条件下进行70min。

需说明的是，熔炼温度若低于1350℃，不能确保上述高冰镍合成所需的热力学条件，不能得到预设的渣相；熔炼温度若高于1550℃，无法确保生成预设的反应产物，并可能会形成一些复合相。低熔点液相在低温过程中会分解，必须要有高熔点物相存在，或者必须或者以液态或气态形成挥发掉才行。

熔炼时间若低于40min，会导致熔炼不充分；熔炼时间过长，会导致经济效益较差。

上述熔炼可以是将破碎后的物质混匀装入高温电阻炉内进行通电。较佳地，混合物可以8-12℃/min(如8℃/min、8.5℃/min、9℃/min、9.5℃/min、10℃/min、10.5℃/min、11℃/min、11.5℃/min或12℃/min等)的升温速率升温至熔炼温度。

需说明的是，上述升温速率主要基于反应过程中的动力学效应，升温的快与慢会影响反应过程中的扩散情况。具体的，升温速率过快会导致电阻炉内外之间温度差异性较明显，不利于反应。

值得说明的是，本申请中未详细记载的其它步骤和条件可参照相关的现有技术，在此不做过多赘述。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例提供一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法，其步骤主要参照如下：

(1)将待处理的镍冶炼转炉渣与添加剂混合。

其中，添加剂包括焦炭以及某企业生产的高冰镍成品。

以质量百分数计，焦炭的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的7％，高冰镍成品的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的5％。

上述待处理的转炉渣为红土镍矿转炉渣，以质量百分数计，该待处理的转炉渣含有8.21％的Ni、4.52％的Co、1.49％的Cu、35.26％的Fe以及30.14％的SiO₂。

以质量百分数计，添加的高冰镍成品含有62.21％的Ni、2.01％的Co、7.49％的Cu以及1.98％的Fe。

以质量百分数计，添加的焦炭含有87.12％的固定碳以及0.24％的挥发分。

(2)将混合后的将混合物于120℃的条件下烘干3h，随后破碎至粒度小于1mm。

(3)将破碎后的物质混匀后装入高温电阻炉内，通电，按10℃/min的升温速率升温至1450℃熔炼70min。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：高冰镍产品的添加量为10％。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：高冰镍产品的添加量为15％。

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于：熔炼温度为1350℃。

实施例5

本实施例与实施例2的区别在于：熔炼温度为1550℃。

实施例6

本实施例与实施例2的区别在于：焦炭的加入量为3％。

实施例7

本实施例与实施例2的区别在于：焦炭的加入量为11％。

实施例8

本实施例与实施例2的区别在于：熔炼时间为40min。

实施例9

本实施例与实施例2的区别在于：熔炼时间为100min。

实施例10

本实施例与实施例2的区别在于：碳素还原剂为无烟煤(该无烟煤含有61.22％的固定碳以及8.94％的挥发分)。

实施例11

本实施例与实施例2的区别在于：碳素还原剂为半焦(该半焦含有75-85％的固定碳以及2-7％的挥发分)。

试验例

待上述实施例1-11反应完成后，分别断电进行自然冷却，冷却后进行称量，并敲碎取出合金块和炉渣，分别进行称量和检测分析得到镍、钴、铜和铁的元素含量，计算还原熔炼过程中的合金产率和金属捕集率，其结果如表1所示。

表1熔炼贫化结果

由表1可以看出：

通过对比例实施例1-9，实施例2为该型镍转炉后期渣相对最佳的还原熔炼贫化富集镍钴铜的方式，此时的条件为：熔炼温度为1450℃，熔炼时间为70min，反应过程中高冰镍的添加量为10％，碳素还原剂(焦炭)的添加比例为7％，此时镍、钴和铜的捕集率分别为94.66％、84.72％和84.34％；

在上述优化条件下，通过对比实施例2和实施例10-11，半焦具有与焦炭相似的效果，镍、钴和铜的捕集率分别为94.64％、84.82％和84.31％，合金中铁的含量较低，并半焦价格远低于焦炭，具有良好的经济效应。无烟煤对应的金属捕集率较低。

综上所述，本申请采用的熔炼贫化工艺可将待处理的镍冶炼转炉渣中其他元素与合金有效分离，使得合金对镍钴铜的金属捕集效果明显，最终得到的合金中铁的含量显著下降。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种高冰镍合成过程中富集镍、钴、铜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将待处理的镍冶炼转炉渣与添加剂混合后的混合物进行熔炼；

其中，所述添加剂包括碳素还原剂以及高冰镍物质；

所述碳素还原剂包括无烟煤、半焦和焦炭中的至少一种；

以质量百分数计，所述碳素还原剂的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的3-11%；所述高冰镍物质的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的5-15%；以质量百分数计，所述待处理的镍冶炼转炉渣含有7-9%的Ni、3-6%的Co、0-3%的Cu、30-40%的Fe以及30-35%的SiO₂；以质量百分数计，所述高冰镍物质含有55-65%的Ni、1.5-2.5%的Co、7-8%的Cu以及1-3%的Fe；以质量百分数计，所述无烟煤含有55-65%的固定碳以及5-10%的挥发分；和/或，所述半焦含有75-85%的固定碳以及2-7%的挥发分；和/或，所述焦炭含有80-90%的固定碳以及0.1-5%的挥发分；

熔炼是于1350-1550℃的条件下进行40-100min。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳素还原剂的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的7%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高冰镍物质的添加量为待处理的镍冶炼转炉渣的10%。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待处理的镍冶炼转炉渣含有8.21%的Ni、4.52%的Co、1.49%的Cu、35.26%的Fe以及30.14%的SiO₂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高冰镍物质含有62.21%的Ni、2.01%的Co、7.49%的Cu以及1.98%的Fe。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无烟煤含有61.22%的固定碳以及8.94%的挥发分；和/或，所述半焦含有78.26%的固定碳以及6.26%的挥发分；和/或，所述焦炭含有87.12%的固定碳以及0.24%的挥发分。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳素还原剂为焦炭和/或半焦。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述碳素还原剂为半焦。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，熔炼之前，还包括将所述混合物进行干燥和破碎。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，干燥于100-120℃的条件下进行3-5h。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，破碎至所述混合物的粒度小于1mm。

12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，熔炼是于1450℃的条件下进行70min。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述混合物以8-12℃/min的升温速率升温至熔炼温度。