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(yè)有限公司,浙江 杭州 311400)
本文所述銅冶煉廠采用富氧雙側(cè)吹熔池熔煉爐+PS轉(zhuǎn)爐+回轉(zhuǎn)式陽極爐的工藝流程,此套工藝對原料的適應(yīng)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(zhì)量達標(biāo),以供電解正常生產(chǎn)。但是,目前冶煉工藝?yán)飳Σ糠钟袃r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(yīng)研究。
在銅冶煉系統(tǒng)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(tǒng)內(nèi)循環(huán)。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?yán)?,可以富集回收鎳的硫化物,難以富集回收鎳的氧化物,導(dǎo)致鎳流失嚴(yán)重,大量鎳進入尾礦中,造成金屬鎳的損失?;诖祟惉F(xiàn)象,統(tǒng)計一段時間內(nèi)鎳在冶煉系統(tǒng)內(nèi)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(tǒng)內(nèi)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(zhuǎn)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(guān)鍵條件。如圖1的銅冶煉系統(tǒng)內(nèi),陽極板中鎳的直收率為54.41%。
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(fā)生反應(yīng):
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(jù)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(nèi),以減少熔煉渣量的方法來減少鎳的損失。
在吹煉階段,對氧的親和力大小依次為鐵、鎳、銅,在造渣期,當(dāng)熔體中FeS由于造渣反應(yīng)生成鐵橄欖石進入渣中后,Ni3S2開始緩慢氧化,氧化產(chǎn)物與熔劑反應(yīng)造渣[2]:
在造渣期,若造渣終點過吹,則產(chǎn)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??刂圃蛟?.4%~0.6%以內(nèi),以減少鎳進入轉(zhuǎn)爐渣中。
在造銅期,部分Ni3S2發(fā)生反應(yīng)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。
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(yīng)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(dǎo)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(chǎn)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(nèi),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。
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
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
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(zhuǎn)爐渣作為渣選礦原礦,其中轉(zhuǎn)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(tǒng)內(nèi)循環(huán),所以精煉階段鎳損失極低。
在銅冶煉系統(tǒng)內(nèi)實施相應(yīng)工藝優(yōu)化措施后,銅冶煉系統(tǒng)內(nèi),陽極板中金屬鎳的直收率為65.52%,較優(yōu)化前提高11.11%,試驗取得顯著成效。
通過對鎳在銅冶煉系統(tǒng)中走向分布規(guī)律的研究及對改進措施的試驗探索,得到如下結(jié)論:
(1)降低熱冰銅品位,控制熱冰銅品位在58%~60%以內(nèi),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(nèi),可有效降低鎳在轉(zhuǎn)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(nèi),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。