1 引言
鎳火法冶煉過程會產(chǎn)生大量冶煉爐渣，僅金川公司鎳冶煉系統(tǒng)的爐渣產(chǎn)出量約為，160萬噸/a，除少量用于回填外，主要以堆存方式處理，不僅占用場地，污染環(huán)境，而且沉淀了大量的有價金屬(主要是鐵)無法有效利用[1-3]。
由于鎳銅冶煉爐渣中的鐵主要以硅酸鐵的形式存在，難以通過直接還原或熔融還原直接提鐵[2，3，4]。從提鐵的角度出發(fā)，希望爐渣成分中的鐵越高越好，SiO2越低越好，即鐵硅比越高越好。即使不能提高渣的鐵含量，采用堿性爐渣組元替代酸性的SiO2也將有利于爐渣中鐵氧化物的還原。本文將沿著這一思路，對新渣型進(jìn)行應(yīng)用的可行性進(jìn)行分析。
2 爐渣成分范圍的可選擇性分析
利用FactSage6.1計(jì)算了對應(yīng)的FeO-SiO2-CaO-MgO四元系相圖。其中MgO含量為9%的四元相圖如圖1所示。
由以圖1可以看出，在要求爐渣熔點(diǎn)不高于1200℃，對氧化鎂含量9%的爐渣而言，在保持爐渣中鐵含量不降低或鐵硅比(1.3)不變的情況下，在爐渣中氧化鈣含量可提高到15%左右。如果保持渣中的氧化鐵含量不變，氧化鈣含量可提高到約9%的水平。在不添加氧化鈣的條件下，鐵硅比的極限值應(yīng)為1.8左右。如能進(jìn)一步提高冶煉溫度，則可以將鐵硅比提高到更高的水平。
圖1 CaO -SiO2-FeO-MgO系相圖(MgO(wt%)=9)
(注：以上各相圖中綠色區(qū)域代表熔點(diǎn)在1100℃以下的爐渣組成，橙色區(qū)域代表熔點(diǎn)在1100-1200℃之間的爐渣組成。)
金川公司閃速爐入爐精礦的成分見表1，在考慮爐渣中的鐵、鎂、硅全部以低價氧化物存在，且不添加熔劑的情況下，原始的鐵硅比應(yīng)為4.52，位于圖1中A點(diǎn)的位置，實(shí)際冶煉中不斷添加熔劑SiO2，生成爐渣位于圖1中B點(diǎn)的位置，成渣曲線如曲線AB所示，在保證鐵含量不變的情況下，如果將爐渣中CaO質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到15%，其成分點(diǎn)應(yīng)該位于圖中C點(diǎn)的位置，則成渣曲線如曲線AC所示?？梢钥闯?，C點(diǎn)爐渣熔點(diǎn)仍然處于1200℃附近。
表1 精礦和爐渣組成
注：不添加熔劑的爐渣成分計(jì)算考慮鎳銅100%還原，且未考慮添加硫化鐵的影響。
相圖分析表明，在鎳冶煉過程適當(dāng)提高爐渣中的CaO含量，同時降低爐渣中的SiO2是可能的。
2 新型爐渣熔點(diǎn)的測定與分析
采用RDS-05全自動爐渣熔點(diǎn)熔速測定儀，采用分析純化學(xué)試劑配制了渣樣進(jìn)行了熔點(diǎn)等的測定。
圖2 CaO含量對爐渣熔點(diǎn)的影響 圖3 Fe/SiO2對爐渣熔點(diǎn)的影響圖
由圖2可以看出，MgO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%，對于不同的Fe/SiO2，隨著CaO含量的增加，爐渣熔點(diǎn)先降低，達(dá)到一個最低值，此時CaO含量在10%~15%。由圖3可以看出，MgO、CaO含量保持不變，爐渣熔點(diǎn)隨著Fe/SiO2的增加而逐漸降低。在Fe/SiO2為1.2-1.8時， CaO含量在5-15%，爐渣的熔點(diǎn)可以保持在1200℃以下，和相圖計(jì)算的結(jié)果一致。
3 新型爐渣物相變化
為了搞清爐渣成分變化對物相變化的影響，在鎳閃速爐熔煉渣的基礎(chǔ)上配制了添加CaO的爐渣，對其進(jìn)行了物相分析。.
結(jié)合鎳閃速熔煉工藝，在保持TFe不變的情況下，通過降低SiO2含量，提高渣中CaO含量，確定爐渣配方，主要考察TFe(wt%)=40，MgO(wt%)=9，CaO(wt%)=7、11、15等水平下爐渣的物相。爐渣配方如表3所示。
表3 物相分析用爐渣配方/wt%
按照配方，合成爐渣并熔化，隨爐緩慢冷卻后，取出熔渣磨碎，用X衍射儀對其物相進(jìn)行分析，得到的各礦物具體含量見表4。
表4 物相分析結(jié)果/wt%
從表4可以看出，原渣中Fe有71.6%以 (Fe,Mg)2SiO4的形式存在，其他多數(shù)以Ca(Fe,Mg)Si2O6，以上兩種礦物，還原性較差。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，不僅其磁性強(qiáng)，容易選分，而且其還原性要比(Fe,Mg)2SiO4好，因此更加易于后期還原提鐵。
4 爐渣中CaO含量的變化對分配比的
為了進(jìn)一步考察CaO含量的增加對冶煉的影響，進(jìn)行了單因素實(shí)驗(yàn)，設(shè)定Fe/SiO2=1.5，MgO=9%，探討CaO含量的增加(CaO=5~25%)這個單因素條件的變化對于锍渣當(dāng)中Ni和Co分配比的影響情況。試驗(yàn)結(jié)果見圖5、圖6。
可以看出：在實(shí)驗(yàn)條件下，鎳渣當(dāng)中Ni、Co的分配比隨著CaO含量的增加變化不大，Ni的分配比在41.5~42.6之間。說明在鎳冶煉過程采用高鈣低硅渣是可能的，可為后期鎳冶煉渣的綜合利用創(chuàng)造條件。
另外，如果鎳冶煉渣后期還原提鐵過程的強(qiáng)還原條件可進(jìn)一步回收其中的鎳，從綜合利用的角度出發(fā)，鎳鈷的回收與利用可以得到保障。
5結(jié)論
(1)對現(xiàn)行工藝，適當(dāng)提高CaO含量到10%~15%，同時降低爐渣中SiO2含量，爐渣熔點(diǎn)可以滿足鎳冶煉工藝對熔點(diǎn)的要求。
(2)新渣型進(jìn)行的閃速爐低鎳锍靜態(tài)平衡試驗(yàn)結(jié)果表明Ni和Co分配比不低于原渣對照組。
(3)現(xiàn)行的鎳閃速熔煉爐渣中Fe主要以(Fe,Mg)2SiO4的形式存在，隨著爐渣中增加CaO，取代SiO2后，新渣中Fe轉(zhuǎn)化為以MgFe2O4的形式存在，其還原性都比(Fe,Mg)2SiO4要好，因此，更加利于有價金屬Fe的提取利用。
(4)在鎳冶煉過程采用適當(dāng)添加CaO，降低SiO2新渣型是有利于鎳冶煉渣后續(xù)提鐵與綜合利用的一個方向。
參考文獻(xiàn)
[1]彭容秋主編.鎳冶金[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2005.
[2]倪文,賈巖,鄭斐.金川鎳棄渣鐵資源回收綜合利用[J].北京科技大學(xué)學(xué)報,2010,32(8):975-980.
[3]劉偉波.金川鎳渣提鐵的試驗(yàn)研究[D].西安建筑科技大學(xué),2003.
[4]劉巖,翟玉春,張紀(jì)謙等.從鎳精礦中提取鎳鐵合金的還原工藝[J].過程工程學(xué)報[J]. 2005,5(6):626-630.
聲明：
“基于后續(xù)提鐵的鎳冶煉新渣型研究” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院、金川集團(tuán)公司鎳鈷研究院
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