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镍矿鼓风炉熔炼全解析

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:鼓风炉熔炼是最早的炼镍方法,该法是在鼓风炉中熔炼镍精矿制取低镍锍。图2.2.5熔炼硫化镍矿的鼓风炉剖视图鼓风炉中的最高温度是在炉内的焦点区,由焦炭强烈的燃烧或硫化物强烈的氧化形成。根据矿石组成、熔炼的热源与熔炼的目的不同,硫化矿的鼓风炉氧化熔炼可分为自热熔炼和半自热熔炼,其中半自热熔炼是典型的鼓风炉氧化熔炼。熔炼这种矿石需在鼓风炉中配入焦炭,进行半自热氧化熔炼。

镍矿鼓风炉熔炼全解析

鼓风炉熔炼是最早的炼镍方法,该法是在鼓风炉中熔炼镍精矿制取低镍锍。我国在20世纪六七十年代主要采用此方法,这是一种传统的炼镍方法,由于鼓风炉熔炼具有投资少、建设周期短、操作简单、易控制等特点,加上炉顶密封、富氧鼓风等先进技术的应用,使得这一传统的冶炼工艺在改善环境、降低能耗、烟气回收利用等方面得以不断完善和提高,且投资和生产费用较低,至今仍是一些中、小型企业的首选工艺。

鼓风炉是一种竖式炉,如图2.2.5所示,炉料(高品位块矿、烧结块或团矿、焦炭、熔剂、转炉渣等)从炉子上部加入炉内,空气由风口不断地鼓入炉内使固体燃料燃烧,热气自下而上地通过料柱,进行炉料与炉气逆向运动的热交换。从而实现炉料的预热、焙烧、熔化、造锍等一系列物理化学反应,最终完成提取并分离合格产物的过程,其工艺特点主要表现为以下几方面:

(1)炉气是通过炉内块料之间的孔隙向上运动,细碎粉状物料容易把孔隙堵塞或被气流带走,炉料透气性不佳,炉气气流分布不均,焦炭上燃。在气流分布不均的情况下,易产生炉结等故障,熔炼无法进行,因此只有大块的物料才可以在鼓风炉内进行,细小的物料必须进行专门的烧结、制团、混捏。

(2)在鼓风炉内,炉料与炉气之间逆向运动,造成良好的热交换条件保证了炉内较高的热利用率。

图2.2.5 熔炼硫化镍矿的鼓风炉剖视图

(3)鼓风炉中的最高温度是在炉内的焦点区(即风口区),由焦炭强烈的燃烧或硫化物强烈的氧化形成。炉子焦点区通常在风口稍上的区域内,炉料在下落过程中,通过温度范围很广的区域,即从加料水平面的300~500℃到炉子焦点区的1 300~1 450℃,也就是超过炉渣熔点以上150~200℃。因此,炉渣和镍锍在焦点区被过热,保证了它们的炉缸或前床很好地澄清分离。

(4)鼓风炉内最高温度取决于炉渣熔点,当炉料和炉渣成分一定时,强化燃料的燃烧,只能增加熔化速度,但不能显著地提高焦点区的温度。

(5)鼓风炉熔炼时,气相和炉料之间的化学作用具有重要意义。炉内气氛容易控制,当处理硫化矿时还原气氛,氧化程度比电炉高,脱硫率一般为45%,最高可达60%;当处理氧化矿时,炉内控制为还原气氛进行硫化熔炼。

根据矿石组成、熔炼的热源与熔炼的目的不同,硫化矿的鼓风炉氧化熔炼可分为自热熔炼和半自热熔炼,其中半自热熔炼是典型的鼓风炉氧化熔炼。下面以硫化铜镍矿的半自热熔炼为例加以介绍。

大多数铜和镍的矿床是浸染有石英和包含脉石的硫化矿石。这种矿石其热值不能满足纯自热熔炼的条件。熔炼这种矿石需在鼓风炉中配入焦炭,进行半自热氧化熔炼。在熔炼过程中,是靠焦炭的燃烧和黄铁矿的氧化以及进一步的造渣反应热提供所需的热量。(www.xing528.com)

烧结块或块矿加入熔炉后,随着料柱的下降料温逐渐提高,便会发生一系列的物理化学变化,干燥、脱水、分解、氧化、硫化、熔化后形成镍锍、炉渣等。现根据炉料在炉内向下运动的过程中发生的变化分述如下:

1)预备区(400~1 000℃)

炉料入炉后首先被加热到300~500℃,进行干燥脱水;温度达到400~500℃时,一部分高价硫化物开始进行分解反应析出硫;温度升到500~700℃时,首先发生固体硫化物的氧化反应,因为大多数硫化物的着火温度(500℃左右)比焦炭着火温度(600~800℃)低,所以硫化物优先氧化。在预备区,FeS氧化的主要产物是Fe3O4,当在下部与焦炭和FeS接触时又还原为FeO。

在预备区下部,温度为1 100~1 200℃区域内,烧结块中易熔硅酸盐和硫化物共晶开始熔化,形成初期炉渣和镍锍,在往下流动过程中受到过热,并逐渐熔解其他难熔成分,成为炉渣和镍锍进入本床。铜镍锍的形成反应如下:

上述反应产生的Ni3S2、Cu2S和FeS共熔形成镍锍,并熔有少量的Fe3O4和贵金属。硫化铁氧化反应和钙、镁碳酸盐离解反应产生的FeO、CaO、MgO等碱性氧化物,将与物料中的酸性氧化物SiO2反应形成各种硅酸盐。在高温下这些硅酸盐共熔在一起,形成另一种熔体产物炉渣。

2)焦点区(1 300~1 400℃)

该区主要是发生Fe3O4的还原、FeS的氧化(为FeO)、造渣(形成2FeO·SiO2)及焦炭燃烧反应。在焦点区,赤热的焦炭在完全燃烧前始终呈固态,而呈熔融状的FeS会迅速通过而进入本床,停留时间很短,所以半自热熔炼中的焦点区主要发生焦炭燃烧反应,而熔融FeS仅有少部分被氧化。

3)本床区(1 250~1 300℃)

镍锍和炉渣在本床区会汇集并初步分层,如果熔体是连续放出,则会在前床被分离为炉渣与镍锍,本床只是它们进入前床的过道。

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