CN1257295C - 一种火法提取镍的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种火法提取镍的生产方法，它是以石油化学工业排弃的废催化剂、废脱硫剂或经湿法提取钒钼后排弃的高磷含钒低镍残渣等二次污染物为镍原料冶炼生产镍铁合金的技术，它按废料整备、称量混料、还原熔炼和氧化精炼的步骤进行，在二元碱度CaO%/SiO₂%约0.8∽1.8范围内，用焦炭、硅铁作还原剂进行还原熔炼脱除60∽70%的磷，再在炉渣二元碱度CaO%/SiO₂%约1.2∽3.5的范围内，采用氧气-铁矿石联合氧化方式，可使99%以上的磷和98%以上的钒结合生成CaO·P₂O₅和CaO·V₂O₅进入炉渣，精炼制得合格的镍铁合金产品，实现从高磷含钒镍废料中短流程、低成本、产业化提取镍的目的，具有显著的经济效益和社会环保效应。

Description

一种火法提取镍的生产方法

技术领域：

本发明涉及用火法分离提取金属的冶炼技术，属于冶金工程技术领域，特别是一种从石油化学工业排弃的高磷含钒镍废料中冶炼镍铁合金的生产技术，具体地说是一种火法提取镍的生产方法。

背景技术：

众所周知，镍是冶金行业中重要的合金元素，由于镍金属具有独特的性能，在生产特殊钢、高温合金、精密合金、耐热合金、形态记忆合金、储氢合金、电子及电气电池、磁性材料、传感器和化学催化剂等众多技术领域中都具有非常广泛的应用，镍合金材料在国民经济建设和国防军事建设中都占有十分重要的地位，属于重要的战略金属。无庸讳言，在客观上我国镍资源十分稀少匮乏，是一个极其少镍的国家，多年来我国镍产量只有30∽45万吨，仅占世界量的4∽5％，我国镍产量已远远不能满足镍消耗的需要，每年都不得不花费巨资从国外进口镍合金材料，严重制约了我国制造产业的快速发展。而在我国仅石油和化学工业的催化剂和脱硫剂每年就需消耗上千吨的镍金属，特别是在石油工业中使用的含镍催化剂和脱硫剂对原油进行脱硫作业时，含镍催化剂和脱硫剂会从原油中吸附大量的钒、硫、磷等元素生成低价钒(VS和V₂S₃)、硫化钼(MoS₂)和含磷化合物等杂质而中毒失效成为含镍废催化剂和废脱硫剂被排弃。就目前来说，世界各国石油生产行业中每年所排弃的含镍废催化剂和废脱硫剂的数量非常巨大，堆积如山，已成为严重威胁生态环境、至今又很难解决的“废渣山”公害。这座“废渣山”正是冶金部门急需寻求开发利用的非常宝贵的镍、钒和钼资源库。我公司经多年研究，已成功地采用湿法从含镍废催化剂和废脱硫剂中提取钒和钼金属，并已进行提取钒、钼的产业化生产，该项技术已经向国家知识产权局申请发明专利(专利申请号：200410021725.5)，但是目前经湿法提取钒、钼后的含镍残渣废料仍被抛弃，至多作为含镍原料供给湿法提镍厂搭配使用。因为，沿用传统湿法很难从该含镍物料中提取合格的镍，主要原因是，湿法提镍存在着酸耗高、运行费用高和镍浸出率低的技术性难题，并且磷、钒和钼的净化技术难度大，勉强生产的镍板也难以达到质量要求，据现有生产实践和文献记载：对磷含量低于0.05％的低磷含镍物料进行火法冶炼时，可以制得磷含量符合标准的镍铁合金或金属镍的合格产品，而对于磷含量高于0.2％的高磷含钒镍物料进行火法冶炼时，由于磷的含量随原料中镍含量的不同波动很大，所制得的镍铁合金或金属镍产品中磷的含量已高达2.0％以上，实际上对于磷含量高于2.0％的镍铁合金在材料工业上已无任何使用价值，尤其是对高磷含钒低镍的含镍原料采用传统的冶炼镍锍、铸造阳极、电解等火法冶金途径时，在冶炼前期需人为加入硫化剂、后期又得解决硫污染的技术问题，这种火法冶金工艺流程长、生产成本非常高，在实际生产中很难推广应用。据测定，石油工业所排弃的含镍废催化剂和废脱硫剂中含镍约为2∽5％、含V₂O₅约为8∽16％、含钼约为2∽5％、含磷量高达0.3∽1％，这正是一种典型的十分难以处理的高磷含钒低镍废料，迄今为止，完全采用石油工业所排弃的含镍废催化剂和废脱硫剂进行产业化提镍的生产技术工艺在国内外至今未见有报道。

发明内容：

本发明是在现有冶金技术的基础上，特别是针对石油化学工业所排弃的高磷含钒镍废料提出一种火法提取镍的生产方法，它是通过如下技术方案来实现的：

它依次按以下步骤进行，

(1)废料整备：对石油化学工业排弃的含镍废催化剂，或含镍废脱硫剂，或将含镍废催化剂和含镍废脱硫剂经过化学湿法提取钒、钼后排弃的含镍残渣等含镍废料进行表面去油处理，再将表面去油处理后的含镍废料进行造团压块处理，也可不经造团压块处理，直接使用含镍废料，

(2)称量混料：按如下规定的原料重量配比：

含镍废料                1份，

还原剂(焦炭或硅铁)      0.01∽0.25份，

熔剂(石灰或硅石)        0.10∽0.50份，

其中还原剂还可采用硅钙、工业硅、硅钡、硅铝合金等硅质还原剂(主要有用成份为Si、Ca、Ba、Al)，还可采用煤等碳质还原剂(主要成份为C)，

分别计量称取物料混配成混合料，

(3)还原熔炼：将混配成的混合料送入冶炼炉内进行还原熔炼反应，控制还原熔炼温度为1000∽1600℃、还原熔炼时间为0.5∽3小时，

碳质还原剂(如：焦煤)对含镍废料进行还原熔炼反应如下：

硅质还原剂(如：硅铁)对含镍废料进行还原熔炼反应如下：

待还原熔炼反应彻底后(控制渣中Ni含量低于0.2％)，打开渣口排弃初级镍铁渣后制得含镍中间合金液，

(4)氧化精炼：在排弃初级镍铁渣后制得含镍中间合金液的冶炼炉内按如下重量配比添加原料，进行氧化精炼反应：

含镍中间合金        1份，

熔剂石灰            0.2∽3.5份，

铁矿石              0.01∽0.30份，

按规定重量配比称取物料添加入冶炼炉内，吹入氧气进行氧化精炼脱除硅、钒和磷，控制氧化精炼温度为1000∽1700℃、氧化精炼时间为1∽4小时，

在冶炼炉内进行如下氧化精炼反应：

待氧化精炼反应彻底后(以检验磷的含量合符要求为准)，硅、磷和钒分别生成CaO·SiO₂、CaO·P₂O₅和CaO·V₂O₅进入炉渣，倾渣后即制得磷含量合格(低于0.02％)的精炼合格的镍铁合金液，

(5)镍铁合金产品：将氧化精炼制得的镍铁合金液进行浇铸，冷却脱模后即制得磷含量合格(低于0.02％)的精炼的镍铁合金产品。

本发明是以石油化学工业排弃的含镍废催化剂，或含镍废脱硫剂，或将含镍废催化剂和含镍废脱硫剂经过化学湿法提取钒、钼后排弃的高磷含钒镍残渣等二次污染物为含镍原料，在二元碱度CaO％/SiO₂％约0.8∽1.8范围内，用焦炭或硅铁作还原剂，经还原熔炼脱除60∽70％的磷，制得含镍中间合金，再在炉渣二元碱度CaO％/SiO₂％约1.2∽3.5范围内，采用氧气或氧气一铁矿石联合氧化方式，可使含镍中间合金中99％以上的磷、硅和98％以上的钒结合生成CaO·P₂O₅、CaO·SiO₂和CaO·V₂O₅进入炉渣，即可制得磷含量合格(低于0.02％)的精炼合格的镍铁合金产品，本发明提出的生产方法，解决了镍铁合金中高磷钒的脱出分离的技术难题，实现了从高磷含钒镍废料中短流程、低成本、产业化提取镍的目的，拓宽了我国紧缺的镍资源的矿源渠道，并可缓解石化部门长期存在、想解决又难以解决的废渣污染的严峻问题。

本发明还有如下技术特征：

在还原熔炼的步骤中，可将排弃初级镍铁渣后制得的含镍中间合金液进行浇铸，冷却脱模后制得含镍中间合金铸块，将含镍中间合金铸块作为中间产品集中入库，供下一步再将含镍中间合金的中间产品集中进行氧化精炼用，制取精炼合格的镍铁合金。

所说的冶炼炉是矿热炉，或电弧炉，在矿热炉或电弧炉内均可进行还原熔炼，在电弧炉内进行氧化精炼。

附图说明：

附图是本发明的生产工艺流程图。

具体实施方式：

实施例一：采用经湿法提取钒、钼后排弃的含镍残渣为原料在同一台倾动精炼电弧炉内连续进行还原熔炼和氧化精炼两步冶炼为例，

它按以下的步骤进行：

(1)废料整备：将经过化学湿法提取钒、钼后排弃的含镍残渣进行造团，制成含镍废料压块，经测定：在含镍废料压块中含有氧化镍5％、氧化亚铁5％、三氧化钼1％、五氧化二钒1.5％、五氧化二磷0.6％，

(2)称量混料：按如下规定的原料重量配比：

含镍废料压块           5t，

硅铁(含Si为75％)     0.5t，

石灰                   1.6t，

分别计量称取物料混配成混合料，

(3)还原熔炼：将混配成的混合料加入倾动精炼电弧炉内，进行还原熔炼反应，控制还原熔炼温度为1400℃、还原熔炼时间为2.5小时，还原剂硅铁(主要成份为FeSi)对含镍废料压块进行如下还原熔炼反应：

待还原熔炼反应彻底、并控制渣中Ni的含量低于0.2％时，打开排渣口倾排初级镍铁弃渣，可脱除60∽70％的磷，制得含镍中间合金液，

(4)氧化精炼：称取精炼期用石灰0.9t、铁矿石0.06t，

在排弃初级镍铁弃渣后制得含镍中间合金液的倾动精炼电弧炉内，加入精炼期物料，吹入氧气进行氧化精炼，控制氧化精炼温度为1500℃时，可使炉内具有良好的流动性，氧化精炼时间1小时，在倾动精炼电弧炉内进行如下氧化精炼反应：

待氧化精炼反应彻底后，硅、磷和钒分别生成CaO·SiO₂、CaO·P₂O₅和CaO·V₂O₅进入炉渣，倾渣后即制得磷含量合格(低于0.02％)的精炼合格的镍铁合金液，

(5)镍铁合金产品：将氧化精炼制得的镍铁合金液注入铁水包内进行浇铸，冷却脱模后即可制得磷含量低于0.02％的精炼合格的镍铁合金产品。

实施例二：采用石油化学工业排弃的含镍废催化剂(或含镍废脱硫剂)为原料在不同冶炼炉内分别进行还原熔炼和氧化精炼为例，

它依次按以下的步骤进行：

(1)废料整备：对石油化学工业排弃的含镍废催化剂(或含镍废脱硫剂)进行表面去油处理后制成含镍废料压块，

(2)称量混料：按如下规定的原料配比(重量计)：

含镍废料压块               100t，

焦炭(固定碳含量折80％)     5t，

石灰                       30t，

分别计量称取物料，通过加料机混配成冶炼混合料，

(3)还原熔炼：将混配成的混合料加入6000kVA埋弧矿热炉内进行还原熔炼反应，控制6000kVA埋弧矿热内还原熔炼温度为1400℃、还原熔炼3小时，待还原熔炼反应彻底后(控制渣中Ni含量低于0.15％)，打开渣铁口倾倒入铁水包内，排渣后进行浇铸，即制得含镍中间合金的中间产品铸块，集中入库供下一步集中氧化精炼用，

(4)氧化精炼：称取含镍中间合金的中间产品铸块加入规格为2t的倾动精炼电弧炉内，

按如下重量配比称取原料：

含镍中间合金              2t，

石灰                      2.8t，

铁矿石                    0.1t，

进行氧化精炼反应时，将原料加入倾动精炼电弧炉内，送电待炉料熔化后，控制氧化精炼温度为1400℃时，吹入氧气进行氧化精炼时间2小时，待氧化精炼反应彻底后，硅、磷和钒分别生成CaO·SiO₂、CaO·P₂O₅和CaO·V₂O₅进入炉渣，倾渣后即制得磷含量低于0.02％的精炼合格的镍铁合金液，

(5)镍铁合金产品：再将氧化精炼制得的镍铁合金液注入铁水包内进行浇铸，冷却脱模后即可制得磷含量合格(低于0.02％)的精炼合格的镍铁合金产品。

Claims (3)

1.一种火法提取镍的生产方法，它依次按以下步骤进行：

(1)废料整备：整备含镍废料待用，

(2)称量混料：按规定的原料重量配比，分别计量称取物料混配成混合料，

其特征在于：

在上述废料整备的步骤中所说的含镍废料是含镍废催化剂，或含镍废脱硫剂，或将含镍废催化剂和含镍废脱硫剂经过湿法提取钒、钼后排弃的含镍残渣，

在上述称量混料的步骤中所说的规定的原料重量配比为：

含镍废料                                                 1份，

还原剂：焦炭、硅铁、硅钙、工业硅、硅钡、硅铝合金或煤     0.01∽0.25份，

熔剂：石灰或硅石                                         0.10∽0.50份，

(3)还原熔炼：将混配成的混合料送入冶炼炉内进行还原熔炼反应，控制还原熔炼温度为1000∽1600℃、还原熔炼时间为0.5∽3小时，排弃初级镍铁渣后制得含镍中间合金液，

(4)氧化精炼：在排弃初级镍铁渣后制得含镍中间合金液的冶炼炉内按如下重量配比称取物料加入冶炼炉内：

含镍中间合金                                           1份，

熔剂：石灰                                             0.2∽3.5份，

铁矿石                                                 0.01∽0.30份，

吹入氧气进行氧化精炼，控制氧化精炼温度为1000∽1700℃、氧化精炼时间为1∽4小时，倾渣后即制得精炼的镍铁合金液，

(5)镍铁合金产品：将氧化精炼制得的镍铁合金液进行浇铸，冷却脱模后即制得精炼合格的镍铁合金产品。

2.根据权利要求1所述的一种火法提取镍的生产方法，其特征在于：在还原熔炼的步骤中，将排弃初级镍铁渣后制得含镍中间合金液进行浇铸制成含镍中间合金铸块，作为中间产品集中入库，供下一步进行氧化精炼用。

3.根据权利要求1所述的一种火法提取镍的生产方法，其特征在于：所说的冶炼炉是矿热炉或电弧炉。

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