一種硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法
2023-07-13 01:47:41
專利名稱：一種硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法
技術領域：
有色金屬冶金領域。
背景技術：
公知的，銅鎳硫化礦浮選精礦的冶煉方法依然主要是火法造鋶熔煉富集法。根據硫化銅鎳精礦的不同成份，通常需經預熔燒或燒結脫除一部分硫並改善爐料的理化性能，然後在1350℃以上高溫進行造鋶熔煉得到低鋶，可稱低冰鎳、銅鎳鋶。焙燒設備有迥轉窯、熔燒爐、豎爐、多膛爐和沸騰熔燒爐；熔煉設備多為鼓風爐、反射爐和電爐。近年來，現代化的大型銅、鎳冶金企業又引入了閃速熔煉爐和艾薩熔煉爐等強化熔煉過程的新型設備。例如中國金川公司採用沸騰焙燒——電爐和閃速爐熔煉工藝處理品位為Ni 5.7％，Cu 2.2％，S 22％的硫化精礦，得到平均成份為Ni 16.2％，Cu 8.17％，Co 0.485％，Fe 44.01％，S 24.08％的低冰鎳。中國新疆喀拉通克銅鎳礦和中國雲南金平鎳礦則都直接用鼓風爐分別處理Ni+Cu+Co為7.34％和4.35％的硫化鎳銅富塊礦得到銅鎳鋶。
經熔煉產出的低鋶通常在轉爐中吹煉成低鐵高鎳鋶。吹煉是銅、鎳冶煉廠用於處理低鋶，以除去其中大量鐵和多餘硫的最有效和最經濟的方法。世界上北方鎳公司、加拿大湯普遜鎳冶煉廠、鷹矯鎳公司、國際鎳公司等大型鎳冶金企業都無一例外地採用吹煉技術生產鎳高鋶。但由於吹煉過程是間歇式作業，而且中途需加料和倒渣，會造成爐氣漏入工作環境，使煙氣收集困難化和複雜化，但至今銅、鎳冶煉工業上還未找到一種更好的替代方法。
硫化銅鎳精礦造鋶熔煉——吹煉產出的鎳高鋶或稱銅鎳高鋶採用傳統細磨——浮選工藝分選。例如中國金川公司的鎳高鋶用磨浮工藝處理得到硫化鎳精礦、硫化銅精礦和銅鎳合金，再分別精煉為鎳、銅和貴金屬產品。銅鎳高鋶也可以直接用溼法工藝處理。例如南非萊帕拉公司高鋶採用兩段加壓浸出工藝分別浸出鎳和銅。並得到品位高達20％的貴金屬富集物，中國新疆阜康冶煉廠的銅鎳高鋶用1段常壓，1段加壓工藝處理得到硫酸鈷溶液和含貴金屬銅渣。
硫化銅鎳精礦的溼法冶金技術也有應用，主要是加壓氨浸。該法工藝較簡單，對環境汙染較小，鎳、鈷、銅回收率可分別達90％～95％，50％～75％，88％～92％，還能回收大部分鋶，對處理難選多金屬礦較有效，但不能回收伴生的貴金屬。加拿大舍利特·高爾登礦業公司的薩斯克切溫精煉廠和澳大利亞克溫那廠採用加壓氨浸工藝處理硫化鎳精礦，生產規模分別為年產鎳礦(或鎳塊)24900噸和30000噸。
國內外已研究過鐵鹽浸出、氯化浸出、二氧化碳浸出、陽極溶解等方法處理硫化鎳精礦，但仍處於試驗研究階段，早在20世紀60～80年代就已提出等離子冶金、微波冶金等新概念，但至今未見直接處理硫化鎳精礦應用資料的報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種硫化鎳物科生產鎳高鋶的方法，將硫化鎳物料經氧化焙燒後輔以熔劑，助熔劑和還原劑進行抑鐵熔煉，得鎳高鋶及爐渣，爐渣再行貧化熔煉後得鎳鋶及貧化渣。本發明對改進和簡化鎳冶煉工藝，節省能源、保護環境和伴生金屬綜合利用，產生積極意義。
本發明的技術內容1、原料、輔料及其配料比主原料為硫化鎳物料，包括硫化鎳精礦、硫化鎳渣、高鐵硫化鎳中的一種或幾種，本發明貧化熔煉後產出的鎳鋶可以返回配料用。主原料化學成份為Ni 18-24％，Co 0.44-0.80％，Cu 0.03-1.40％，Fe4.04-24.4％，S 18.0-27.5％。
輔料包括熔劑高爐水淬渣、石英砂，助熔劑燒石灰、螢石礦，炭還原劑及鎳捕集劑石膏礦。
表1 為抑鐵熔煉中主原料與焙砂及鎳鋶的配料比
表2 為抑鐵熔煉中主原料與輔料的配料比
表3 為貧化熔煉中抑鐵熔煉爐渣與輔料的配料比
2、發明按以下工藝步驟完成1)、主原料經乾燥脫水至含水量佔主原料量的10％-20％，再破碎至1mm以下；2)、破碎好的物料在氧化性氣氛中分別於中溫660-700℃或高溫850-950℃的溫度下進行氧化焙燒。以空氣作為氧化劑，控制通入的空氣量為3300-3700L/kg·料，焙燒時間2-4小時，分別將物料中的硫脫至≤10％和≤5％，並使物料中90％的硫化鐵氧化成為Fe2O3，得到焙砂。
當生產規模為1000TNi/年以下時，採用中溫660-700℃焙燒，採用間接加熱或焙燒，能避免物料被煤汙染，並可保持焙燒煙氣中較高的SO2濃度，便於利用或治理；當生產規模為≥1000TNi/年時，採用高溫850-950℃自熱沸騰焙燒——SO2煙氣制酸工藝進行處理，以降低能耗、提高伴生硫元素的利用率和改善對生態環境的保護。
3)、未經焙燒的硫化鎳主原料與同種鎳原料的焙砂及貧化熔煉產出的鎳鋶按表1配料，並且按表2方案1或方案2中任一方案配入熔劑、助熔劑和還原劑，混均後裝入熔煉爐中升溫至1300℃-1450℃溫度進行抑鐵熔煉，保持溫度反應30-60min，得到鎳高鋶產品，主原料中83.0％-93.0％的鐵則被抑制而進入爐渣。
4)、將鎳高鋶與爐渣分離後，熔融狀態的爐渣用石膏礦作鎳捕集劑進行貧化熔煉。配料按表3進行，溫度1350-1450℃，時間30-60min，得到鎳鋶與貧化渣。
抑鐵熔煉產出的鎳高鋶品位Ni 65.00％-74.00％，含Fe 4.0％-6.0％，Ni/Fe＝11-19，可直接用作熔鑄鋶化鎳陽極進行鎳電解精煉；也可經水淬、細磨後進行硫酸浸出——溶液淨化——鎳電積精煉系統精製。貧化熔煉得到的鎳鋶鎳品位44.0％-55.0％，含Fe 17.0％-31.0％，可返回抑鐵熔煉配料處理，貧化渣含Ni 0.43％-0.53％，作為棄渣堆放或送往水泥廠生產水泥。以貧化渣中鎳損失計，從主原料硫化鎳物料到鎳高鋶，鎳冶煉回收率97.14％-98.65％。
本發明與公知技術相比存在的優點及積極效果1)、本發明完全不用公知的鎳冶煉工藝中，低冰鎳或銅鎳鋶吹煉除鐵、銅，鎳高鋶磨浮分選銅和鎳兩個工藝步驟，而是通過抑鐵熔煉直接獲得鎳高鋶產品，流程簡短，金屬直收率高，加工成本低，易於工業化應用。
2)、本發明採用中溫或高溫氧化焙燒對主原料進行預處理，分別將物料中的硫由20％以上脫至≤10％或≤5％，並使物料中的硫化鐵90％以上氧化成Fe2O3，從而使本發明對原料具有較寬的適應性。不僅能處理低鐵物料，並能處理含Ni約20％，含Fe≥24％的高鐵硫化鎳原料。
3)、本發明採用不含銅、鐵或僅含微量銅、鐵的熔劑和助熔劑進行抑鐵熔煉，能確保得到高質量鎳高鋶，可減輕後續精煉時，鎳溶液淨化除銅的負擔。用鋼鐵廠高爐水淬渣作熔劑還具有容易熔化，獲取方便，價格低廉等特點。
4)、本發明採用石膏礦作抑鐵熔煉爐渣貧化熔煉的鎳捕集劑，同樣因其不含銅、鐵而優於使用硫化鎳精礦或硫鐵礦。
四
圖1是本發明工藝流程五具體實施方式
實施例1主原料硫化鎳濾渣料成份為Ni 22.10％，Co 0.44％，Fe7.86％，S 24.32％，Cu 0.03％，含水份53.05％。
(1)將主原料硫化鎳濾渣料脫水至10.2質量％，粉碎至-1mm的粉碎料；(2)稱取粉碎料5000g，其中3000g用磁發皿盛料，在箱式電阻爐中，於685℃溫度，以空氣作氧化劑進行氧化焙燒，空氣消耗量按3650L/kg·料計量供入爐內，焙燒過程中每隔15min扒料1次，焙燒時間3h。產出焙砂重1828.5g，含S 6.43％，焙砂產率60.95％，脫硫率83.88％。
(3)取主原料硫化鎳濾渣料與焙砂按表1配料為100∶91.425，將未焙燒的粉料2000g與焙砂1828.5g混合；並根據前述表2方案1按主原料∶高爐水淬渣∶石英砂∶螢石礦∶還原劑木炭粉的質量百分比為100∶50∶8∶2.4∶2的配料比，加入高爐水淬渣2500g，石英砂400g，螢石120g，木炭粉100g；用40#粘土石墨坩堝裝料後，於熔煉爐中升溫至1350℃-1400℃溫度進行抑鐵熔煉，保持溫度反應40min，取出坩堝使熔體冷凝，得到鎳高鋶1365g，成份為Ni 73.65％，Co 1.15％，Cu 0.15％，Fe 3.88％，S 18.95％，Ni/Fe＝18.98；熔煉爐渣3300g，含Ni 4.82％。
(4)按表3配料，抑鐵熔煉爐渣∶鎳捕集劑石膏礦∶石英砂∶螢石礦之質量比為100∶18.18∶18.18∶3.64，將熔煉爐渣3300g與石膏礦600g，石英砂600g，螢石礦120g混合後返回40#粘土石墨坩堝中，於1350℃-1400℃溫度貧化熔煉40min，得到貧化鎳鋶257g和貧化渣4100g。鎳鋶品位(％)Ni 54.50，Fe 17.06；貧化渣含Ni 0.48％，Co 0.15％。按貧化渣中鎳損失計，鎳冶煉回收率為98.22％。
實施例2主原料與實施例1主原料為同一種硫化鎳濾渣粉碎料，其成份、水分、粒度均相同。
(1)稱取硫化鎳濾渣粉碎料5000g，其中3000g，於900℃溫度氧化焙燒2.5h，空氣量以3370L/kg料計量供給。產出焙砂重1514g，含S 2.46％，焙砂產率50.47％，脫硫率94.84％。
(2)取主原料硫化鎳濾渣料∶焙砂∶貧化鎳鋶為100∶75.7∶12.85，將未焙燒的粉料2000g與高爐焙砂1514g及實施例1產出的貧化鎳鋶257g混合，並根據前述表3配料方案2按主原料∶石英砂∶燒石灰∶螢石礦∶還原劑焦炭粉為100∶40∶22∶3∶2之配料比，加入石英砂2000g，燒石灰1100g，螢石砂150g，焦炭粉100g；用40#粘土石墨坩堝裝料後，在熔煉爐中於1350℃-1400℃溫度抑鐵熔煉50min，得到鎳高鋶1644g，成份為Ni 74.84％，Co 1.25％，Fe 4.33％，S 18.95％，Ni/Fe＝17.28；熔煉爐渣3280g，含Ni2.64％。
(3)按抑鐵熔煉爐渣∶鎳捕集劑石膏礦∶石英砂∶螢石礦為100∶18.29∶18.29∶3.66，將抑鐵熔煉爐渣3280g與石膏礦600g，石英砂600g，螢石礦120g混合後返回40#粘土石墨坩堝，於1350℃-1400℃溫度貧化熔煉40min，得到鎳鋶147g和貧化渣4050g。鎳鋶品位Ni 49.84％，Fe 23.24％，貧化渣含鎳0.53％；以貧化渣中鎳損失量佔加入的主原料5000g與實施例1的鎳鋶257g所含金屬鎳量之和的比例計算，鎳冶煉回收率為98.28％。
實施例3主原料細粒狀高鐵含銅硫化鎳料5000g，其成份為Ni 22.71％，Co 0.609％，Cu 1.39％，Fe 24.33％，S 20.31％。
(1)取主原料3750g，用與實施例1步驟(2)相同的方法，於700℃溫度氧化焙燒3h，空氣量按3510L/kg料計量供給。產出焙砂重3012g，含S 6.75％，焙砂產率80.32％，脫硫率73.30％。
(2)按主原料與焙砂質量比為100∶241，將未經焙燒的試料1250g與焙砂3012g混合，以表2方案1配料，按主原料∶高爐水淬渣∶石英砂∶螢石礦∶木炭粉為100∶60∶20∶3∶1的配料比，加入高爐水淬渣3000g，石英砂1000g，螢石礦150g，木炭粉50g，用40#粘土石墨坩堝裝料，在熔煉爐中於1350℃-1400℃溫度抑鐵熔煉60min，得到鎳高鋶1415g，成份為Ni 66.75％，Co 0.89％，Cu 4.82％，Fe 6.06％，S 16.98％，Ni/Fe＝11.01；抑鐵熔煉爐渣6120g，含Ni3.21％。
(3)按抑鐵熔煉爐渣∶石膏礦∶石英砂∶螢石礦之質量比為100∶13.07∶13.07∶2.45，將抑鐵熔煉爐渣6120g與石膏礦800g，石英砂800g，螢石礦150g混合後返回40#粘土石墨坩堝，於1350℃-1400℃溫度貧化熔煉50min，得到鎳鋶375g和貧化渣7240g。鎳鋶品位Ni 44.06％，Fe 30.84％；貧化渣含Ni 0.43％，按貧化渣中鎳損失計，鎳冶煉回收率為97.26％。
權利要求
1.一種硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法，其特徵在於該方法的原料、輔料及其配料比是主原料為硫化鎳物料，包括硫化鎳精礦、硫化鎳渣、高鐵硫化鎳中的一種或幾種；輔料包括熔劑高爐水淬渣、石英砂中的一種或兩種，助熔劑燒石灰、螢石礦中的一種或兩種，炭質還原劑及鎳捕集劑石膏礦；抑鐵熔煉中主原料與焙砂及鎳鋶的配料質量百分比為主原料∶焙砂∶鎳鋶＝100∶75-250∶0-15，抑鐵熔煉中主原料與輔料的配料質量百分比為主原料高爐水淬渣∶石英砂∶螢石礦∶炭質還原劑為100∶40-80∶8-20∶2-4∶1-3或主原料石英砂∶燒石灰∶螢石礦∶炭質還原劑為100∶30-50∶15-30∶2-4∶1-3，貧化熔煉中抑鐵熔煉爐渣與輔料的配料比為抑鐵熔煉爐渣∶鎳捕集劑石膏礦∶石英砂∶螢石礦為100∶10-20∶10-20∶2-4。
2.根據權利要求1所述的硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法，其特徵在於主原料中還包括本發明貧化熔煉後產出的鎳鋶返回配料用。
3.根據權利要求1或2所述的硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法，其特徵在於主原料化學成份為Ni 18-24％，Co 0.44-0.80％，Cu0.03-1.40％，Fe 4.04-24.4％，S 18.0-27.5％。
4.一種硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法，其特徵在於用權利要求1-3中任一項所述的配方，生產鎳高鋶的方法按以下工藝步驟完成1)、主原料經乾燥脫水至含水量佔主原料量的10％20％，再破碎至1mm以下；2)、破碎好的物料在氧化性氣氛中分別於中溫660-700℃或高溫850-950℃的溫度下進行氧化焙燒，以空氣作為氧化劑，控制通入的空氣量為3300-3700L/kg·料，焙燒時間2-4小時；3)、未經焙燒的硫化鎳主原料與同種硫化鎳原料的焙砂及自產的貧化熔煉的鎳鋶經配料，並配入熔劑、助熔劑和還原劑，混均後裝入熔煉爐中進行抑鐵熔煉，控制溫度為1300℃-1450℃，保持溫度反應30-60min，得到鎳高鋶產品及爐渣；4)、將鎳高鋶與爐渣分離後，熔融狀態的爐渣用石膏礦作鎳捕集劑並配入石英砂、螢石礦後進行貧化熔煉，溫度1350-1450℃，時間30-60min，得到鎳鋶與貧化渣。
5.根據權利要求4所述的硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法，其特徵在於生產規模為1000TNi/年以下時，採用中溫660-700℃間接加熱焙燒，將物料中的硫脫至≤10質量％，。
6.根據權利要求4所述的硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法，其特徵在於生產規模為≥1000TNi/年時，採用高溫850-950℃自熱沸騰焙燒，將物料中的硫脫至≤5質量％。
全文摘要
本發明涉及一種硫化鎳物料生產鎳高鋶的方法，屬有色金屬冶金領域。將主原料硫化鎳物料經氧化焙燒後輔以熔劑，助熔劑和還原劑在1300－1450℃下進行抑鐵熔煉，保持溫度反應30－60min，得到鎳高鋶產品，主原料中83.0％－93.0％的鐵則被抑制而進入爐渣，爐渣再以石膏礦作鎳捕集劑，進行貧化熔煉後得鎳鋶及貧化渣。鎳高鋶品位65.0％－74.0％，貧化熔煉得到的鎳鋶鎳品位44.0％－55.0％。本發明革除了公知的鎳冶煉工藝中，低冰鎳或銅鎳鋶吹煉除鐵、銅，鎳高鋶磨浮分選銅和鎳兩個工藝步驟，對改進和簡化鎳冶煉工藝，節省能源、保護環境和伴生金屬綜合利用，產生積極意義。
文檔編號C22B9/02GK1730684SQ200510010978
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月23日 優先權日2005年8月23日
發明者楊茂才, 曹國華, 董保生, 楊思增 申請人:雲南錫業集團有限責任公司