提高銅冶煉系統中鎳直收率的生產實踐

鐘仁志，李承祖，周岳珍，謝遠根，廖琦琦

（浙江江銅富冶和鼎銅業有限公司，浙江 杭州 311400）

本文所述銅冶煉廠采用富氧雙側吹熔池熔煉爐+PS轉爐+回轉式陽極爐的工藝流程，此套工藝對原料的適應范圍廣，對冷料的處理能力強，在高雜原料日益增多的情況下，仍能確保陽極板的質量達標，以供電解正常生產。但是，目前冶煉工藝里對部分有價金屬的直收率不高，造成資源的浪費，本文就對提高銅冶煉過程中鎳直收率展開相應研究。

1 鎳在冶煉系統內的走向及分配

在銅冶煉系統里，鎳的開路分三個方向：陽極板、煙塵、爐渣，其余含鎳的中間物料在銅冶煉系統內循環。爐渣中的鎳基本都是以氧化物形式存在，在目前的渣選礦工藝里，可以富集回收鎳的硫化物，難以富集回收鎳的氧化物，導致鎳流失嚴重，大量鎳進入尾礦中，造成金屬鎳的損失。基于此類現象，統計一段時間內鎳在冶煉系統內各階段的走向及分配率，研究金屬鎳損失的具體情況，如圖1所示。

圖1 鎳在銅冶煉系統內的走向及分配

如圖1所示，明確了鎳在銅冶煉各工序的分配情況，鎳被爐渣帶走是鎳損失的主因，在熔煉工序7.92%的鎳進入熔煉渣中，在吹煉工序35.57%的鎳進入轉爐渣中，在精煉工序5.36%的鎳進入精煉渣中，降低鎳的入渣率是提高鎳直收率的關鍵條件。如圖1的銅冶煉系統內，陽極板中鎳的直收率為54.41%。

2 提高鎳直收率的優化探索

2.1 提高鎳在熔煉工序直收率的優化探索

在熔煉階段，鎳的來源主要在外購冰銅、銅精礦中，原料中的鎳主要以氧化物、硫化物的形式存在。在高溫熔體中，鎳對硫的親和力大于鐵，鎳和FeS發生反應：

由于FeS的存在，鎳很少被氧化為NiO，冰銅中的鎳基本以Ni3S2形式存在，少量進入渣中。冰銅品位越高，渣量越大，被熔煉渣帶走的鎳就越多[1]。

根據熔煉階段鎳的損失與渣量大小成正比的特性，降低熱冰銅品位，控制熱冰銅品位在58%～60%以內，以減少熔煉渣量的方法來減少鎳的損失。

2.2 提高鎳在吹煉工序直收率的優化探索

在吹煉階段，對氧的親和力大小依次為鐵、鎳、銅，在造渣期，當熔體中FeS由于造渣反應生成鐵橄欖石進入渣中后，Ni3S2開始緩慢氧化，氧化產物與熔劑反應造渣[2]：

在造渣期，若造渣終點過吹，則產生NiO增加，進入渣中的鎳增加。故在造渣期，造渣終點欠吹，保留部分FeS，能有效抑制Ni3S2被氧化為NiO進入渣中。控制渣含硫在0.4%～0.6%以內，以減少鎳進入轉爐渣中。

在造銅期，部分Ni3S2發生反應生成金屬鎳：

在造銅期，造銅終點粗銅含氧越高，Ni、Ni3S2被氧化為NiO進入底渣中的量越大。故在造銅期，降低造銅期終點粗銅含氧，控制終點粗銅含氧在0.3%以下，以減少鎳被氧化進入底渣中。

2.3 提高鎳在精煉工序直收率的優化探索

在精煉過程中，粗銅中的鎳在氧化階段被氧化：

部分NiO與砷、銻的氧化物反應生成鎳云母（6Cu2O·8NiO·2As2O5、6Cu2O·8NiO·2Sb2O5）溶于銅水中，故鎳在精煉階段損失的較少，但NiO增加會導致進入陽極泥的金屬鎳增加[3]，不利于鎳的回收。

在精煉過程中，鎳的損失隨NiO產生的增加而增加。故在氧化期，縮短氧化時間，控制氧化終點銅水含硫在0.005%～0.008%以內，減少鎳被氧化進入精煉渣中。

在還原期，延長還原時間，控制陽極銅含氧在0.15%以下。同時通過降低銅水中的NiO的比例，來減少電解過程中鎳進入陽極泥中。

3 試驗結果

3.1 試驗期間熔煉工序含鎳物料走向

由圖2可知，在降低熱冰銅品位后，金屬鎳的入渣率由7.92%降低至7.24%。

圖2 熔煉工序含鎳物料走向圖

3.2 試驗期間吹煉工序含鎳物料走向

由圖3可知，在提高造渣期渣含硫后，金屬鎳的入渣率由35.57%降低至25.31%；同時在降低造銅期粗銅含氧后，在吹煉階段，熱粗銅中金屬鎳的直收率由60.34%提高至71.69%。

圖3 吹煉工序含鎳物料走向圖

3.3 試驗期間精煉工序含鎳物料走向

由圖4可知，在縮短氧化時間，提高氧化終點銅水含硫后，精煉渣中攜帶的鎳由5.36%降低至2.54%；同時在延長還原時間，降低還原終點陽極銅含氧后，在精煉階段，陽極板中金屬鎳的直收率由93.76%提高至95.68%，且降低陽極板中NiO的比例。

圖4 精煉工序含鎳物料走向圖

綜上可知，吹煉階段的鎳回收率最低，是鎳損失的主要階段，熔煉渣和轉爐渣作為渣選礦原礦，其中轉爐渣含鎳量占渣含鎳總量（不包括精煉渣中的鎳）的84.49%。在精煉階段鎳損失的最少，且精煉渣是中間物料，在銅冶煉系統內循環，所以精煉階段鎳損失極低。

在銅冶煉系統內實施相應工藝優化措施后，銅冶煉系統內，陽極板中金屬鎳的直收率為65.52%，較優化前提高11.11%，試驗取得顯著成效。

4 結論

通過對鎳在銅冶煉系統中走向分布規律的研究及對改進措施的試驗探索，得到如下結論：

（1）降低熱冰銅品位，控制熱冰銅品位在58%～60%以內，可有效減少熔煉渣量，從而降低鎳在熔煉渣中的分配率；

（2）提高造渣期終點渣含硫，控制渣含硫在0.4%～0.6%以內，可有效降低鎳在轉爐渣中的分配率；

（3）降低造銅期終點粗銅含氧，控制粗銅含氧在0.3%以下，可有效降低鎳在底渣中的分配率；

（4）縮短氧化時間，氧化終點銅水含硫在0.005%～0.008%以內，可有效降低鎳在精煉渣中的分配率；

（5）延長還原時間，控制陽極銅含氧在0.15%以下，可降低陽極銅中的NiO的比例，進而減少電解過程中鎳進入陽極泥中。