高镍锍的制备系统及制备方法与流程

1.本发明涉及有色金属冶炼领域，具体而言，涉及一种高镍锍的制备系统及制备方法。


背景技术：

2.现有的含镍原料主要有硫化镍原料和红土镍矿。高镍锍是指镍含量高于74％的含镍合金，生产电池级硫酸镍的主要原料。现有工艺主要通过以硫化镍为原料进行吹炼制备高镍锍。
3.现有文献(cn1109914a)提供了一种不需要进行装料型吹炼的生产高品位镍锍的方法，该方法包括：a)至少部分待处理的硫化镍精矿同加入镍锍中的助剂一起在火法冶金炉(ⅲ)内进行精炼；b)将镍锍同助熔剂、烟尘、补充燃料和富氧空气一起供入悬浮冶炼炉，即快速冶炼炉中；c)在快速冶炼炉中，形成高品位镍锍和熔渣；d)将高品位镍锍进行水冶处理；e)用火法冶金炉来处理在快速冶炼炉内形成的熔渣，以便回收有用金属。
4.另一篇现有文献(cn1730684a)提供了一种硫化镍物料生产镍高锍的方法，该方法包括：将主原料硫化镍物料经氧化焙烧后辅以熔剂，助熔剂和还原剂在1300-1450℃进行抑铁熔炼，得到镍高锍产品，主原料中的83％-93％的铁则被抑制而进入炉渣，炉渣再以石膏矿作为镍捕集剂，进行贫化熔炼后得到镍锍及贫化渣。
5.又一篇现有文献(cn1376804a)提供了一种铜、镍硫化精矿闪速熔炼冶金工艺，包括：铜、镍硫化物精矿经过深度干燥后，先在闪速熔炼炉中呈悬浮状态被富氧氧化，获得液态铜锍或镍锍，然后液态铜锍或镍锍经流槽直接进入到顶吹熔池吹炼炉中呈熔-液状态被富氧空气或纯氧气或氧气进一步氧化获得粗铜或镍高锍。
6.但随着硫化镍原料的紧缺，传统工艺的产能大大被抑制，且成本也有所提升，急需一种替代原料。目前红土镍矿的产量丰富，大多用于生产镍铁合金，继而将其用于制备不锈钢炉料。为了提高高镍锍的产能，有必要开发一种以镍铁合金为原料的制备高镍锍的方法。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种高镍锍的制备系统及制备方法，以解决现有以硫化镍矿为原料制备高镍锍的方法存在原料紧缺和成本高的问题。
8.为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种高镍锍的制备系统，该制备系统包括：液化装置、硫化单元和吹炼单元。液化装置设置有含硫物料入口和液态含硫物料出口，用于使含硫物料液化；硫化单元设置有加料口、液态含硫物料入口和镍锍出口，液态含硫物料入口与液态含硫物料出口连通，加料口用于加入镍铁合金和第一熔剂；吹炼单元设置有镍锍入口、第二熔剂入口、含氧气体入口和高镍锍出口，镍锍入口与镍锍出口相连通。
9.进一步地，硫化单元包括：硫化装置和第一喷射装置；硫化装置设置有加料口、液态含硫物料入口和镍锍出口，优选地，硫化装置为硫转化炉、侧吹炉或底吹炉；第一喷射装置设置有硫化喷嘴、空气喷嘴、第一输送管路和第二输送管路，第一输送管路的入口端分别
与液态含硫物料输送管路以及保护气输送管路连通，第一输送管路的出口端与硫化喷嘴连通，以将液态含硫物料或保护气经硫化喷嘴喷入加料口；第二输送管路的入口端与空气输送管路连通，第二输送管路的出口端与空气喷嘴连通，以将空气经空气喷嘴喷入加料口。
10.进一步地，硫化单元包括进料调控装置，进料调控装置用于控制第一输送管路和第二输送管路中物料的流量。
11.进一步地，硫化单元还包括：第一阀门和第二阀门。第一阀门设置在液态含硫物料输送管路上；第二阀门设置在保护气输送管路上。
12.进一步地，该制备系统还包括自动控制装置，自动控制装置用于控制第一阀门和第二阀门的开启和闭合，以控制液态含硫物料与保护气的喷入频率。
13.进一步地，该硫化装置包括：壳体和可转动炉膛。壳体设置有液态含硫物料入口；可转动炉膛设置有开口，反应物料经开口输送至可转动炉膛中，且可转动炉膛设置在壳体的内部。
14.进一步地，吹炼单元包括：吹炼装置和第二喷射装置。吹炼装置设置有镍锍入口、第二熔剂入口、含氧气体入口和高镍锍出口；第二喷射装置设置有第三入口端和含氧气体喷嘴，第三入口端与含氧气体输送管路连通，含氧气体喷嘴与含氧气体入口连通，以将含氧气体喷入吹炼装置。
15.进一步地，吹炼单元还包括计量装置，计量装置用于控制镍锍与第二熔剂的投料比。
16.本技术的另一方面还提供了一种高镍锍的制备方法，采用本技术提供的高镍锍的制备系统进行制备，该制备方法包括：使含硫物料进行液化，得到液态含硫物料；将液态含硫物料、镍铁合金及第一熔剂经加料口加入硫化装置，并进行硫化冶炼，得到镍锍；将镍锍和第二熔剂及含氧气体在吹炼装置中进行吹炼，得到高镍锍。
17.进一步地，该制备方法包括：将保护气经加料口喷入硫化装置；当加料口完全浸没在硫化装置的熔池中时，停止喷入保护气，并液态含硫物料加入硫化装置，同时通过空气喷嘴向硫化装置中喷入空气；当液态含硫物料停止加入的同时，再次经加料口向硫化装置喷入保护气；优选地，保护气选自氮气、惰性气体或蒸汽。
18.进一步地，以喷射的方式将液态含硫物料加入硫化装置中，喷吹压力为0.4～0.5mpa，液态含硫物料中硫元素与镍铁合金中镍元素和铁元素的总重量之比为1：，空气压力为0.08～0.13mpa；优选地，硫化装置为硫转化炉、侧吹炉或底吹炉。
19.进一步地，硫化冶炼过程的温度为1200～1350℃，吹炼过程的温度为1200～1500℃。
20.进一步地，吹炼过程包括：向吹炼装置中喷入含氧气体，含氧气体的喷吹压力为0.08～0.13mpa，吹炼过程中氧气的浓度为50～100％。
21.进一步地，高镍锍的制备方法还包括对镍锍的成分进行检测，当镍锍的组成达到预定指标时，进行吹炼过程，其中预定指标为：以占镍锍的重量百分含量计，镍锍包括30～50％铁元素、10～20％硫元素和35～55％镍元素，熔点为1200～1250℃。
22.进一步地，第一熔剂和第二熔剂分别独立地选自石英石和/或二氧化硅；优选地，以占镍铁合金的重量百分含量计，第一熔剂和第二熔剂的加入量分别独立地选自为15～30％。
23.应用本发明的技术方案，在上述系统中，含硫物料在液化单元中进行液化，形成液态含硫物料。然后将液态含硫物料加入硫化单元，使其与镍铁合金发生硫化反应，形成镍锍；第一熔剂的加入能够降低硫化过程中的熔炼温度，同时进行造渣；在含氧气体的存在下，镍锍进行吹炼，形成高镍锍，第二熔剂的加入用于降低吹炼过程的温度，并造渣。上述高镍锍的制备系统以镍铁合金为原料，大大解决了以硫化镍矿为原料无法制得高镍锍的问题；同时上述制备系统结构简单，产能高，便于进行工业化推广。
附图说明
24.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
25.图1示出了根据本发明的一种典型的实施方式提供的高镍锍的制备系统的结构示意图；
26.图2示出了根据本发明的一种典型的实施方式提供的硫化装置的结构示意图；
27.图3示出了根据本发明的一种典型的实施方式提供的吹炼装置的结构示意图。
28.其中，上述附图包括以下附图标记：
29.10、液化装置；20、保护气供应装置；30、硫化单元；31、硫化装置；311、加料口；32、第一喷射装置；321、硫化喷嘴；322、空气喷嘴；301、第一阀门；302、第二阀门；40、吹炼单元；41、吹炼装置；411、镍锍入口；42、第二喷射装置；421、含氧气体喷嘴；43、计量装置；50、自动控制装置。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
31.正如背景技术所描述的，现有以硫化镍矿为原料制备高镍锍的方法存在原料紧缺和成本高的问题。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种高镍锍的制备系统，如图1所示，该制备系统包括：液化装置10、硫化单元30和吹炼单元40。液化装置10设置有含硫物料入口和液态含硫物料出口，用于使含硫物料液化；硫化单元30设置有加料口311、液态含硫物料入口和镍锍出口，液态含硫物料入口与液态含硫物料出口连通，加料口311用于加入镍铁合金和第一熔剂；吹炼单元40设置有镍锍入口411、第二熔剂入口、含氧气体入口和高镍锍出口，镍锍入口与镍锍出口相连通。
32.现有硫化过程通常是将固态含硫物料与镍矿直接进行硫化熔炼，但是固态含硫物料与镍矿进行硫化反应时，镍锍的产量较低，这使得其无法通过后续的吹炼方式制备高镍锍。发明人经过多年的研究发现将液态含硫物料与镍铁合金进行硫化反应能够提高镍锍的产率，因而提供一种以镍铁合金为原料制备高镍锍的系统。
33.在上述系统中，含硫物料在液化单元中进行液化，形成液态含硫物料。然后将液态含硫物料加入硫化单元30，使其与镍铁合金发生硫化反应，形成镍锍；第一熔剂的加入能够降低硫化过程中的熔炼温度，同时进行造渣；在含氧气体的存在下，镍锍进行吹炼，形成高镍锍，第二熔剂的加入用于降低吹炼过程的温度，并造渣。上述高镍锍的制备系统以镍铁合金为原料，大大解决了以硫化镍矿为原料无法制得高镍锍的问题；同时上述制备系统结构
简单，产能高，便于进行工业化推广。
34.在一种优选的实施例中，如图1所示，上述制备系统还包括保护气供应装置20，用于向硫化单元30中供应保护性气体。
35.上述硫化单元30只要能够使镍铁合金进行硫化反应即可，结构不做具体限定。在一种优选的实施例中，如图1所示，硫化单元30包括：硫化装置31和第一喷射装置32。硫化装置31设置有加料口311、液态含硫物料入口和镍锍出口；第一喷射装置32设置有硫化喷嘴321和空气喷嘴322，第一输送管路和第二输送管路，第一输送管路的入口端分别与液态含硫物料输送管路以及保护气输送管路连通，第一输送管路的出口端与硫化喷嘴321连通，以将液态含硫物料或保护气经硫化喷嘴321喷入加料口311；第二输送管路的入口端与空气输送管路连通，第二输送管路的出口端与空气喷嘴322连通，以将空气经空气喷嘴322喷入加料口311。
36.硫化过程开始时向通过硫化喷嘴321将保护气喷入，以抑制硫化喷嘴321被液体堵塞。同时使硫化喷嘴321完全浸没在熔池中时，停止喷入保护气，并通过硫化喷嘴321喷入液态含硫物料，这有利于抑制含硫物料在硫化反应之前被氧化，从而提高含硫物料的利用率。同时硫化过程中，经空气喷嘴322向硫化装置31中喷入空气，以使反应体系中的部分铁氧化，并与第一熔剂形成熔渣。硫化过程结束后，再次向硫化装置31中喷入保护气。
37.为了进一步提高整个工艺的自动化程度，降低操作人员的劳动强度，在一种优选的实施例中，硫化单元30还包括进料调控装置，该进料调控装置用于控制第一输送管路和第二输送管路中物料的流量。在一种优选的实施例中，上述进料调控装置可以包括多通道流通阀和流量监测装置，该多通道流通阀分别与第一输送管路和第二输送管路连通，且与流量监测装置为电连接，通过流量监测装置控制第一输送管路和第二输送管路的开启和闭合。采用上述进料调控装置可以更加精准的控制第一输送管路和第二输送管路中物料的流量。
38.在一种优选的实施例中，如图1所示，硫化单元30还包括：第一阀门301和第二阀门302。第一阀门301设置在液态含硫物料输送管路上；第二阀门302设置在保护气输送管路上。第一阀门301和第二阀门302的设置可以根据需要选择向硫化装置31中通入液态含硫物料或保护气，以降低液态含硫物料的被氧化的几率。
39.为了更好地控制液态含硫物料和保护气的输入频率，优选地，如图1所示，上述制备系统还包括自动控制装置50，自动控制装置50用于控制第一阀门301和第二阀门302的开启和闭合，以控制液态含硫物料与保护气的喷入频率。自动控制装置50的设置能够更好地控制液态含硫物料和保护气的输入频率，从而能够进一步降低含硫物料的利用效率，提高镍锍的产率，以及后续高镍锍的产率。
40.上述硫化装置31可以选用本领域常用的硫化装置。为了进一步提高硫化过程的硫化率，优选地，上述硫化装置31优选为硫转化炉、侧吹炉或底吹炉。在一种优选的实施例中，如图2所示，硫化装置31包括；壳体和可转动炉膛。壳体设置有液态含硫物料入口；可转动炉膛设置有开口，反应物料经开口输送至可转动炉膛中，且可转动炉膛设置在壳体的内部。
41.为了提高吹炼效率，如图1所示，在一种优选的实施例中，如图1和3所示，吹炼单元40包括吹炼装置41和第二喷射装置42，吹炼装置41设置有镍锍入口411、第二熔剂入口、含氧气体入口和高镍锍出口；第二喷射装置42设置有第三入口端和含氧气体喷嘴421，第三入
口端与含氧气体输送管路连通，含氧气体喷嘴421与含氧气体入口连通，以将含氧气体喷入吹炼装置41。
42.在一种优选的实施例中，如图1所示，吹炼单元40还包括计量装置43，计量装置43用于控制镍锍与第二熔剂的投料比。采用计量装置43用于控制镍锍与第二熔剂的投料比能够降低吹炼过程的热量消耗，甚至实现自热吹炼的目的，从而达到节约能源的目的。
43.本技术的另一方面还提供了一种高镍锍的制备方法，采用本技术提供的上述制备系统进行制备，该制备方法包括：使含硫物料进行液化，得到液态含硫物料；将液态含硫物料、镍铁合金及第一熔剂经加料口311加入硫化装置31，并进行硫化冶炼，得到镍锍；将镍锍和第二熔剂及含氧气体在吹炼装置41中进行吹炼，得到高镍锍。
44.在上述制备方法中，将含硫物料进行液化，形成液态含硫物料。然后将液态含硫物料与镍铁合金发生硫化反应，形成镍锍；第一熔剂的加入能够降低硫化过程中的熔炼温度，同时使镍锍与熔炼渣进行分离；在含氧气体的存在下，镍锍在硫转化炉中进行吹炼，形成高镍锍；第二熔剂的加入用于降低吹炼过程的温度，并使其与吹炼渣进行分离。上述高镍锍的制备系统以镍铁合金为原料，大大解决了以硫化镍矿为原料制备高镍锍存在的问题；同时上述制备系统结构简单，产能高，便于进行工业化推广。
45.为了进一步提高液态含硫物料的利用率，在一种优选的实施例中，该制备方法包括：将保护气经加料口311喷入硫化装置31；当加料口311完全浸没在硫化装置31的熔池中时，停止喷入保护气，并液态含硫物料加入硫化装置31，同时通过空气喷嘴322向硫化装置31中喷入空气；当液态含硫物料停止加入的同时，再次经加料口311向硫化装置31喷入保护气。
46.保护气可以是不参与硫化反应和吹炼过程任何气体。优选地，保护气包括但不限于氮气、惰性气体或蒸汽。
47.为了进一步提高液态含硫物料的喷射效率和硫化率，从而进一步提高后续高镍锍的产率，同时提高高镍锍与熔炼渣的分离率，在一种优选的实施例中，以喷射的方式将液态含硫物料加入硫化装置31中，喷吹压力为0.4～0.5mpa，液态含硫物料中硫元素与镍铁合金中镍元素和铁元素的总重量之比为1：(1～5)，空气压力为0.08～0.13mpa。
48.为了进一步提高硫化过程的硫化率，优选地，上述硫化装置31优选为硫转化炉，侧吹炉或底吹炉。
49.在一种优选的实施例中，硫化冶炼过程的温度为1200～1350℃，吹炼过程的温度为1200～1500℃。硫化冶炼的温度和吹炼过程的温度包括但不限于上述范围，而将其限定在上述范围内有利于提高高镍锍的收率。
50.为了进一步提高含氧气体的喷射效率，在一种优选的实施例中，上述炼过程包括：向吹炼装置41中喷入含氧气体，含氧气体的喷吹压力为0.08～0.13mpa，吹炼过程中氧气的浓度为50～100％，更优选为70～100％。
51.需要的说明的是，高镍锍是指火法冶炼过程产出的含镍、铜、钴、铁等的硫化共熔物，镍、铜及钴的总含量大于70％，铁含量小于4.5％。优选地，以占高镍锍的重量百分含量计，上述高镍锍包括60～80％镍元素，3～4.5％铁元素和10～20％硫元素。
52.在一种优选的实施例中，高镍锍的制备方法还包括对镍锍的成分进行检测，当镍锍的组成达到预定指标时，进行吹炼过程，其中预定指标为：以占镍锍的重量百分含量计，
镍锍包括30～50％铁元素、10～20％硫元素和35～55％镍元素，熔点为1200～1250℃。
53.由于镍锍的组成在一定程度上会影响吹炼过程中高镍锍的产率，将经硫化过程得到的镍锍的组成限定在上述范围内能够尽可能多地将镍元素和铁元素转移到镍锍中，同时去除镍锑合金中其它杂质元素的影响，从而使得其在吹炼过程中能够有更多的高镍锍产出。
54.上述硫化过程中，第一熔剂可以采用本领域常用的种类。在一种优选的实施例中，第一熔剂为石英石和/或二氧化硅。更优选为二氧化硅。镍铁合金中的铁被氧化后能够与二氧化硅结合形成铁硅酸盐低熔点熔渣。因而相比于其它熔剂，采用二氧化硅作为第一熔剂能够更好地降低硫化过程的熔炼温度，同时进一步去除杂质元素，提高高镍锍的品位。为了进一步提高高镍锍的品位和收率，更优选地，以占镍铁合金的重量百分含量计，第一熔剂的加入量为15～30％。
55.优选地，第二熔剂选自石英石和/或二氧化硅，以占所述镍锍的重量百分含量计，加入量为15～30％。
56.为了进一步提高镍铁合金中镍元素的提取率和高镍锍的产率，优选地，镍铁合金的组成为fe元素60～75wt％，ni元素30～40wt％，c元素1～3wt％，si元素1～3wt％。
57.镍铁品位在30％～40％之间，是以熔融和固态两种方式加入硫化转炉。熔融镍铁合金可以来自回转窑电炉或熔池熔炼工艺所产液态镍铁通过铁包间歇式加入转炉，其温度约1500℃；固态镍铁在吹炼过程中经称量后，与助熔剂一起连续加入硫化转炉。
58.硫化过程完毕后放出中间镍锍时需保留一部分镍锍，由于熔融镍铁合金加入硫化装置时温度约1500℃，因此需要在硫化装置中维持一定的镍锍，以尽量减小镍铁合金加入造成的熔池温度大幅上升。同时存量镍锍也有助于减小镍锍化学组成的波动，防止镍锍液化温度升高过多。由于硫化装置的内部一直保有大量存量镍锍，硫化转炉操作被视为半连续操作。
59.从硫化装置通过包子接收中间镍锍，空气吹入吹炼熔池以氧化其中的铁，并加入二氧化硅助熔剂造渣。炉渣经由转炉炉口周期性移除。当镍锍中的铁元素降至4.5％时，镍锍从转炉嘴排出。
60.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本技术所要求保护的范围。
61.实施例1
62.镍铁合成的组成见表1。
63.表1
64.fe，wt％ni，wt％c，wt％si，wt％71261.51.5
65.一种高镍锍的制备工艺，采用的制备装置结构示意图如图1所示，具体步骤如下：
66.将1t镍铁合金和石英石从炉口加入到硫化装置31(硫化转炉)的熔池中，液态硫磺和空气从炉体侧部的硫化喷嘴321和空气喷嘴322鼓入，液态硫磺喷吹压力为0.5mpa，空气喷吹压力0.1mpa，控制硫化装置31(硫化转炉)的作业温度为1300℃，渣中铁元素和二氧化硅的重量比为2:1，所得低镍锍含铁39.5wt％、镍53wt％、硫17.5wt％，硫元素利用率95％。所得低镍锍从镍锍出口倒出，送吹炼工段；生成的炉渣从炉口倒出，外售做建材用。硫化转
炉半连续作业，炉内始终留有部分镍锍底料。
67.热态低镍锍由包子经镍锍入口411加入到吹炼装置41(吹炼转炉)中，高镍块矿冷料、石英石熔剂从第二熔剂入口加入到吹炼转炉中，空气以0.13mpa喷吹压力从炉体侧部的含氧气体入口鼓入，控制吹炼温度1300℃。吹炼渣中铁元素与二氧化硅的重量比为2:1，镍回收率为98.75％，且高镍锍产品中含镍78％、铁1.5wt％、硫19.5wt％。生成的高镍锍从炉口倒出，粒化后得到高镍锍粒子外售，或送下游工序处理。
68.实施例2
69.与实施例1的区别为：硫化冶炼过程的温度1200℃，吹炼过程的温度为1500℃。
70.硫元素利用率93.1％，镍回收率为95.8％，高镍锍产品中含镍75.2wt％、铁为1.7wt％、硫为15.4wt％。
71.实施例3
72.与实施例1的区别为：硫化冶炼过程的温度1350℃，吹炼过程的温度为1200℃。
73.硫元素利用率94.3％，镍回收率为96.8％，高镍锍产品中含镍76.3wt％、铁为1.4wt％、硫为17.4wt％。
74.实施例4
75.与实施例1的区别为：硫化冶炼过程的温度为1150℃，吹炼过程的温度为1300℃。
76.硫元素利用率72.1％，镍回收率为67.4％，高镍锍产品中含镍72.2wt％、铁为1.9wt％、硫为10.1wt％。
77.实施例5
78.与实施例1的区别为：硫化装置为侧吹炉。
79.硫利用率94.1％，镍回收率95.4％，高镍锍产品中含镍76.2wt％、铁为1.5wt％、硫为14.4wt％。
80.实施例6
81.与实施例1的区别为：硫化装置为底吹炉。
82.硫利用率94.7％，镍回收率96.8％，高镍锍产品中含镍75.2wt％、铁为1.9wt％、硫为16.4wt％。
83.对比例1
84.与实施例1的区别为：
85.含硫物料未进行液化，直接以固态的形式进行硫化冶炼。
86.硫利用率60.1％，镍回收率75.4％，高镍锍产品中含镍72.2wt％、铁为7.5wt％、硫为13.4wt％。
87.从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：在上述系统中，含硫物料在液化单元中进行液化，形成液态含硫物料。然后将液态含硫物料加入硫化单元，使其与镍铁合金发生硫化反应，形成镍锍；第一熔剂的加入能够降低硫化过程中的熔炼温度，同时进行造渣；在含氧气体的存在下，镍锍进行吹炼，形成高镍锍，第二熔剂的加入用于降低吹炼过程的温度，并造渣。上述高镍锍的制备系统以镍铁合金为原料，大大解决了以硫化镍矿为原料无法制得高镍锍的问题；同时上述制备系统结构简单，产能高，便于进行工业化推广。
88.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技
术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。