CN1311090C - 一种硫化镍物料生产镍高锍的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫化镍物料生产镍高锍的方法，属有色金属冶金领域。将主原料硫化镍物料经氧化焙烧后辅以熔剂，助熔剂和还原剂在1300-1450℃下进行抑铁熔炼，保持温度反应30-60min，得到镍高锍产品，主原料中83.0%-93.0%的铁则被抑制而进入炉渣，炉渣再以石膏矿作镍捕集剂，进行贫化熔炼后得镍锍及贫化渣。镍高锍品位65.0%-74.0%，贫化熔炼得到的镍锍镍品位44.0%-55.0%。本发明革除了公知的镍冶炼工艺中，低冰镍或铜镍锍吹炼除铁、铜，镍高锍磨浮分选铜和镍两个工艺步骤，对改进和简化镍冶炼工艺，节省能源、保护环境和伴生金属综合利用，产生积极意义。

Description

一种硫化镍物料生产镍高锍的方法

一、所属技术领域：有色金属火法冶金领域。

二、背景技术：

公知的，铜镍硫化矿浮选精矿的冶炼方法依然主要是火法造锍熔炼富集法。根据硫化铜镍精矿的不同成份，通常需经预熔烧或烧结脱除一部分硫并改善炉料的理化性能，然后在1350℃以上高温进行造锍熔炼得到低锍，可称低冰镍、铜镍锍。焙烧设备有迥转窑、熔烧炉、竖炉、多膛炉和沸腾熔烧炉；熔炼设备多为鼓风炉、反射炉和电炉。近年来，现代化的大型铜、镍冶金企业又引入了闪速熔炼炉和艾萨熔炼炉等强化熔炼过程的新型设备。例如中国金川公司采用沸腾焙烧——电炉和闪速炉熔炼工艺处理品位为Ni 5.7％，Cu 2.2％，S 22％的硫化精矿，得到平均成份为Ni 16.2％，Cu 8.17％，Co 0.485％，Fe 44.01％，S 24.08％的低冰镍。中国新疆喀拉通克铜镍矿和中国云南金平镍矿则都直接用鼓风炉分别处理Ni+Cu+Co为7.34％和4.35％的硫化镍铜富块矿得到铜镍锍。

经熔炼产出的低锍通常在转炉中吹炼成低铁高镍锍。吹炼是铜、镍冶炼厂用于处理低锍，以除去其中大量铁和多余硫的最有效和最经济的方法。世界上北方镍公司、加拿大汤普逊镍冶炼厂、鹰矫镍公司、国际镍公司等大型镍冶金企业都无一例外地采用吹炼技术生产镍高锍。但由于吹炼过程是间歇式作业，而且中途需加料和倒渣，会造成炉气漏入工作环境，使烟气收集困难化和复杂化，但至今铜、镍冶炼工业上还未找到一种更好的替代方法。

硫化铜镍精矿造锍熔炼——吹炼产出的镍高锍或称铜镍高锍采用传统细磨——浮选工艺分选。例如中国金川公司的镍高锍用磨浮工艺处理得到硫化镍精矿、硫化铜精矿和铜镍合金，再分别精炼为镍、铜和贵金属产品。铜镍高锍也可以直接用湿法工艺处理。例如南非莱帕拉公司高锍采用两段加压浸出工艺分别浸出镍和铜。并得到品位高达20％的贵金属富集物，中国新疆阜康冶炼厂的铜镍高锍用1段常压，1段加压工艺处理得到硫酸钴溶液和含贵金属铜渣。

硫化铜镍精矿的湿法冶金技术也有应用，主要是加压氨浸。该法工艺较简单，对环境污染较小，镍、钴、铜回收率可分别达90％～95％，50％～75％，88％～92％，还能回收大部分锍，对处理难选多金属矿较有效，但不能回收伴生的贵金属。加拿大舍利特·高尔登矿业公司的萨斯克切温精炼厂和澳大利亚克温那厂采用加压氨浸工艺处理硫化镍精矿，生产规模分别为年产镍矿(或镍块)24900吨和30000吨。

国内外已研究过铁盐浸出、氯化浸出、二氧化碳浸出、阳极溶解等方法处理硫化镍精矿，但仍处于试验研究阶段，早在20世纪60～80年代就已提出等离子冶金、微波冶金等新概念，但至今未见直接处理硫化镍精矿应用资料的报导。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种硫化镍物料生产镍高锍的方法，将硫化镍物料经氧化焙烧后辅以熔剂，助熔剂和还原剂进行抑铁熔炼，得镍高锍及炉渣，炉渣再行贫化熔炼后得镍锍及贫化渣。本发明对改进和简化工艺，节省能源、保护环境和伴生金属综合利用，产生积极意义。

本发明的技术内容

1、主原料、辅料及其配料比

主原料为硫化镍物料，包括硫化镍精矿、硫化镍渣、高铁硫化镍中的一种或几种，本发明贫化熔炼后产出的镍锍可以返回配料用。主原料主要化学成份为Ni 18-24％，Co 0.44--0.80％，Cu 0.03--1.40％，Fe 4.04-24.4％，S 18.0--27.5％。

辅料为熔剂、助熔剂、炭还原剂及镍捕集剂。熔剂为高炉水淬渣、石英砂中的一种或两种，助熔剂为烧石灰、萤石矿中的一种或两种，镍捕集剂为石膏矿。表1为抑铁熔炼中未经焙烧的另一份主原料与焙砂及镍锍配料比，表2为抑铁熔炼中破碎好的主原料与辅料的配料比，表3为贫化熔炼中抑铁熔炼炉渣与辅料的配料比。

表1

抑铁熔炼原料配比	未焙烧另一份主原料	焙砂、镍锍质量与未焙烧另一主原料的质量比
				焙砂	贫化熔炼产出的镍锍
			100			75～250	0～15

表2

抑铁熔炼配料方案	破碎好的主原料	辅料与破碎好的主原料的质量比
							高炉水淬渣	石英砂	烧石灰	萤石矿	炭还原剂
		方案1	100	40～80	8～20	——						2～4	1～3
方案2	100						——	30～50	15～30	2～4	1～3

表3

贫化熔炼配料方案	抑制熔炼炉渣	辅料与抑铁熔铁炉渣的质量比
					石膏矿	石英砂	萤石矿
			100	10～20				10～20	2～4

2、发明按以下工艺步骤完成：

1)、主原料经干燥脱水至含水量占主原料量的10％-20％，再破碎至1mm以下；

2)、破碎好的主原料中的一部分，在氧化性气氛中在中温660-700℃或高温850-950℃的温度下进行氧化焙烧，以空气作为氧化剂，控制通入的空气量为3300-3700L/kg·料，焙烧时间2-4小时，中温氧化焙烧将主原料中的硫脱至≤主原料量的10％，高温氧化焙烧将主原料中的硫脱至≤主原料量的5％，并使物料中90％的硫化铁氧化成为Fe₂O₃，得到焙砂。

当生产规模为1000TNi/年以下时，采用中温660-700℃焙烧，采用间接加热或焙烧，能避免物料被煤污染，并可保持焙烧烟气中较高的SO₂浓度，便于利用或治理；当生产规模为≥1000TNi/年时，采用高温850--950℃自热沸腾焙烧——SO₂烟气制酸工艺进行处理，以降低能耗、提高伴生硫元素的利用率和改善对生态环境的保护。

3)、未经焙烧的破碎好的另一部分主原料与焙砂及贫化熔炼产出的镍锍按表1配料，破碎好的主原料按表2方案1或方案2中任一方案配入熔剂、助熔剂和还原剂，混均后装入熔炼炉中升温至1300℃-1450℃温度进行抑铁熔炼，保持温度反应30-60min，得到镍高锍产品，主原料中83.0％-92.0％的铁则被抑制而进入炉渣。

4)、将镍高锍与炉渣分离后，熔融状态的炉渣用石膏矿作镍捕集剂进行贫化熔炼。配料按表3进行，温度1350-1450℃，时间30-60min，得到镍锍与贫化渣。

抑铁熔炼产出的镍高锍品位Ni 65.0％-74.0％，含Fe 4.0％-6.0％，Ni/Fe＝11-19，可直接用作熔铸锍化镍阳极进行镍电解精炼；也可经水淬、细磨后进行硫酸浸出——溶液净化——镍电积精炼系统精制。贫化熔炼得到的镍锍镍品位44.0％-55.0％，含Fe 17.0％-31.0％，可返回抑铁熔炼配料处理，贫化渣含Ni 0.43％-0.53％，作为弃渣堆放或送往水泥厂生产水泥。以贫化渣中镍损失计，从主原料硫化镍物料到镍高锍，镍冶炼回收率97.14％-98.65％。

本发明与公知技术相比存在的优点及积极效果

1)、本发明完全不用公知的镍冶炼工艺中，低冰镍或铜镍锍吹炼除铁、铜，镍高锍磨浮分选铜和镍两个工艺步骤，而是通过抑铁熔炼直接获得镍高锍产品，流程简短，金属直收率高，加工成本低，易于工业化应用。

2)、本发明采用中温或高温氧化焙烧对主原料进行预处理，分别将物料中的硫由20％以上脱至≤10％或≤5％，并使物料中的硫化铁90％以上氧化成Fe₂O₃，从而使本发明对原料具有较宽的适应性。不仅能处理低铁物料，并能处理含Ni约20％，含Fe≥24％的高铁硫化镍原料。

3)、本发明采用不含铜、铁或仅含微量铜、铁的熔剂和助熔剂进行抑铁熔炼，能确保得到高质量镍高锍，可减轻后续精炼时，镍溶液净化除铜的负担。用钢铁厂高炉水淬渣作熔剂还具有容易熔化，获取方便，价格低廉等特点。

4)、本发明采用石膏矿作抑铁熔炼炉渣贫化熔炼的镍捕集剂，同样因其不含铜、铁而优于使用硫化镍精矿或硫铁矿。

四、附图说明：图1是本发明工艺流程：

五、具体实施方式

实施例1：主原料为硫化镍滤渣料主要化学成份为：Ni 22.10％，Co0.44％，Fe 7.86％，S 24.32％，Cu 0.03％，含水份53.05％。

(1)将硫化镍滤渣料脱水至10.2质量％，粉碎至小于1mm的破碎料；

(2)称取破碎好的硫化镍滤渣料5000g，其中3000g用磁发皿盛料，在箱式电阻炉中，于685℃温度，以空气作氧化剂进行氧化焙烧，空气消耗量按3650L/kg料计量供入炉内，焙烧过程中每隔15min扒料1次，焙烧时间3h。产出焙砂重1828.5g，含S 6.43％，焙砂产率60.95％，脱硫率83.88％；

(3)未经焙烧的另一份硫化镍滤渣料与焙砂按表1配料为100∶91.425，即为未焙烧的粉料2000g和焙砂1828.5g，将两者混合，并根据前述表2方案1按破碎好的主原料：高炉水淬渣∶石英砂∶萤石矿∶木炭粉的质量比为100∶50∶8∶2.4∶2的配料比，加入高炉水淬渣2500g，石英砂400g，萤石120g，木炭粉100g；用40#粘土石墨坩埚装料后，于熔炼炉中升温至1350℃-1400℃温度进行抑铁熔炼，保持温度反应40min，取出坩埚使熔体冷凝，得到镍高锍1365g，成份为Ni 73.65％，Co 1.15％，Cu 0.15％，Fe 3.88％，S 18.95％，Ni/Fe＝18.98；抑铁熔炼炉渣3300g，含Ni 4.82％；

(4)按表3配料，抑铁熔炼炉渣∶石膏矿∶石英砂∶萤石矿之质量比为100∶18.18∶18.18∶3.64，即为炉渣3300g，石膏矿600g，石英砂600g，萤石矿120g将它们混合后返回40#粘土石墨坩埚中，于1350℃-1400℃温度贫化熔炼40min，得到贫化镍锍257g和贫化渣4100g。镍锍品位(％)：Ni 54.50，Fe 17.06；贫化渣含Ni 0.48％，Co0.15％。按贫化渣中镍损失计，镍冶炼回收率为98.22％。

实施例2：主原料与实施例1主原料为同一种硫化镍滤渣破碎料，其成份、水分、粒度均相同。

(1)称取硫化镍滤渣破碎料5000g，其中3000g，于900℃温度氧化焙烧2.5h，空气量以3370L/kg料计量供给，产出焙砂重1514g，含S 2.46％，焙砂产率50.47％，脱硫率94.84％；

(2)按未经焙烧过的另一份破碎料∶焙砂∶贫化镍锍为100∶75.7∶12.85，即为未经焙烧过的另一份破碎料2000g与焙砂1514g及实施例1产出的贫化镍锍257g混合，并根据前述表2配料方案2按破碎好的主原料：石英砂∶烧石灰∶萤石矿∶还原剂焦炭粉为100∶40∶22∶3∶2之配料比，加入石英砂2000g，烧石灰1100g，萤石砂150g，焦炭粉100g；用40#粘土石墨坩埚装料后，在熔炼炉中于1350℃-1400℃温度抑铁熔炼50min，得到镍高锍1644g，成份为Ni74.84％，Co 1.25％，Fe 4.33％，S 18.95％，Ni/Fe＝17.28；熔炼炉渣3280g，含Ni2.64％；

(3)按抑铁熔炼炉渣∶石膏矿∶石英砂∶萤石矿为100∶18.29∶18.29∶3.66，即为炉渣3280g，石膏矿600g，石英砂600g，萤石矿120g，将它们混合后，返回40#粘土石墨坩埚，于1350℃-1400℃温度贫化熔炼40min，得到镍锍147g和贫化渣4050g。镍锍品位：Ni 49.84％，Fe 23.24％，贫化渣含镍0.53％；以贫化渣中镍损失量占加入的主原料5000g与实施例1的镍锍257g所含金属镍量之和的比例计算，镍冶炼回收率为98.28％；

实施例3：主原料为细粒状高铁含铜硫化镍料5000g，其主要化学成份为：Ni 22.71％，Co 0.609％，Cu 1.39％，Fe 24.33％，S 20.31％。

(1)取破碎好的细粒状高铁含铜硫化镍料3750g，用与实施例1步骤(2)相同的方法，于700℃温度氧化焙烧3h，空气量按3510L/kg料计量供给。产出焙砂重3012g，含S 6.75％，焙砂产率80.32％，脱硫率73.30％；

(2)按未经焙烧过的另一份与焙砂质量比为100∶241，即为未经焙烧的料1250g与焙砂3012g混合，破碎好的主原料以表2方案1配料，按破碎好的细粒状高铁含铜硫化镍料∶高炉水淬渣∶石英砂∶萤石矿∶木炭粉为100∶60∶20∶3∶1的配料比，加入高炉水淬渣3000g，石英砂1000g，萤石矿150g，木炭粉50g，用40#粘土石墨坩埚装料，在熔炼炉中于1350℃-1400℃温度抑铁熔炼60min，得到镍高锍1415g，成份为：Ni 66.75％，Co 0.89％，Cu 4.82％，Fe 6.06％，S 16.98％，Ni/Fe＝11.01；抑铁熔炼炉渣6120g，含Ni3.21％；

(3)按抑铁熔炼炉渣∶石膏矿∶石英砂∶萤石矿之质量比为100∶13.07∶13.07∶2.45，即为抑铁熔炼炉渣6120g，石膏矿800g，石英砂800g，萤石矿150g，将它们混合后返回40#粘土石墨坩埚，于1350℃-1400℃温度贫化熔炼50min，得到镍锍375g和贫化渣7240g。镍锍品位：Ni 44.06％，Fe 30.84％；贫化渣含Ni 0.43％，按贫化渣中镍损失计，镍冶炼回收率为97.26％。

Claims (6)

1、一种硫化镍物料生产镍高锍的配方，其特征在于，主原料、辅料及其配料比：主原料为硫化镍物料，包括硫化镍精矿、硫化镍渣、高铁硫化镍中的一种或几种，辅料为熔剂，助熔剂，炭还原剂及镍捕集剂，熔剂为高炉水淬渣、石英砂中的一种或两种，助熔剂为烧石灰、萤石矿中的一种或两种，镍捕集剂为石膏矿，抑铁熔炼中未经焙烧过的另一份主原料与主原料的焙砂及镍锍的配料质量比为未经焙烧的另一份主原料∶焙砂∶镍锍＝100∶75-250∶0-15，抑铁熔炼中破碎好的主原料与辅料的配料质量比为破碎好的主原料：高炉水淬渣∶石英砂∶萤石矿∶炭质还原剂为100∶40-80∶8-20∶2-4∶1-3或破碎好的主原料：石英砂∶烧石灰∶萤石矿∶炭质还原剂为100∶30-50∶15-30∶2-4∶1-3，贫化熔炼中炉渣与辅料的配料质量比为炉渣∶石膏矿∶石英砂∶萤石矿为100∶10-20∶10-20∶2-4。

2、根据权利要求1所述的硫化镍物料生产镍高锍的配方，其特征在于：主原料中还包括本发明贫化熔炼后产出的镍锍返回配料用。

3、根据权利要求1或2所述的硫化镍物料生产镍高锍的配方，其特征在于：主原料主要化学成份为Ni 18-24％，Co 0.44-0.80％，Cu 0.03-1.40％，Fe 4.04-24.4％，S 18.0-27.5％。

4、一种用权利要求1-3中任一项所述的配方生产镍高锍的方法，其特征在于，其按以下步骤完成：

1)、主原料经干燥脱水至含水量占主原料量的10％-20％，再破碎至1mm以下；

2)、破碎好的主原料中的一部份在氧化性气氛中于中温660-700℃或高温850-950℃下进行氧化焙烧，以空气作为氧化剂，控制通入的空气量为3300-3700L/kg·料，焙烧时间2-4小时，得到焙砂；

3)、未经焙烧的另一部份主原料与焙砂及自产的贫化熔炼的镍锍经配料，并按破碎好的主原料配入熔剂、助熔剂和还原剂，混均后装入熔炼炉中进行抑铁熔炼，控制温度为1300℃-1450℃，保持温度反应30-60min，得到镍高锍产品及炉渣；

4)、将镍高锍与炉渣分离后，熔融状态的炉渣用石膏矿作镍捕集剂并配入石英砂、萤石矿后进行贫化熔炼，温度1350-1450℃，时间30-60min，得到镍锍与贫化渣。

5、根据权利要求4所述的硫化镍物料生产镍高锍的方法，其特征在于：生产规模为1000TNi/年以下时，采用中温660-700℃间接加热焙烧，将主原料中的硫脱至≤主原料质量的10％，。

6、根据权利要求4所述的硫化镍物料生产镍高锍的方法，其特征在于：生产规模为≥1000TNi/年时，采用高温850-950℃自热沸腾焙烧，将主原料中的硫脱至≤主原料质量的5％。