基于后续提铁的镍冶炼新渣型研究

1143 编辑：中冶有色技术网来源：西安建筑科技大学冶金工程学院、金川集团公司镍钴研究院

2023-02-20 11:45:07

1 引言

镍火法冶炼过程会产生大量冶炼炉渣，仅金川公司镍冶炼系统的炉渣产出量约为，160万吨/a，除少量用于回填外，主要以堆存方式处理，不仅占用场地，污染环境，而且沉淀了大量的有价金属(主要是铁)无法有效利用[1-3]。

由于镍铜冶炼炉渣中的铁主要以硅酸铁的形式存在，难以通过直接还原或熔融还原直接提铁[2，3，4]。从提铁的角度出发，希望炉渣成分中的铁越高越好，SiO2越低越好，即铁硅比越高越好。即使不能提高渣的铁含量，采用碱性炉渣组元替代酸性的SiO2也将有利于炉渣中铁氧化物的还原。本文将沿着这一思路，对新渣型进行应用的可行性进行分析。

2 炉渣成分范围的可选择性分析

利用FactSage6.1计算了对应的FeO-SiO2-CaO-MgO四元系相图。其中MgO含量为9%的四元相图如图1所示。

由以图1可以看出，在要求炉渣熔点不高于1200℃，对氧化镁含量9%的炉渣而言，在保持炉渣中铁含量不降低或铁硅比(1.3)不变的情况下，在炉渣中氧化钙含量可提高到15%左右。如果保持渣中的氧化铁含量不变，氧化钙含量可提高到约9%的水平。在不添加氧化钙的条件下，铁硅比的极限值应为1.8左右。如能进一步提高冶炼温度，则可以将铁硅比提高到更高的水平。

CaO -SiO2-FeO-MgO系相图(MgO(wt%)=9)

图1 CaO -SiO2-FeO-MgO系相图(MgO(wt%)=9)

(注：以上各相图中绿色区域代表熔点在1100℃以下的炉渣组成，橙色区域代表熔点在1100-1200℃之间的炉渣组成。)

金川公司闪速炉入炉精矿的成分见表1，在考虑炉渣中的铁、镁、硅全部以低价氧化物存在，且不添加熔剂的情况下，原始的铁硅比应为4.52，位于图1中A点的位置，实际冶炼中不断添加熔剂SiO2，生成炉渣位于图1中B点的位置，成渣曲线如曲线AB所示，在保证铁含量不变的情况下，如果将炉渣中CaO质量分数提高到15%，其成分点应该位于图中C点的位置，则成渣曲线如曲线AC所示。可以看出，C点炉渣熔点仍然处于1200℃附近。

表1 精矿和炉渣组成

注：不添加熔剂的炉渣成分计算考虑镍铜100%还原，且未考虑添加硫化铁的影响。

相图分析表明，在镍冶炼过程适当提高炉渣中的CaO含量，同时降低炉渣中的SiO2是可能的。

2 新型炉渣熔点的测定与分析

采用RDS-05全自动炉渣熔点熔速测定仪，采用分析纯化学试剂配制了渣样进行了熔点等的测定。

图2 CaO含量对炉渣熔点的影响图3 Fe/SiO2对炉渣熔点的影响图

由图2可以看出，MgO质量分数为9%，对于不同的Fe/SiO2，随着CaO含量的增加，炉渣熔点先降低，达到一个最低值，此时CaO含量在10%~15%。由图3可以看出，MgO、CaO含量保持不变，炉渣熔点随着Fe/SiO2的增加而逐渐降低。在Fe/SiO2为1.2-1.8时， CaO含量在5-15%，炉渣的熔点可以保持在1200℃以下，和相图计算的结果一致。

3 新型炉渣物相变化

为了搞清炉渣成分变化对物相变化的影响，在镍闪速炉熔炼渣的基础上配制了添加CaO的炉渣，对其进行了物相分析。.

结合镍闪速熔炼工艺，在保持TFe不变的情况下，通过降低SiO2含量，提高渣中CaO含量，确定炉渣配方，主要考察TFe(wt%)=40，MgO(wt%)=9，CaO(wt%)=7、11、15等水平下炉渣的物相。炉渣配方如表3所示。

表3 物相分析用炉渣配方/wt%

按照配方，合成炉渣并熔化，随炉缓慢冷却后，取出熔渣磨碎，用X衍射仪对其物相进行分析，得到的各矿物具体含量见表4。

表4 物相分析结果/wt%

从表4可以看出，原渣中Fe有71.6%以 (Fe,Mg)2SiO4的形式存在，其他多数以Ca(Fe,Mg)Si2O6，以上两种矿物，还原性较差。在加入CaO以取代其中的SiO2之后，W1~W3中Fe均有50%以上以MgFe2O4的形式存在，不仅其磁性强，容易选分，而且其还原性要比(Fe,Mg)2SiO4好，因此更加易于后期还原提铁。

4 炉渣中CaO含量的变化对分配比的

为了进一步考察CaO含量的增加对冶炼的影响，进行了单因素实验，设定Fe/SiO2=1.5，MgO=9%，探讨CaO含量的增加(CaO=5~25%)这个单因素条件的变化对于锍渣当中Ni和Co分配比的影响情况。试验结果见图5、图6。