董曉偉,李有剛

(長沙有色冶金設計研究院有限公司,湖南長沙 410011)

我國氧氣側吹煉鎳技術的工程應用

董曉偉,李有剛

(長沙有色冶金設計研究院有限公司,湖南長沙 410011)

簡單說明了氧氣側吹熔池熔煉技術的發(fā)展及應用,著重介紹了氧氣側吹熔池熔煉技術用于處理銅鎳礦、紅土鎳礦和含鎳廢料的工程設計實例。

鎳;氧氣側吹熔池熔煉技術;工程設計

金屬鎳具有良好的機械強度、延展性、化學穩(wěn)定性和難熔耐高溫性,因此作為一種非常重要的有色金屬原料,被用于電鍍工業(yè)、電池生產、不銹鋼和合金鋼的生產,已成為發(fā)展現(xiàn)代航空航天、軍工制造、機械制造、原子能工業(yè)以及醫(yī)療器械等行業(yè)不可或缺的金屬原料。近年來,隨著經濟的持續(xù)快速發(fā)展,國民經濟發(fā)展對有色金屬消費需求也日益旺盛,我國已成為金屬鎳消費量增長最快的國家,消費量已連續(xù)多年居世界第一,2009年我國精鎳的消費量為44.7萬t,2010年鎳消費量達54.3萬t,增長率高達21.5%。

但我國鎳冶煉工藝整體相對比較落后,尤其是火法冶煉,大多采用鼓風爐生產工藝,存在著有價金屬回收率低、能耗高、環(huán)境污染嚴重等問題。為響應國家發(fā)展低碳經濟的政策要求,急需開發(fā)鎳綠色冶煉新工藝。氧氣側吹熔池熔煉技術是由我國自行研發(fā)的冶煉工藝,可用于處理硫化銅鎳礦、紅土鎳礦和含鎳廢料,在火法煉鎳方面具有非常廣闊的應用前景。

1 氧氣側吹熔煉技術概述

氧氣側吹熔池熔煉技術是在俄羅斯瓦紐科夫熔煉法的基礎上由我國自主研發(fā)。瓦紐科夫工藝在俄羅斯和哈薩克斯坦等國家被廣泛應用于銅、鎳硫化物的處理,至今已有三十多年的生產實踐經驗。2004年8月起俄羅斯南烏拉爾鎳廠利用該工藝處理低品位氧化鎳礦,經過多次試驗,2006年達到了預期目標,取得了良好的工藝技術指標,鎳的回收率可達88%,低鎳锍中鎳含量12.4%,爐渣中鎳含量0.17%。我國在瓦紐科夫爐的基礎上,對爐體結構、風口高度、水套材質和尺寸等進行了重大改進與創(chuàng)新,優(yōu)化了工藝技術條件,形成了系統(tǒng)的氧氣側吹熔池熔煉技術,據此將其爐命名為“氧氣側吹熔煉爐”。

氧氣側吹熔池熔煉技術在鎳冶煉領域有著良好的前期工業(yè)基礎。2001年11月至2004年10月,河南新鄉(xiāng)中聯(lián)總公司和長沙有色冶金設計研究院進行了氧氣側吹直接煉鉛工業(yè)實驗,共開爐試驗26次,處理鉛精礦萬余噸,取得了先進的技術經濟指標,目前正推廣實現(xiàn)工業(yè)化生產;赤峰金峰銅業(yè)有限公司采用氧氣側吹煉銅新工藝對原密閉鼓風爐工藝進行了改造,年產粗銅10萬t,目前生產運行狀況良好,各項指標優(yōu)異;此外,內蒙古自治區(qū)某銅業(yè)公司采用氧氣側吹熔煉技術建設的10萬t/a銅冶煉項目也將于年內建成投產。氧氣側吹熔煉技術在鉛、銅等有色金屬冶煉領域的成功應用,為其在鎳冶煉方面的應用積累了豐富的工業(yè)經驗。目前,國內A企業(yè)處理銅鎳礦冶煉工程已于2010年底建設完成,2011年3月初投產,B企業(yè)處理紅土鎳礦冶煉項目已完成施工圖設計,正處于建設籌備階段。此外,C企業(yè)采用氧氣側吹工藝處理含鎳廢料,目前項目正處于審批階段。這些項目的成功實施,將大大開拓氧氣側吹熔煉技術在鎳冶煉行業(yè)的應用,并將極大提升我國鎳冶煉的技術水平。

2 氧氣側吹煉鎳工程設計及應用

目前采用氧氣側吹煉鎳工藝的A企業(yè)已建成投產,B企業(yè)正處于建設籌備階段。C企業(yè)的項目正處于審批階段,預計2012年中旬投產。

2.1 原料成分

A企業(yè)、B企業(yè)和C企業(yè)處理物料分別為銅鎳礦、紅土鎳礦和含鎳廢料,其中銅鎳礦中鎳主要以硫化物形態(tài)存在,而紅土鎳礦和含鎳廢料中鎳主要以氧化物形態(tài)存在,各物料的成分設計值見表1。

表1 物料成分設計值%

2.2 設計規(guī)模及處理量

A企業(yè)處理銅鎳礦冶煉工程設計規(guī)模為:水碎金屬化高冰鎳含金屬鎳8 000 t/a,處理物料量約295 kt/a。

B企業(yè)處理紅土鎳礦冶煉項目設計規(guī)模為:處理紅土鎳礦21 kt/a,產出含鎳12.5%的低鎳锍3 100 t/a。

C企業(yè)的設計規(guī)模為:處理含鎳廢料量為100 kt/a,其中含鎳煙囪灰70 kt/a、銅冶煉過程中的煙道灰10 kt/a和銅鎳污泥20 kt/a,產出低鎳锍15 150 t/a(Ni 12.15%,Cu 15.75%)。

2.3 氧氣側吹爐結構

A企業(yè)氧氣側吹爐為“單區(qū)爐”。爐體為矩形豎爐,自下而上分為爐缸、爐身和爐頂。爐體基礎為帶形鋼筋混凝土,骨架為金屬構架,爐缸和虹吸池的底及墻由鉻鎂磚砌成,低鎳锍和爐渣虹吸池設在爐缸一側,爐渣虹吸池處設有1個油燒嘴,用于爐渣補熱;爐身為三層銅水套,風口設在第一層銅水套上,銅水套以上部分由內襯耐火磚的不銹鋼水冷水套組成,在爐子上部設有二次燃燒風口;爐頂由長條形不銹鋼水冷水套組成,兩端支撐在側墻的耐火磚上,并設有3個加料孔。

B企業(yè)氧氣側吹爐為“雙區(qū)爐”,由銅水套隔墻分為熔化和還原硫化兩個區(qū)。還原硫化區(qū)端部設有爐渣虹吸池,在側部設置鎳锍排出口,以定期排出低鎳锍。爐子骨架為金屬構架,爐缸和虹吸池的底和墻由鉻鎂磚砌成;爐身為三層銅水套,風口設在第一層銅水套上,還原硫化區(qū)風口位置比熔化區(qū)風口低300 mm,保證了兩區(qū)風口上方的熔體都有必要的高度,同時也保證了渣在還原硫化區(qū)有足夠的停留時間,水套以上部分由內襯耐火磚的不銹鋼水冷水套組成,在爐子上部設有二次燃燒風口;爐頂由長條形不銹鋼水冷水套組成,兩端支撐在側墻的耐火磚上,并設有2個加料孔。

C企業(yè)氧氣側吹爐也為“雙區(qū)爐”,爐子結構與B企業(yè)相似,不同之處在于還原硫化區(qū)一端增設有電熱區(qū),配有3根Φ450 mm石墨電極對熔體保溫,便于低鎳锍和爐渣更好地沉清分離。

2.4 設計工藝技術指標

氧氣側吹熔煉主要工藝技術指標設計值見表2。

表2 氧氣側吹熔煉主要工藝技術指標設計值

2.5 生產運行情況

A企業(yè)的項目已經于2010年底建設完成,2011年3月初正式投產,試生產一次成功,目前已順利運行3個多月,各項技術指標優(yōu)異。

目前該企業(yè)日處理物料量850 t,原料主要成分為Ni 3.25%,Cu 5.18%,Fe 43.58%,S 29.72%;產出低鎳锍含Ni約13%,Cu約16%,Fe約40%,渣含Ni＜0.25%,Cu＜0.4%,SiO2約32%,CaO約3.95%,MgO約4.19%;Ni回收率大于90%。

3 結束語

氧氣側吹熔池熔煉技術可用于處理各種含鎳物料。目前可開發(fā)的鎳資源主要有硫化鎳礦和氧化鎳礦兩種,隨著鎳需求量的不斷增長和硫化鎳礦資源的短缺,紅土鎳礦和含鎳廢料這種主要以氧化鎳形態(tài)存在的物料,將成為未來世界鎳工業(yè)發(fā)展的主要原料。氧化鎳礦的濕法冶煉工藝并未完全成熟,而火法流程中的鼓風爐法、回轉窯-電爐法和回轉窯直接還原法經濟能耗指標很不理想。因此從環(huán)境保護、金屬回收、生產成本以及資源綜合利用等方面考慮,氧氣側吹煉鎳技術將有廣闊的應用前景。

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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)

文獻標識碼:A

1003-5540(2011)03-0026-02

2011-04-08

董曉偉(1979-),男,工程師,主要從事有色冶金工程設計與咨詢工作。