鎳閃速熔煉熔劑改進(jìn)的工業(yè)試驗(yàn)

鄭軍福， 王萬(wàn)濤， 蔡棟元， 朱學(xué)松

(金川集團(tuán)股份有限公司， 甘肅 金昌 737100)

鎳閃速熔煉熔劑改進(jìn)的工業(yè)試驗(yàn)

鄭軍福， 王萬(wàn)濤， 蔡棟元， 朱學(xué)松

(金川集團(tuán)股份有限公司， 甘肅 金昌 737100)

進(jìn)行了風(fēng)沙替代部分粒石英作為鎳閃速熔煉熔劑的工業(yè)試驗(yàn)研究，由于風(fēng)沙含CaO較高，優(yōu)化了渣型，使渣含有價(jià)金屬降低，并且降低了生產(chǎn)成本。

鎳； 閃速熔煉； 熔劑； 風(fēng)沙； 石英； 渣型

0 概述

當(dāng)前國(guó)際鎳價(jià)持續(xù)低迷，鎳生產(chǎn)行業(yè)的利潤(rùn)空間大幅縮小。某廠(chǎng)鎳閃速熔煉所用熔劑為粒石英石加工后的石英石粉，其粒度-60目≥90%，含水≤1%、含SiO2≥90%。粒石英采購(gòu)成本為180元/t，風(fēng)沙的采購(gòu)成本為19.35元/t，遠(yuǎn)低于粒石英石采購(gòu)價(jià)。為了降低成本，工廠(chǎng)擬采用風(fēng)沙替代或部分替代石英石作為閃速爐熔劑。風(fēng)沙粒度在1 mm以下，含水約6%左右、含SiO260%～80%，稍作加工處理即可使用。用風(fēng)沙替代石英石，企業(yè)每年可節(jié)約可觀的成本費(fèi)用，故在鎳閃速熔煉爐進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并成功應(yīng)用于鎳閃速熔煉的實(shí)際生產(chǎn)中。

1 工業(yè)試驗(yàn)

1.1 物料成分

試驗(yàn)的物料成分見(jiàn)表1。

表1 物料成分 %

從表1可以看出：風(fēng)沙較粒石英含F(xiàn)e、CaO、MgO高，含SiO2略低。由于精礦、煙灰含F(xiàn)e、MgO較高，熔劑Fe、MgO含量的變化不會(huì)造成大的影響；粒石英含CaO僅為1%左右，而風(fēng)沙含CaO高達(dá)3.24%，且CaO對(duì)閃速爐渣型影響較為顯著，預(yù)計(jì)風(fēng)沙中的CaO對(duì)閃速爐爐況影響最大。另外，風(fēng)沙中尚有10%的成分未檢出，該部分對(duì)閃速爐爐況的影響值得關(guān)注。

1.2 試驗(yàn)過(guò)程

為保證閃速爐安全穩(wěn)定運(yùn)行，工業(yè)試驗(yàn)前進(jìn)行了詳細(xì)的核算，試驗(yàn)分四個(gè)階段進(jìn)行，見(jiàn)表2。

表2 風(fēng)沙替代粒石英試驗(yàn)進(jìn)度安排

1.3 工藝參數(shù)

試驗(yàn)期間鎳閃速爐工藝參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 閃速爐工藝參數(shù)

從表3可以看出，試驗(yàn)期間閃速爐各項(xiàng)工藝參數(shù)控制均較為穩(wěn)定，沒(méi)有出現(xiàn)大的波動(dòng)，說(shuō)明風(fēng)沙替代粒石英作熔劑可行。

1.4技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

風(fēng)沙替代粒石英作熔劑的初衷在于降低材料成本，節(jié)約能源，因此試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的分析尤為重要，試驗(yàn)期間閃速爐各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 工業(yè)試驗(yàn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

由表4可以看出：

(1) 配入風(fēng)沙后，熔劑制備系統(tǒng)產(chǎn)能提高了0.35 t/h；

(2)由于風(fēng)沙SiO2含量較低，反應(yīng)塔熔劑投入量提高了0.6 t/h；

(3)由于風(fēng)沙中未知成分較多，對(duì)渣锍分離產(chǎn)生了一定影響，導(dǎo)致燃料和還原劑投入量均有所增加，但增加幅度不大；

(4)閃速爐渣量有所降低而煙灰產(chǎn)率上升，說(shuō)明風(fēng)沙對(duì)反應(yīng)塔的反應(yīng)完全程度有一定影響。

總體來(lái)說(shuō)，風(fēng)沙替代粒石英作熔劑是可行的，配入風(fēng)沙后的利大于弊，不利影響是否是風(fēng)沙引起的有待于下一步工藝參數(shù)調(diào)整后驗(yàn)證和分析。經(jīng)過(guò)四

個(gè)階段的試驗(yàn)，最終確定風(fēng)沙與粒石英的最佳混合比例為2∶1。

本次工業(yè)試驗(yàn)最大的成果是風(fēng)沙進(jìn)入系統(tǒng)后渣含鎳和渣率均有降低，實(shí)現(xiàn)了渣型的優(yōu)化和渣含有價(jià)金屬的降低，提高了系統(tǒng)鎳回收率。

2 風(fēng)沙中CaO對(duì)熔劑品質(zhì)的影響

風(fēng)沙與粒石英中成分相差最大的是SiO2和CaO，其中SiO2含量降低15%左右，CaO含量升高4%左右；混合熔劑SiO2含量降低5%左右，CaO含量升高1%左右，整個(gè)試驗(yàn)階段風(fēng)沙和混合熔劑成分的平均值見(jiàn)表5。

表5 風(fēng)沙和熔劑成分 %

風(fēng)沙進(jìn)入閃速爐反應(yīng)塔首先發(fā)生熔化，而影響其熔點(diǎn)的主要因素是SiO2和CaO的比例。根據(jù)CaO-SiO2二元相圖， CaO-SiO2二元體系的最低熔點(diǎn)為1 436 ℃，此時(shí)CaO含量為37%，SiO2含量為63%，而風(fēng)沙中鈣硅比遠(yuǎn)小于此比例，且風(fēng)沙中含有10%左右未知成分。風(fēng)沙鈣硅比在0.1以下，在CaO小于30%的情況下，CaO-SiO2二元系的熔點(diǎn)隨CaO含量升高變化不大，因此可以排除CaO含量升高對(duì)混合熔劑熔點(diǎn)升高的影響。所以風(fēng)沙中CaO含量對(duì)混合熔劑的熔化沒(méi)有影響。

另從FeO-SiO2-CaO三元相圖可知，鐵橄欖石(Fe2SiO4)附近熔點(diǎn)較低，約為1 200 ℃；加入CaO以后，熔點(diǎn)有所降低，可降至1 100 ℃左右。因此風(fēng)沙中CaO對(duì)渣型的優(yōu)化是有利的。

3 生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 生產(chǎn)實(shí)踐

生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)和能耗均較為穩(wěn)定，而且閃速爐渣含鎳大幅降低，甚至出現(xiàn)了0.1%以下的個(gè)樣，風(fēng)沙進(jìn)入系統(tǒng)前后閃速爐能源消耗和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表6。

表6 實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

注：投料量85 t/h

生產(chǎn)實(shí)踐表明：

(1)風(fēng)沙進(jìn)入熔劑制備系統(tǒng)以后，熔劑系統(tǒng)產(chǎn)能略有降低，降幅為0.08 t/h，主要原因是風(fēng)沙粒度較小，含水高，在球磨機(jī)內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，降低了球磨機(jī)的研磨效率。由于熔劑制備系統(tǒng)產(chǎn)能有富余，產(chǎn)能的降低可以通過(guò)延長(zhǎng)生產(chǎn)時(shí)間來(lái)平衡;

(2)與試驗(yàn)前的預(yù)判不同，風(fēng)沙進(jìn)入閃速爐以后，反應(yīng)塔熔劑率沒(méi)有升高，反而降低了0.8%，因此大幅減少了熔劑投入量，達(dá)到了降耗的目的；

(3)風(fēng)沙進(jìn)入系統(tǒng)后，反應(yīng)塔燃料投入量基本沒(méi)有變化，從而驗(yàn)證了風(fēng)沙不會(huì)使反應(yīng)塔燃料消耗上升；

(4)與試驗(yàn)前的判斷相同，沉淀池、貧化區(qū)還原劑投入量和貧化區(qū)電單耗均有不同程度的升高。其主要原因是風(fēng)沙中有約10%的成分未檢出，這部分有害成分提高了爐渣的熔點(diǎn)，推測(cè)該成分可能是Al2O3，但還不能確定，有待于進(jìn)一步詳細(xì)分析來(lái)確定，不過(guò)完全可以排除是CaO的影響。

3.2 效益估算

2013年4月9日開(kāi)始，按照風(fēng)沙與粒石英的質(zhì)量比為2∶1進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)近一年的實(shí)踐，閃速爐的熔劑成本大幅降低，實(shí)現(xiàn)了降本增效。配入風(fēng)沙后，閃速熔煉還原劑消耗量、電能消耗量和渣指標(biāo)均有不同程度的降低，達(dá)到了節(jié)能降耗的目的。

配入風(fēng)沙后，除燃料和電能消耗略有上升外，其余各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均有不同程度的改善，全年所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益初步估算見(jiàn)表7。

表7 風(fēng)沙替代粒石英后全年經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估

粒石英價(jià)格為180元/t，風(fēng)沙價(jià)格為19.35元/t，全年有30 000 t風(fēng)沙替代粒石英，可節(jié)省：

(180-19.35)×30 000=480.65萬(wàn)元

因此，風(fēng)沙替代粒石英全年可給企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益：80.83+480.65=561.48萬(wàn)元

4 結(jié)論

(1)風(fēng)沙替代粒石英作閃速熔煉熔劑技術(shù)上可行，經(jīng)濟(jì)效益可觀。

(2)在保證風(fēng)沙品質(zhì)和含SiO280%左右的情況下，風(fēng)沙與粒石英的最佳比例為2∶1。

(3)風(fēng)沙替代粒石英經(jīng)濟(jì)效益十分顯著，全年可達(dá)561.48萬(wàn)元。

[1]彭容秋.鎳冶金[M].長(zhǎng)沙：中南大學(xué)出版社，2005.11-35.

[2]陳樹(shù)江等.相圖分析及應(yīng)用[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.104-157.

Industrialtestofimprovementoffluxinnickelflashsmelting

ZHENG Jun-fu, WANG Wan-tao, CAI Dong-yuan, ZHU Xue-song

The industrial test was performed that uses sand instead of partial particle quartz as the flux for nickel flash smelting. The slag type was optimized because of the high content of CaO in sand, leading to the decrease of valuable metals containing in slag and production cost.

nickel; flash smelting; flux; sand; quartz; slag type

鄭軍福(1968—)，男，甘肅靖遠(yuǎn)人，高級(jí)冶金工程師，畢業(yè)于蘭州大學(xué)，主要從事項(xiàng)目管理與生產(chǎn)技術(shù)工作。

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