我國(guó)氧氣側(cè)吹煉鎳技術(shù)的工程應(yīng)用

董曉偉,李有剛

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南長(zhǎng)沙 410011)

我國(guó)氧氣側(cè)吹煉鎳技術(shù)的工程應(yīng)用

董曉偉,李有剛

(長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖南長(zhǎng)沙 410011)

簡(jiǎn)單說(shuō)明了氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用,著重介紹了氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)用于處理銅鎳礦、紅土鎳礦和含鎳廢料的工程設(shè)計(jì)實(shí)例。

鎳;氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù);工程設(shè)計(jì)

金屬鎳具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、延展性、化學(xué)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(chǎn)、不銹鋼和合金鋼的生產(chǎn),已成為發(fā)展現(xiàn)代航空航天、軍工制造、機(jī)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(lái),隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)有色金屬消費(fèi)需求也日益旺盛,我國(guó)已成為金屬鎳消費(fèi)量增長(zhǎng)最快的國(guó)家,消費(fèi)量已連續(xù)多年居世界第一,2009年我國(guó)精鎳的消費(fèi)量為44.7萬(wàn)t,2010年鎳消費(fèi)量達(dá)54.3萬(wàn)t,增長(zhǎng)率高達(dá)21.5%。

但我國(guó)鎳冶煉工藝整體相對(duì)比較落后,尤其是火法冶煉,大多采用鼓風(fēng)爐生產(chǎn)工藝,存在著有價(jià)金屬回收率低、能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等問(wèn)題。為響應(yīng)國(guó)家發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的政策要求,急需開發(fā)鎳綠色冶煉新工藝。氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)是由我國(guó)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(yīng)用前景。

1 氧氣側(cè)吹熔煉技術(shù)概述

氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)是在俄羅斯瓦紐科夫熔煉法的基礎(chǔ)上由我國(guó)自主研發(fā)。瓦紐科夫工藝在俄羅斯和哈薩克斯坦等國(guó)家被廣泛應(yīng)用于銅、鎳硫化物的處理,至今已有三十多年的生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。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(jīng)過(guò)多次試驗(yàn),2006年達(dá)到了預(yù)期目標(biāo),取得了良好的工藝技術(shù)指標(biāo),鎳的回收率可達(dá)88%,低鎳锍中鎳含量12.4%,爐渣中鎳含量0.17%。我國(guó)在瓦紐科夫爐的基礎(chǔ)上,對(duì)爐體結(jié)構(gòu)、風(fēng)口高度、水套材質(zhì)和尺寸等進(jìn)行了重大改進(jìn)與創(chuàng)新,優(yōu)化了工藝技術(shù)條件,形成了系統(tǒng)的氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù),據(jù)此將其爐命名為“氧氣側(cè)吹熔煉爐”。

氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)在鎳冶煉領(lǐng)域有著良好的前期工業(yè)基礎(chǔ)。2001年11月至2004年10月,河南新鄉(xiāng)中聯(lián)總公司和長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行了氧氣側(cè)吹直接煉鉛工業(yè)實(shí)驗(yàn),共開爐試驗(yàn)26次,處理鉛精礦萬(wàn)余噸,取得了先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),目前正推廣實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn);赤峰金峰銅業(yè)有限公司采用氧氣側(cè)吹煉銅新工藝對(duì)原密閉鼓風(fēng)爐工藝進(jìn)行了改造,年產(chǎn)粗銅10萬(wàn)t,目前生產(chǎn)運(yùn)行狀況良好,各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)異;此外,內(nèi)蒙古自治區(qū)某銅業(yè)公司采用氧氣側(cè)吹熔煉技術(shù)建設(shè)的10萬(wàn)t/a銅冶煉項(xiàng)目也將于年內(nèi)建成投產(chǎn)。氧氣側(cè)吹熔煉技術(shù)在鉛、銅等有色金屬冶煉領(lǐng)域的成功應(yīng)用,為其在鎳冶煉方面的應(yīng)用積累了豐富的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)。目前,國(guó)內(nèi)A企業(yè)處理銅鎳礦冶煉工程已于2010年底建設(shè)完成,2011年3月初投產(chǎn),B企業(yè)處理紅土鎳礦冶煉項(xiàng)目已完成施工圖設(shè)計(jì),正處于建設(shè)籌備階段。此外,C企業(yè)采用氧氣側(cè)吹工藝處理含鎳廢料,目前項(xiàng)目正處于審批階段。這些項(xiàng)目的成功實(shí)施,將大大開拓氧氣側(cè)吹熔煉技術(shù)在鎳冶煉行業(yè)的應(yīng)用,并將極大提升我國(guó)鎳冶煉的技術(shù)水平。

2 氧氣側(cè)吹煉鎳工程設(shè)計(jì)及應(yīng)用

目前采用氧氣側(cè)吹煉鎳工藝的A企業(yè)已建成投產(chǎn),B企業(yè)正處于建設(shè)籌備階段。C企業(yè)的項(xiàng)目正處于審批階段,預(yù)計(jì)2012年中旬投產(chǎn)。

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(shè)計(jì)值見表1。

表1 物料成分設(shè)計(jì)值%

2.2 設(shè)計(jì)規(guī)模及處理量

A企業(yè)處理銅鎳礦冶煉工程設(shè)計(jì)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(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為:處理紅土鎳礦21 kt/a,產(chǎn)出含鎳12.5%的低鎳锍3 100 t/a。

C企業(yè)的設(shè)計(jì)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(guò)程中的煙道灰10 kt/a和銅鎳污泥20 kt/a,產(chǎn)出低鎳锍15 150 t/a(Ni 12.15%,Cu 15.75%)。

2.3 氧氣側(cè)吹爐結(jié)構(gòu)

A企業(yè)氧氣側(cè)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(chǔ)為帶形鋼筋混凝土,骨架為金屬構(gòu)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(shè)在爐缸一側(cè),爐渣虹吸池處設(shè)有1個(gè)油燒嘴,用于爐渣補(bǔ)熱;爐身為三層銅水套,風(fēng)口設(shè)在第一層銅水套上,銅水套以上部分由內(nèi)襯耐火磚的不銹鋼水冷水套組成,在爐子上部設(shè)有二次燃燒風(fēng)口;爐頂由長(zhǎng)條形不銹鋼水冷水套組成,兩端支撐在側(cè)墻的耐火磚上,并設(shè)有3個(gè)加料孔。

B企業(yè)氧氣側(cè)吹爐為“雙區(qū)爐”,由銅水套隔墻分為熔化和還原硫化兩個(gè)區(qū)。還原硫化區(qū)端部設(shè)有爐渣虹吸池,在側(cè)部設(shè)置鎳锍排出口,以定期排出低鎳锍。爐子骨架為金屬構(gòu)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(fēng)口設(shè)在第一層銅水套上,還原硫化區(qū)風(fēng)口位置比熔化區(qū)風(fēng)口低300 mm,保證了兩區(qū)風(fēng)口上方的熔體都有必要的高度,同時(shí)也保證了渣在還原硫化區(qū)有足夠的停留時(shí)間,水套以上部分由內(nèi)襯耐火磚的不銹鋼水冷水套組成,在爐子上部設(shè)有二次燃燒風(fēng)口;爐頂由長(zhǎng)條形不銹鋼水冷水套組成,兩端支撐在側(cè)墻的耐火磚上,并設(shè)有2個(gè)加料孔。

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

2.4 設(shè)計(jì)工藝技術(shù)指標(biāo)

氧氣側(cè)吹熔煉主要工藝技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)值見表2。

表2 氧氣側(cè)吹熔煉主要工藝技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)值

2.5 生產(chǎn)運(yùn)行情況

A企業(yè)的項(xiàng)目已經(jīng)于2010年底建設(shè)完成,2011年3月初正式投產(chǎn),試生產(chǎn)一次成功,目前已順利運(yùn)行3個(gè)多月,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)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(chǎn)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(jié)束語(yǔ)

氧氣側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)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(zhǎng)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(lái)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(fēng)爐法、回轉(zhuǎn)窯-電爐法和回轉(zhuǎn)窯直接還原法經(jīng)濟(jì)能耗指標(biāo)很不理想。因此從環(huán)境保護(hù)、金屬回收、生產(chǎn)成本以及資源綜合利用等方面考慮,氧氣側(cè)吹煉鎳技術(shù)將有廣闊的應(yīng)用前景。

[1] 周曉文,張建春,羅仙平.從紅土鎳礦提取鎳的技術(shù)研究現(xiàn)狀和展望[J].四川有色冶金,2008,(1):18-22.

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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(xiàn)標(biāo)識(shí)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(shè)計(jì)與咨詢工作。