有色冶金概論講鎳冶金二

2造锍熔煉

2.1造锍熔煉概述造锍熔煉是有色金屬冶煉中一個重要的冶金過程。尤其是銅、鎳、鈷等金屬的火法冶金，一般來說，不能直接從精礦或焙砂中煉出金屬，而是需要通過一個造锍的中間過程。即將硫化物精礦、部分氧化焙燒的焙砂、返料及適量溶劑等物料，在一定溫度下（1200—1300℃）進行熔煉，產出兩種互不相溶的液相―熔锍和熔渣。這種熔煉過程稱為造锍熔煉。造锍熔煉的原理是基于主體金屬對硫的化學親和力大于其對氧的化學親和力，從而使金屬與硫或幾種金屬硫化物之間相互溶合為锍。造锍反應的目的是將爐料中的待提取的有色金屬和貴金屬聚集于锍中。

2.1.1原料原礦和精礦都可以進行造锍熔煉，但不同爐型進行造锍熔煉時對物料的要求也不同，如：自然爐、鼓風爐可以直接處理原礦，有的需要對原礦進行加工處理，如：閃速爐、電爐。2.1.2產物造锍熔煉的產物為低鎳锍、爐渣、煙氣、煙塵等。2.2鎳锍熔煉的理論基礎

2.2.1主要礦物在熔煉過程中發(fā)生的主要反應:進行造锍熔煉時，投入熔煉爐的爐料有銅鎳硫化礦和溶劑等，即：（Ni,Fe）9S8；Fe7S8；CuFeS2;FeS2；Fe3O4；MgO；CaO；Al2O3和SiO2等。這些物料在爐中發(fā)生一系列物理化學變化，最終形成煙氣和互不相溶的鎳锍和爐渣，其中主要的化學反應如下：

A、高價硫化物的分解Fe7S8＝7FeS+1/2S2

2CuFeS2=Cu2S+2FeS+S2

3(FeNi)S2=3FeS+Ni3S2+S2

（Ni,Fe）9S8＝2Ni3S2+3FeS+S2FeS2＝FeS＋1/2S2

這些反應的結果，使得物料的組成簡單化了，生成比較簡單而穩(wěn)定的化合物。B、低價硫化物的氧化2FeS＋3O2=2FeO+2SO2Ni3S2+3O2=3NiO+2SO2

C、造锍反應3FeS＋3NiO=Ni3S2+3FeO+0.5S2

D、造渣反應

爐子中產生的FeO在SiO2存在的條件下，將按下列反應形成爐渣：10Fe2O3+FeS=7Fe3O4+SO2

3Fe3O4+FeS＋5SiO2=5（2FeO.SiO2）+SO2

2FeO＋SiO2=2FeO.SiO2

CaO＋SiO2=CaO.SiO2MgO＋SiO2=MgO.SiO2

2.2.2其它少量元素在造锍熔煉過程中的行為

鎳精礦中除鎳元素外，還有少量的有價金屬。如銅，鈷及貴金屬等。另外還含有雜質金屬，如鋅、鉛、砷、銻等。精礦中銅、鈷都以低價硫化物的形式進入鎳锍。少部分被氧化成氧化物，這些氧化物在熔煉爐中與鐵的硫化物進行交互反應，生成硫化物，進入鎳锍。因為有這類反應的存在，才得以將絕大部分的有價金屬回收到锍中，實現造锍熔煉的最終目的。其中：

銅：在1350℃的熔煉溫度下，有Cu2O+FeS=Cu2S+FeO鈷：CoO+FeS=CoS+FeO鋅：原料中總鋅量的50-80%以氧化物形態(tài)進入爐渣，8-10%蒸發(fā)與爐氣一道從爐內排出。其發(fā)生的反應為：ZnS+3/2O2=ZnO+SO2ZnS+FeO=ZnO+FeSZnO+2SiO2=ZnO.2SiO2ZnO+SiO2=ZnO.SiO2

ZnO+ZnS=3Zn(g)+SO2

鉛：PbS氧化在FeS后，在Cu2S前。生成的PbO容易與SiO2造渣，PbS的揮發(fā)性很強，隨爐氣揮發(fā)的鉛達爐料總含鉛量的20%。在熔煉精礦時，則大部分鉛進入鎳锍。砷和銻：砷和銻在爐料中以硫化物和氧化物的形態(tài)存在，硫化銻在焙砂和熔煉時的變化與方鉛礦相似，但更易揮發(fā)。金銀等貴金屬主要以金屬狀態(tài)溶入鎳锍。

實踐證明，經造锍熔煉后有99%的金、銀、鉑等貴金屬進入锍中50%以上的砷、銻、鋅等雜質進入渣中，60%以上的鉛、鉍、硒、碲等金屬以氧化物形式揮發(fā)除去。2.2.3鎳锍的組成及其性質

熔煉硫化礦所得各種金屬的锍是很復雜的硫化物共熔體，但基本上是由金屬的低級硫化物所組成，其中富集了所提煉的金屬及貴金屬。例如鎳锍中主要是Ni3S2、FeS、Cu2S，它們所含鎳、鐵和硫的總和占鎳锍總量的80-90%。

2.2.4鎳在爐渣中的損失

A、化學損失B、物理損失C、機械損失A、化學損失

是指鎳以NiO.SiO2的形態(tài)造渣。在一般情況下，鎳以造渣形態(tài)損失是很小的，因為爐料中有足夠數量的硫和硫化物存在時，形成鎳的氧化物的可能性很小。

B、物理損失

物理損失是指鎳以Ni3S2的形態(tài)溶解于渣中。

這種損失有時很大。正確地選擇爐渣成份是減少鎳的物理損失的主要措施。為了降低硫化物在爐渣中的溶解度，應盡可能選擇酸度較大的爐渣。

C、機械損失

機械損失是指鎳以鎳锍小液珠的形態(tài)機械地混入爐渣。在正常熔煉的情況下，機械損失是鎳的最大損失。造成這種損失的主要原因是由于鎳锍很難與爐渣完全分離。其原因：a、爐渣的性質不良。b、爐渣與鎳锍的澄清分離條件不良。c、操作不當，d、鎳锍珠被SO2氣體漂起。2.3硫化鎳礦的造锍熔煉

硫化鎳礦的造锍熔煉分為閃速熔煉電爐熔煉2.3.1.1閃速熔煉概述

閃速熔煉是現代火法煉鎳比較先進的技術，它克服了傳統(tǒng)方法未能充分利用粉狀精礦的巨大表面積和熔煉分階段進行的缺點，從而，大大減少了能源消耗，提高了硫的利用率，改善了環(huán)境。

閃速熔煉是將經過深度脫水（含水小于0.3%）的粉狀精礦，在噴嘴中與空氣或氧氣混合后，以高速度（60-70m/s）從反應塔頂部噴入高溫（1450-1550℃）的反應塔內，此時精礦顆粒被氣體包圍，處于懸浮狀態(tài)，在2-3s內就基本上完成了硫化物的分解、氧化和熔化過程。熔融硫化物和氧化物的混合熔體落下到反應塔底部的沉淀池中匯集起來繼續(xù)完成锍與爐渣的形成過程，并進行沉清分離。爐渣在貧化爐處理后再棄去。閃速熔煉的特點：焙燒與熔煉結合成一個過程，爐料與氣體密切接觸，在懸浮狀態(tài)下與氣體進行傳熱和傳質，FeS與Fe3O4、FeS與Cu2O(NiO)以及其它硫化物與氧化物的交互反應主要在沉淀池中以液－液接觸的方式進行。閃速熔煉在有兩種基敢本形式：礦從反應塔頂涂垂直噴入爐內的（糞芬蘭）奧鈔托昆普閃捎速爐，精礦從爐子端叛墻上的碰噴嘴水謠平噴入爐內的（炮加拿大）屈閃速爐。閃速爐系練統(tǒng)閃速爐系租統(tǒng)包括物料制狡備閃速熔員煉轉爐吹煉框等主系統(tǒng)和氧氣皆制備供水、法供風、扁供電、啟供油、爐渣貧化駐和配料系國統(tǒng)等。處理的押主要原由料是選咬礦低鎂撒高硫銅魚鎳精礦閃速爐嫌產生的管煙氣S妻O2濃度8～戲12%經材余熱鍋爐岔、電收塵枝后制酸。閃速熔封煉的工討藝流程閃速爐乳的構造反應塔沉淀池上升煙兵道貧化區(qū)2.3.劍1.2仇生產含實踐閃速爐懇的入爐刷物料一般有干精礦粉狀溶召劑粉煤混合煙灰門等。銅鎳精礦告的礦物組宋成：（Ni,亡Fe）9S8，CuF勝eS2，Fe7S8，Fe3O4，Fe舟S2，MgO，類SiO2，Ca季O等。其中鐵秀的硫化蹄物的質淡量分數趁占55胃～85露%各元素質跑量百分含增量：Ni：7%Cu：麗4托%Co：勁0.1就8%Fe：醬41宜%S：2左7%裁CaO翼：1碑%M曉gO：轎6.5%蘇S魂iO2：良6.5帖%1、物料生制備1）．掏物料干虜燥2）．駐物料細饅磨1）物料害干燥精礦必須干紅燥至含水份低于背0.3%，當超臺過0.棚5%時幫，易使獸精礦在禮進入反篇應塔高磁溫氣氛騾中由于拼水分的比迅速汽賞化，而援被水汽膜所法包圍，以俱致阻礙反透應的迅速南進行，就有可樣能造成生料落入科沉淀池。金川是叛將含水分烈8%-1公0%的硫夏化銅鎳精迫礦經短窯螞（設粉煤餡燃燒室）屢、鼠籠打級散機和氣沃流管三段蠅低溫氣流吹快速干燥寶，得到含悔水份小于埋0.3%鐘的干精礦聲。2）．屬物料細憂磨入爐精礦粒度小于儲－200肢目的要大腰于80%。因為粒館度細，比滿表面積大隨，與氣體盾接觸面大線，傳熱、海傳質速度請快。此外貴，石英砂號、煤粉等詢也要經過朵處理。去上除水分和毯磨細。2、閃速港熔煉A.反白應塔內雕反應B沉宇淀池內呈反應C貧盜化區(qū)內播反應A.反案應塔內熊的反應a奧高價硫薄化物分坊解b低活價硫化物裹氧化同時在反要應塔內完歡成。將焙燒和游熔煉合剛二為一，煙氣SO2濃度高，易于回帆收制酸，糧環(huán)保。a、高表價硫化滴物在反零應塔內致分解（Ni，續(xù)Fe）9S8=2N傲i3S2+3Fe鼓S+1/侍2S22Cu加FeS2=Cu2S+2嘗FeS律+1/事2S2Fe7S8=7Fe的S+1/繪2S2FeS2=Fe扔S+1誓/2S2b、硫污化物在彼反應塔此內的氧窗化（1）好鐵的硫楊化物的偉氧化（2）銅的硫勢化物的哲氧化（3）鎳曠的硫化物（4）鈷逮的硫化物（1）近鐵的硫跌化物的串氧化在領反應塔加內可依巨下例反詢應直接匙氧化2FeS2+7O2=Fe2O3+4SO23FeS2+8O2=Fe3O4+6S底O210F眠e2O3+Fe減S=7蝦Fe3O4+SO216Fe2O3+FeS2=11F改e3O4+2SO22/3F友eS+腳O2=2/引3FeO準+2/嬸3SO2（2）耐銅的硫漁化物的滴氧化銅的硫化叢物——黃銅銅礦（C協uFeS2）在反梳應塔內嘩除進行栗裂解外耀，部分盯還發(fā)生莖如下反古應：2Cu浙FeS2+1嗚/2O2=Cu2S+F鋼eS甘+2速SO2+F布eO2/3綱Cu2S+困O2=2/隱3Cu2O+2/贊3SO2（3）躲鎳的硫枯化物(愚Ni.鋸Fe)9S8除離解輩反應外茅,也有少量的(循Ni3S2)被氧掏化進入亭渣中2/7鄉(xiāng)豐Ni3S2（l擱）+O2=6/7喜NiO（S）+4/7板SO2反應塔矛中的鎳帝約有5曾～7%叼以Ni吸O進入形沉淀池懂中,故券沉淀池倒中渣含飼鎳0.彎8～1恒.2%(4)宣鈷的擱硫化物今Co3S4在反應塔福高溫和強灣氧化氣氛美中有30庭～40%壟的鈷被氧辛化為Co談O進入渣匪中。2Co3S4+11新O2=6C奪oO+威8SO2B撒沉雖淀池內廣反應各種硫化艇物與氧化說物間造渣術反應和造懲锍反應主顏要在沉淀活池中以液－液乳接觸的方式搞進行。（1）透造渣反晶應（2）造葬锍反應（1）翁造渣反憲應：鐵（F欣eS、返FeO距和Fe3O4）脈石（垃MgC蓬a(C棄O3)2）進入沉淀豆池內的鐵揭有FeS霸、FeO享和Fe3O4其中F掉eS在余沉淀池弄內繼續(xù)免氧化，塊以Fe海O形式些與加入課的石英傍砂造渣門。反應但如下：2Fe抖S＋3狠O2=2達Fe誕O+2殲SO22Fe鋒O+S婦iO2=2F墻eO俊SiO2銅鎳精摩礦中脈刺石，主總要是M汗gCa茅(CO3)2，在反貢應塔分票解為M原gO映、C驚aO，肥在沉淀撲池造渣藏;MgO紀+沈SiO2=M識gO.暑SiO2CaO敏+強SiO2=C新aO.抗SiO2渣含M還gO維，要求墓不超過燭7%的社，每增泊長1%撤渣溫度鋒要提高永9～1宮0℃，吩超過8像%每增虛長1%木,渣溫艱就要提飼高35荷～40宅℃。（2）造邀锍反應：2Fe厲S（l）+2螺NiO（S）=2/3鄭Ni3S2（l）+2垃FeO（l）+1尼/3S2FeS（l）+C持u2O（l）=Cu2S+吳FeO（l）FeS（l）+Co園O（s）=Co秒S（l）+F宴eO（l）在反應貸塔及沉輸降池內撿反應生濁成的Ni3S2、Cu2S、Co哲S和Fe單S相互溶魚解生成銅閥鎳锍，干其中也唉溶解有懷貴金屬擺、金屬刮以及F倚e3O4C貧領化區(qū)內反祖應貧化區(qū)療的作用熱是使渣中斥的有價金益屬（氧化物抗形式存在唱）更多地真還原、沉性集在鎳锍繭中，以提投高金屬回收率。同時處理一伐部分含貪有價金穴屬的冷牧料。方法即酷為用兩弊個電極價加熱，提高爐乎渣溫度，插入干釣木棒，使金屬氧化炒物還原為訪金屬，進黎入鎳锍中。2.3.蝴2載電爐熔煉2.3蹤蝶.2.濟1電爐抬熔煉概深述電爐按斑電能轉滅換為熱皂能的方號式不同脖，可分證為：電斜阻爐、鈔電弧爐室、感應盯爐、復北合式電茄爐（這襯種爐即省有電阻會爐的性鄉(xiāng)豐能，又敢有電弧陪爐的特免點）。銅鎳冶金幼中所用的明電爐屬于工復合式電竊爐，因這選種電爐多畏用于熔煉雞礦石和精紐奉礦，故又梅稱為：礦纏熱電爐。電爐熔煉休的優(yōu)點A、熔少池溫度趨易于調斤節(jié)，并豎能獲得銳較高的集溫度，示可處理袋含難熔鴉物較多仆的物料晌，爐渣供易于過下熱，有眠利于四電氧化三闊鐵的還蜘原，渣震含有價狹金屬較銜低。B、爐氣框量較小，俯含塵較低理。完善的逆電爐密封敘，可提高待煙氣二氧蒜化硫濃度只，并可加粥以利用。墓C、對物危料的質量碼適應范圍揪大，可以筋處理一些壩雜料、返姨料。D、容易炎控制，便拔于操作，司易于實現室機械化和駝自動化。E、爐趟氣溫度愈低，熱陽利用率交達45陳—60趕%，爐霞頂及部厲分爐墻杜可以用裝廉價的瞎耐火粘暢土磚砌勺筑。電爐熔妻煉缺點A、電能堅消耗大，泄電費較高河時，加工買費高。B、對述爐料含拔水分要齡求嚴格待（不高果于3%哥）。C、脫筐硫率低董（16日—20藏%），顆處理含獨硫高的鋤物料時步，應在插熔煉前況采取必高要的脫緣瑞硫措施診。熔煉產物電爐熔繼煉硫化拼銅鎳精汪礦時，索其產品暮有低鎳锍：冶煉的卻中間產坑品，低抱鎳锍主鞋要由硫?；嚕ú鐽i3S2）、硫吩化銅（柏Cu2S）、硫權化鐵（搭FeS）役所組成，匙此外低冰衣鎳中還有蔽一部分硫觸化鈷、貴廁金屬和一楚些游離金廈屬及合金縱。在低鎳他锍中還溶墳解有少量截磁性氧化禁鐵。要送翠至轉爐工界序進一步蘿富集。爐渣匹：含貴金炊屬很低而顯廢棄煙織氣：煙終氣經收塵廟、制酸后狗排入大氣煙擦塵拌：收祥得的煙化塵則返鍛回電爐貿熔煉。爐渣的遷成分電爐熔毯煉產出雅的爐渣赴主要由稼以下五挽個主要域成份構輛成：SiO2、Fe置O、MgO、衰Al2O3和Ca耍O，它腫們的總睬和約占幅總量的唱97—仰98%陜。此外還騾含有少鍋量Fe3O4，鐵酸鹽扔以及金屬鉤的氧化物倘和硫化物捐。渣含金屬選量渣含金領屬量取決于渣和低濃鎳锍的勿性質渣溫操作技頸術水平根據各廠紙的實際情單況，通常跟為：Ni、異0.0勝7—0偽.25戲%，C頁u：0敏.05亂—0.疫10%棚，Co雖：0.把025崇—0.方1%。爐渣成份身對爐渣性埋質及金屬勾損失的影學響1、SiO2：渣中含S國iO2通常波動創(chuàng)于38—嘉45%的敬范圍內。毯在相同溫珍度下，隨淚SiO2含量增啄高，爐掠渣導電持性下降宿，粘度模升高同犬時熱熔危量增大款，爐料萄熔化的渠耗電量霞增加；游隨著S拼iO2含量增高敢，Ni3S2、Cu2S和C稍oS在僵爐渣中身溶解度促下降，求但粘度魂增加，號也加大銀了機械滾夾雜損康失。因申此，在晝電爐熔捐煉中，顆為降低慣金屬損爬失，爐轎渣中S公iO2含量控忍制在3不8—4租1%比殃較合適城。2、FeO熄：氧化亞鐵旨能大大改童變爐渣性功質，尤其桃是導電性休。隨著F腰eO含量唯增高，爐逼渣的導電肢性升高，巡壽熔點降低字（高鐵渣叉流動性好妻），但是癢比重大，侵低鎳锍和魯爐渣界面眠上的表面打張力降低廈，低鎳锍丸與爐渣分累離條件惡邁化，導致也金屬損失鑰增加。此頓外，高鐵連渣能很好芹地溶解硫伶化物，同吧樣會增加屑金屬損失犁。在熔煉室過程中，閥渣中氧化便亞鐵的最搜佳含量為忘25—3滲2%。3、MgO絕：渣含M元gO高驕，是硫棋化銅鎳在礦電爐枯熔煉的是一個特譜點。當餐渣含M億gO低忽于10叔%時，墨對爐渣墨性質無晚很大影型響。隨將著Mg蠟O含量曠增高超火過14雕%時，許爐渣熔冤點迅速黎上升，冊粘度增牢大，單覆位電耗蠅增大。促爐渣中積含Mg午O高于逗22%先時，爐疼渣導電舍率增大逃。隨著南MgO訊升高和略FeO印下降，蔥渣中含補有價金丹屬降低弓。電爐泰熔煉的病爐渣中貧氧化鎂野的最佳笨含量為園10—些12％追。4、CaO為：電爐渣帆含氧化嘉鈣不高壺，一般抹為3—逆8%，倍這種含瞞量對爐夸渣的性減質不產繪生重大沃影響。挑隨著C悅aO含噸量增高搖到18率%，爐零渣導電握增大1跌—2倍洽，渣比股重和粘縮慧度降低卻，硫化婆物（特旱別是C