我国氧气侧吹炼镍技术的工程应用

董晓伟,李有刚

(长沙有色冶金设计研究院有限公司,湖南长沙 410011)

我国氧气侧吹炼镍技术的工程应用

董晓伟,李有刚

(长沙有色冶金设计研究院有限公司,湖南长沙 410011)

简单说明了氧气侧吹熔池熔炼技术的发展及应用,着重介绍了氧气侧吹熔池熔炼技术用于处理铜镍矿、红土镍矿和含镍废料的工程设计实例。

镍;氧气侧吹熔池熔炼技术;工程设计

金属镍具有良好的机械强度、延展性、化学稳定性和难熔耐高温性,因此作为一种非常重要的有色金属原料,被用于电镀工业、电池生产、不锈钢和合金钢的生产,已成为发展现代航空航天、军工制造、机械制造、原子能工业以及医疗器械等行业不可或缺的金属原料。近年来,随着经济的持续快速发展,国民经济发展对有色金属消费需求也日益旺盛,我国已成为金属镍消费量增长最快的国家,消费量已连续多年居世界第一,2009年我国精镍的消费量为44.7万t,2010年镍消费量达54.3万t,增长率高达21.5%。

但我国镍冶炼工艺整体相对比较落后,尤其是火法冶炼,大多采用鼓风炉生产工艺,存在着有价金属回收率低、能耗高、环境污染严重等问题。为响应国家发展低碳经济的政策要求,急需开发镍绿色冶炼新工艺。氧气侧吹熔池熔炼技术是由我国自行研发的冶炼工艺,可用于处理硫化铜镍矿、红土镍矿和含镍废料,在火法炼镍方面具有非常广阔的应用前景。

1 氧气侧吹熔炼技术概述

氧气侧吹熔池熔炼技术是在俄罗斯瓦纽科夫熔炼法的基础上由我国自主研发。瓦纽科夫工艺在俄罗斯和哈萨克斯坦等国家被广泛应用于铜、镍硫化物的处理,至今已有三十多年的生产实践经验。2004年8月起俄罗斯南乌拉尔镍厂利用该工艺处理低品位氧化镍矿,经过多次试验,2006年达到了预期目标,取得了良好的工艺技术指标,镍的回收率可达88%,低镍锍中镍含量12.4%,炉渣中镍含量0.17%。我国在瓦纽科夫炉的基础上,对炉体结构、风口高度、水套材质和尺寸等进行了重大改进与创新,优化了工艺技术条件,形成了系统的氧气侧吹熔池熔炼技术,据此将其炉命名为“氧气侧吹熔炼炉”。

氧气侧吹熔池熔炼技术在镍冶炼领域有着良好的前期工业基础。2001年11月至2004年10月,河南新乡中联总公司和长沙有色冶金设计研究院进行了氧气侧吹直接炼铅工业实验,共开炉试验26次,处理铅精矿万余吨,取得了先进的技术经济指标,目前正推广实现工业化生产;赤峰金峰铜业有限公司采用氧气侧吹炼铜新工艺对原密闭鼓风炉工艺进行了改造,年产粗铜10万t,目前生产运行状况良好,各项指标优异;此外,内蒙古自治区某铜业公司采用氧气侧吹熔炼技术建设的10万t/a铜冶炼项目也将于年内建成投产。氧气侧吹熔炼技术在铅、铜等有色金属冶炼领域的成功应用,为其在镍冶炼方面的应用积累了丰富的工业经验。目前,国内A企业处理铜镍矿冶炼工程已于2010年底建设完成,2011年3月初投产,B企业处理红土镍矿冶炼项目已完成施工图设计,正处于建设筹备阶段。此外,C企业采用氧气侧吹工艺处理含镍废料,目前项目正处于审批阶段。这些项目的成功实施,将大大开拓氧气侧吹熔炼技术在镍冶炼行业的应用,并将极大提升我国镍冶炼的技术水平。

2 氧气侧吹炼镍工程设计及应用

目前采用氧气侧吹炼镍工艺的A企业已建成投产,B企业正处于建设筹备阶段。C企业的项目正处于审批阶段,预计2012年中旬投产。

2.1 原料成分

A企业、B企业和C企业处理物料分别为铜镍矿、红土镍矿和含镍废料,其中铜镍矿中镍主要以硫化物形态存在,而红土镍矿和含镍废料中镍主要以氧化物形态存在,各物料的成分设计值见表1。

表1 物料成分设计值%

2.2 设计规模及处理量

A企业处理铜镍矿冶炼工程设计规模为:水碎金属化高冰镍含金属镍8 000 t/a,处理物料量约295 kt/a。

B企业处理红土镍矿冶炼项目设计规模为:处理红土镍矿21 kt/a,产出含镍12.5%的低镍锍3 100 t/a。

C企业的设计规模为:处理含镍废料量为100 kt/a,其中含镍烟囱灰70 kt/a、铜冶炼过程中的烟道灰10 kt/a和铜镍污泥20 kt/a,产出低镍锍15 150 t/a(Ni 12.15%,Cu 15.75%)。

2.3 氧气侧吹炉结构

A企业氧气侧吹炉为“单区炉”。炉体为矩形竖炉,自下而上分为炉缸、炉身和炉顶。炉体基础为带形钢筋混凝土,骨架为金属构架,炉缸和虹吸池的底及墙由铬镁砖砌成,低镍锍和炉渣虹吸池设在炉缸一侧,炉渣虹吸池处设有1个油烧嘴,用于炉渣补热;炉身为三层铜水套,风口设在第一层铜水套上,铜水套以上部分由内衬耐火砖的不锈钢水冷水套组成,在炉子上部设有二次燃烧风口;炉顶由长条形不锈钢水冷水套组成,两端支撑在侧墙的耐火砖上,并设有3个加料孔。

B企业氧气侧吹炉为“双区炉”,由铜水套隔墙分为熔化和还原硫化两个区。还原硫化区端部设有炉渣虹吸池,在侧部设置镍锍排出口,以定期排出低镍锍。炉子骨架为金属构架,炉缸和虹吸池的底和墙由铬镁砖砌成;炉身为三层铜水套,风口设在第一层铜水套上,还原硫化区风口位置比熔化区风口低300 mm,保证了两区风口上方的熔体都有必要的高度,同时也保证了渣在还原硫化区有足够的停留时间,水套以上部分由内衬耐火砖的不锈钢水冷水套组成,在炉子上部设有二次燃烧风口;炉顶由长条形不锈钢水冷水套组成,两端支撑在侧墙的耐火砖上,并设有2个加料孔。

C企业氧气侧吹炉也为“双区炉”,炉子结构与B企业相似,不同之处在于还原硫化区一端增设有电热区,配有3根Φ450 mm石墨电极对熔体保温,便于低镍锍和炉渣更好地沉清分离。

2.4 设计工艺技术指标

氧气侧吹熔炼主要工艺技术指标设计值见表2。

表2 氧气侧吹熔炼主要工艺技术指标设计值

2.5 生产运行情况

A企业的项目已经于2010年底建设完成,2011年3月初正式投产,试生产一次成功,目前已顺利运行3个多月,各项技术指标优异。

目前该企业日处理物料量850 t,原料主要成分为Ni 3.25%,Cu 5.18%,Fe 43.58%,S 29.72%;产出低镍锍含Ni约13%,Cu约16%,Fe约40%,渣含Ni＜0.25%,Cu＜0.4%,SiO2约32%,CaO约3.95%,MgO约4.19%;Ni回收率大于90%。

3 结束语

氧气侧吹熔池熔炼技术可用于处理各种含镍物料。目前可开发的镍资源主要有硫化镍矿和氧化镍矿两种,随着镍需求量的不断增长和硫化镍矿资源的短缺,红土镍矿和含镍废料这种主要以氧化镍形态存在的物料,将成为未来世界镍工业发展的主要原料。氧化镍矿的湿法冶炼工艺并未完全成熟,而火法流程中的鼓风炉法、回转窑-电炉法和回转窑直接还原法经济能耗指标很不理想。因此从环境保护、金属回收、生产成本以及资源综合利用等方面考虑,氧气侧吹炼镍技术将有广阔的应用前景。

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Abstract:The development and application of oxygen side-blown bath smelting process were briefly introduced, and it focused on the engineering design examples that oxygen side-blown bath smelting technology were used to process the copper-nickel sulfide ore,nickel laterite and nickeliferous waste materials.

Key words:nickel;oxygen side-blown bath smelting technology;engineering design

Engineering Application of Oxygen Side-blown Nickel Smelting Process in China

DONG Xiao-wei,LI You-gang
(Changsha Engineering&Research Institute Ltd.of Nonferrous Metallurgy,Changsha410011,China)

文献标识码:A

1003-5540(2011)03-0026-02

2011-04-08

董晓伟(1979-),男,工程师,主要从事有色冶金工程设计与咨询工作。