毕业设计 万吨电镍的镍电解精炼车间设计.doc

6万吨/年电镍的镍电解精炼车间设计专 业：冶金工程学 生：许万祥指导老师：宋永辉摘 要本论文主要设计了年产万吨电解镍的精炼车间，通过查阅相关资料，基本了解熔炼硫化铜镍矿的准备工作及整个从熔炼到精炼流程工艺，重点介绍了硫化镍可溶阳极电解精炼的工艺流程，主要进行了厂址的选择、工艺流程的确定及相关冶金计算，包括金属平衡和热量平衡及主要设备的选择计算，以及对炼镍厂的安全技术的相关了解，同时描述了镍冶炼厂的三废状况及治理关键词： 镍电解 净化 工艺 引言.镍资源概况及镍资源发展透视镍在地球上是储量丰富的一种金属。据美国地质调查报导，2006世界镍储量为6200万吨，储量基础为14000万吨。世界陆地查明含镍品位在1%左右的资源为1.3亿吨，其中60%属于红土镍矿床，共伴生矿产主要有铜、钴、金、银及铂族元素，主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、中国、南非等国，这是目前主要开采的镍矿床。另外大洋深海底和海山区的锰结核和锰结壳中还含有大量镍资源，其储量在1亿吨以上。由于海洋镍资源还无法积极有效地利用，因此陆地镍资源成为当前各国开发的重点。世界陆地镍资源储量的分布情况如表所示。国家和地区储量/10kt国家和地区储量/10kt古巴2267.5南非263.0加拿大1342.3美国253.9印度尼西亚1269.8希腊90.7菲律宾1210.0哥伦比亚73.9俄罗斯734.6多米尼加63.19中国670.0博茨瓦纳45.35澳大利亚480.7前南斯拉夫20.4巴西426.3阿尔巴尼亚18.14我国镍工业始于1957年四川省力河镍矿的开采。虽然生产规模较小，但填补了我国镍工业的空白。1958年甘肃省地质局发现金川镍矿，并与60年代投产，这在很大程度上中解决壳我国对镍的需要。到了90年代，由于新疆镍矿，云南金平矿及吉林镍矿的开发和投产使我国镍工业的发展上了一个新台阶。我国镍矿区共有93处，镍矿资源储量分布于19个省。70%的镍矿资源集中在甘肃。其次，27%的分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西、青海和湖北7个省其余镍资源分布在江西，福建，广西、湖南、内蒙古、黑龙江、浙江、河北、海南、贵州、山东11个省。这些地区的镍资源合计的储量占总储量的 3.7%。从世纪年代开始，通过几十年的努力，我国镍资源的开发与利用得到飞速发展，逐步形成了比较完整的镍工业体系。年国内精炼镍产量近万吨，世界排名上升至第五位；消费量达到.万吨，成为仅次于日本的世界第二大镍消费国。我国是近年来全球镍消费增长最快的国家。8年，我国钢铁、水泥、电解铝列为国家过度投资重点调控的产业，先后对项目审批清理、银行贷款、土地征用、投资资本、出口退税率、电价等方面采取了调控措施，这些措施的实施产生了有效的调控作用。虽然国家宏观调控政策限制了一批钢铁项目的上马，但是对不锈钢行业的影响程度相对较小。2008年111月份， 我国共进口不锈钢262万吨，同比下降3.26%，出口不锈钢30.7万吨，同比增长296%。随着世界经济形势的好转，国际贸易更加活跃，我国对能源、矿产品、投资设备的需求强劲不减，国家将更注重扩大消费需求，居民消费品价格涨幅逐步回落，对有色金属的需求也将更加旺盛。预计到2010年，我国镍消费量将达到24万吨。国产镍原料供应紧张，对海外镍原料依赖程度越来越高。由于我国经济发展水平还不高，镍的消费量长期处于比较低的水平，因此，国内含镍废料的蓄积量不多，经济和社会发展所需要的镍，主要来自矿产原料，而再生原料所占比例很小。随着我国经济的发展，国内含镍废料的蓄积量将逐渐增加。但是，从不锈钢、镍氢电池等产品的使用寿命周期分析，我国含镍废料的大规模使用要到2010年以后。在2010年以前，国内镍生产和消费主要还是依靠矿产原料和进口废料。受矿产资源条件限制，我国矿山镍原料短期内难以大幅度增加。长期以来我国矿山镍的年产量一直徘徊5万吨左右，2004 年受国内外市场镍价接近历史前期高点的刺激，国内矿山镍产量才达到创记录的6.5万吨。镍矿山原料生产和供给不足，已经成为制约我国镍工业发展的关键性因素。为了缓解国内镍原料供应紧张的局面，国内主要镍生产企业开始采取进口镍精矿原料的措施，增加国内镍冶炼产品生产。最近几年，镍精矿进口量逐年上升。.炼镍原料据估计，镍在地壳中的平均含量为0.01%，与铜的含量相当，但富集成可以开采的矿床并不多。目前世界上开采的镍矿有硫化矿和氧化矿。另外，海底锰结核中也赋存丰富的镍。硫化矿中最主要的矿物是镍黄铁矿和含镍磁硫铁矿，其次是针硫镍矿，辉铁镍矿，钴镍黄铁矿等。在硫化矿中都有黄铜矿伴生，此外还含有不同数量的钴，金及铂族元素。脉石中存在有较多的镁化合物，故交难熔。现代炼镍原料中，硫化矿所占比重较大，大约有70%的镍是以硫化镍矿产出。镍矿开采品味为0.32%镍，随开采条件而定。在通常情况下，还镍高于3%的硫化镍矿称为富矿，可不经选矿直接冶炼。含镍较低的贫矿通常用浮选出含镍48%的混合精矿再行冶炼。值得注意的镍矿物主要是红土矿，它是由铁和镍的氧化物组成的次生共生矿，其特点是硬度小，易泥化，含水高，品味约为1%。据估计，红土矿一类镍矿占世界镍处量75%以上，是非常有价值的镍资源。而硫化镍阳极所需原料是转炉吹炼产出的高镍锍主要是镍和铜的硫化物，还含有少量的铁，钴及极少量的贵金属硒、碲等元素，其中还铁量已降至约3%高镍锍通常采用缓冷和选矿分离工艺得出二次镍精矿，在熔铸成硫化镍阳极。含铜低的高镍锍直接浇铸成硫化镍阳极进行电解。为了得到良好的溶解性能，硫化镍阳极的还锍量不宜低于20%。当含低于20%时，凝固时会析出金属相，溶解时这种金属相优先溶解，产出大量含镍很高的阳极泥。铜是硫化镍阳极的主要有害杂质。铜以Cu2S形态存在于硫化镍阳极中，还铜低时，对硫化镍阳极溶解影响很小；当铜高于10%时，硫化亚铜将会优先于Ni3S2溶解，对硫化镍阳极溶解和阴极镍沉积物质量有极不利的影响。1.3我国镍冶炼技术发展 镍冶金工业是我国的新兴工业, 年以前没有独立完整的镍冶金工业, 只是在铜冶炼过程中回收镍, 生产少的电镍和硫酸镍产品。年, 沈阳冶炼厂首次用国产硫化镍矿作原料, 生产电镍。建设现代化镍企业是从年代金川镍矿、会理镍矿的开发建设开始的, 经过不过年的迅速发展, 我国已成为世界镍生产大国一目前拥有镍冶金生产能力约万吨年, 除不锈钢外, 基本可满足国民经济建设和社会发展的需要。镍冶金工艺技术的进步也分突出。生产高冰镍工艺由年建成投产的四川会理镍矿的鼓风炉, 到年投产的金川有色金属公司电炉工艺, 标志粉我国规模化、大型化镍工业的形成。发展到年月日, 以闪速熔炼工艺为中心的金川二期工程建成投产, 标志普我国火法炼镍技术的巨大进步。高冰镍两段硫酸选择性浸出一黑镍沉钻一电积制取镍的阜康冶炼厂于年末建成, 是我国开发的具有国际先进水平的精炼新工艺。至此, 我国独立完整的镍工业已经形成。此外,近十年来我国还先后取得了镍精矿微波一热等离子体熔炼制取高冰镍、高冰镍抓化精炼新工艺, 加压氢还原制取超细镍粉、大洋多金属结核回收镍钻等有价金属的湿法冶金工艺流程的试验成果。通过近年的迅速发展, 我国镍冶金的工艺技术目前已接近和达到国际先进水平。1.3.1镍冶金工艺技术发展概况目前, 我国镍冶金技术已达到一定的水平, 某些领域已接近和达到国际水平。具有采、选、冶联合生产能力的厂矿有金川有色金属公司、吉林镍业公司和四川会理镍矿。而有我国镍都之誉的金川有色金属公司是从原料到产出电镍, 以及各种镍产品和其它金属产品的大型企业, 工艺比较先进, 具有雄厚的技术力和经济实力。吉林镍业公司除采、选以外,高冰镍生产和含硫烟气制取硫酸都有较大规模, 会理镍矿具有镍的采、选和粗炼能力, 但由于近年来镍矿床枯竭, 发展受到限制。我国具有从高冰镍或其它镍原料包括综合回收生产电镍或镍制品的厂家有余家, 其中重庆冶炼厂、成都电冶厂等具有成熟的镍冶炼和精炼技术手段和生产设备。上海冶炼厂、沈阳冶炼厂、天津电解铜厂等具有精炼和综合回收镍的成熟技术手段和生产潜力, 镇江冶炼厂、义乌冶炼厂、福州冶炼厂等也可用含镍原料生产多类镍产品。只要我国镍矿的采、选和镍的粗炼能力扩大, 供给足够的高冰镍和其它含镍原料, 上述工厂不需花大的投资就可增加镍的产, 满足国内工业建设用镍的需要。1.3.2镍的粗炼工艺技术发展我国镍矿多属于硫化矿, 经采、选作业产出镍精矿, 利用火法熔炼成高冰镍。目前, 我国镍矿的火法粗炼主要有闪速熔炼、矿热电炉熔炼以及鼓风炉熔炼镍精矿。金川有色金属公司是我国特大型有色金属联合企业, 该公司的镍矿属多金属硫化矿, 除主金属镍外, 尚伴生大最的铜、钻、金、银及铂族金属。其镍储和产分别占我国已探明的总储及镍冶金产品产的及以上, 铂族金属产占全国的以上, 同时也是我国矿产钻的主要生产基地。因此, 金川有色金属公司镍冶金特别是冰镍生产工艺的不断发展, 集中体现了我国镍冶金生产工艺技术的进步与发展。金川有色金属公司矿热电炉的工艺进步金川有色金属公司一期工程原设计规模为年产镍万吨, 冶炼工艺流程为镍精矿回转窑焙烧一电炉熔炼一低冰镍转炉吹炼一高冰镍磨浮一硫化镍熔铸一电解精炼。但在年前, 由于工艺落后, 装备差, 加上管理方面的原因, 一直未达到设计规模, 金属回收率低, 镍不到, 钻只有, 能耗高, 综合利用水平低下。年代以来, 金川有色金属公司把依靠科技进步皿于发展生产的首位, 改造落后的工艺技术, 解决制约生产发展和影响提高技术经济指标的关链问题,开展了卓有成效的联合攻关。年实现了电解镍万吨年的设计指标, 年突破了万吨, 各项技术经济指标有明显的改善和提高, 年建成两座耐的沸腾炉取代大部分回转窑的生产能力, 其流程为精矿制粒一沸腾炉半氧化自然焰烧一高浓度焙烧制酸的新工艺, 大幅度降低了焙烧能耗, 又大大提离了硫的利用率。转炉吹炼高冰镍采用吨密闭转炉取代吨旧式转炉,新增了转炉渣电炉贫化, 实现了1.3.3高冰镍精炼工艺技术的发展我国高冰镍主要用于生产电镍, 并回收其中的铜、钻和贵金属。高冰镍精炼工艺技术经过三十年的发展改进, 已成为成熟的、经济效益好的冶炼技术。各厂家根据处理原料的特点、原有基础、市场产品需求等具体情况, 因地制宜地选择精炼工艺。高冰镍生产电镍的工艺有两大类一类是可溶阳极电解精炼,另一类为选择性浸出一净液一电积湿法精炼工艺,其介质分为硫酸盐和抓化物两种体系。高冰镶精炼技术发展我国金川有色金属公司的铜镍高冰镍精炼生产是“ 高毓磨浮一硫化镍阳极电解精炼” 传统工艺, 电解质为硫酸盐、级化盐混合系统。年代后, 根据科技攻关取得的成果, 采用高值、高电流密度、阳极液三段连续净化及优化电解技术条件的电解工艺对原设计工艺进行了改造, 大大提高了产, 和经济效益。但是该过程不但铜镍及贵金属分离不彻底, 且流程长, 操作复杂, 消耗高, 金属走向分散流失严贡。为了加快发展和综合利用铜镍矿的矿资源, 根据国际铜镍高冰镍精炼新工艺的发展, 我国加强了铜镍高冰镍硫酸选择性浸出一黑镍除钻一不溶阳极电积镍工艺技术的研究, 并于年底在新获阜康冶炼厂建成了该工艺体系的生产线并投入生产, 改变了我国沿用传统工艺精炼高冰镍的历史, 其研究和实践都是成功的。该工艺不但具有流程简单、金属回收率高、药剂耗少、能耗低、无环境污染等特点, 而且通过高冰镍选择性浸出, 将原料中的铜、铁、硫及贵金属都留在终渣里, 省去了电积脱铜工序, 并采用特殊结构的电氧化槽制取黑镍, 使电流效率提高一, 这表明该工艺研究在国际镍精炼领域又有了新的进展。1.4镍的市场 （一）国际市场20世纪90年代，世界镍的生产和消费都比较平稳，略有增长，没有大起大落的现象。1996年起世界镍矿山产量突破100万吨，达到历史上最高产量水平。镍资源大国依次是：俄罗斯、加拿大、新客多尼亚、印度尼西亚、澳大利亚和古巴，合计矿产镍产量和出口量越占世界总量的80%左右。镍的冶炼主要集中在俄罗斯，日本、加拿大、澳大利亚、挪威、中国、英国、南非和芬兰。世界主要的镍消费国，也是不锈钢主要生产国，有日本、美国、德国、俄罗斯、意大利、法国和韩国。在主要镍消费国中，仅有俄罗斯是镍资源国家，其余的消费国几乎没有可供开采的镍矿，主要依靠进口镍精矿和其他初加工镍产品。20世纪90年代，镍在不锈钢中的消费量大约以5%的速度增长，世界镍市场的供求变化主要取决于不锈钢工业的兴衰。近十年俩，世界不锈钢消费呈增长趋势。1999年产量达到1535吨，达到世界不锈钢产量的最高水平，因而也带动镍消费增加。（二）中国国内市场国内镍产销也呈上升趋势。近期镍精矿和电解镍产量的年均递增均保持7%以上，增幅是比较高的。但由于受进口不锈钢和镍原料数量过多的影响，国内电解镍消费量的平均递增长率仅达到2%。近期国内的产、供、销大体上是平衡的，结束了大量依靠进口镍产品的局面。中国不锈钢工业虽起步较早，而发展却十分缓慢，目前无论从生产技术水平、产品数量、品种质量都不能满足国内各行业的需求，进口量有大幅增加的趋势，同时也带进不少镍原料。另外目前中国精镍供求并不紧张，各种镍及镍合金的加工材供应比较吃紧。2硫化铜镍矿的冶炼2.1选矿及主要的选矿设备镍矿石主要分硫化铜镍矿和氧化镍矿，两者的选矿和加工方法完全不同。 硫化铜镍矿石的选矿方法，最主要的是浮选，而磁选和重选通常为辅助选矿方法。浮选硫化铜镍矿石时，常采用浮选硫化铜矿物的捕收剂和起泡剂。确定浮选流程的一个基本原则是宁可使铜进入镍精矿，而尽可能避免镍进入铜精矿。因为铜精矿中的镍在冶炼过程中损失大，而镍精矿中的铜可以得到较完全的回收。铜镍矿石浮选具有下列四种基本流程：（1） 直接用优先浮选或部分优先浮选流程。当矿石中含铜比含镍量高得多时，可采用这种流程。把铜选成单独精矿，该流程的优点是，可直接获得含镍较低的铜精矿。（2）混合浮选流程，用于选别含铜低于镍的矿石。所得铜镍混合精矿直接冶炼成高冰镍。（3）混合优选浮选流程，从矿石中混合浮选铜镍，再从混合精矿中分选出含低镍的铜精矿和含铜的镍精矿。 该镍精矿经冶炼后，获得高冰镍，对高冰镍再进行浮选分离。（4）混合优先浮选并从混合浮选尾矿中再回收部分镍，当矿石中各种镍矿物的可浮性有很大差异时，铜镍混合浮选后，再从其尾矿中进一步回收可浮性差的含镍矿物。铜是镍冶炼的有害杂质，而在铜镍矿石中铜品位又具有工业回收价值，因此铜镍分离技术是铜镍矿石选矿中的一个重要课题!。铜镍分离技术分为铜镍混合精矿分离和高冰镍分离工艺两种。通常，前者用于铜镍矿物粒度较粗且彼此嵌布关系不甚紧密的矿石，后者用于铜镍矿物粒度细且彼此嵌布十分致密的矿石。金川铜镍矿是大型金属共生硫化铜镍矿，其第一选矿厂选矿工艺流程主要包括：破碎为三段一闭路流程，磨矿和浮选工序改造为三段磨矿、三段浮选流程。2.1.1破碎机械随着科技的发展，各种新型、高效的破碎设备正在逐渐出现并开始应用。但目前国内大多数金属矿石选矿厂，主要还是采用颚式破碎机、旋回破碎机和弹簧圆锥破碎机等常规破碎设备。破碎机的型号和规格，主要是根据所处理的矿石性质、选厂规模以及厂址地形等条件，综合比较确定。一般处理中硬以上矿石时，粗碎应用颚式或是旋回破碎机；选长规模较大，山坡建厂者宜用旋回；选长规模小、平地建厂以及矿石中粘性物料多着，可用颚式。颚式破碎机 颚式破碎机是一种间断工作的破碎机械。颚式破碎机工作时，传动机构带动偏心轴转动，使连杆上下垂直运动。借助肘板，使可动颚板绕悬挂心轴作周期摆动。当连杆向上运动时，肘板使可动颚板靠近固定颚板，破碎腔中的矿石受到挤压，劈裂和弯曲的联合作用而破碎。当连杆向下运动时，可动颚板借助拉紧弹簧的恢复力离开固定颚板，已被破碎的矿石在重力作用下，经排矿口排出。颚式破碎机结构简单、不易堵住、工作可靠、易于制造、维护方便，至今仍广泛应用。主要用于中硬以上矿石的粗碎和中碎。与旋回破碎机相比，其缺点是生产率低，破碎比小，产品粒度不均。旋回破碎机 旋回破碎机是连续工作的破碎机械。其结构及工作原理示意图见图。它主要由机架、活动圆锥、固定圆锥、主轴、大小伞齿轮和偏心套筒等组成。活动圆锥的主轴支承在横梁上面的固定悬挂点A中，主轴下部置于偏心套筒内。偏心套筒转动时，使椎体绕中轴连续的偏心旋回运动。活动圆锥靠近固定圆锥时，矿石受到挤压而破碎；离开时，破碎产品靠自重经排矿口排出。目前我国生产的都是中心排矿式的旋回破碎机，破碎比3-5。排矿口大小利用主轴上端的锥形螺帽（开口螺母）调整。螺帽顺转或反转，使活动圆锥椎体上升或下降，从而减小或增大排矿口，其平均齿角为22度。通过装载皮带轮上的四个保险轴销（削弱断面的缺口）来实现保险。这种保险装置虽然很简单，但可靠性差，现在多数利用电流过载保护装置。活动圆锥和固定圆锥表面敷设梦钢衬板，磨损后可以更换。旋回磨碎机规格，以最大给矿口宽度（B）来表示。旋回破碎机工作平稳，生产率高，易于启动，破碎比大，产品粒度均匀，同时可以挤满给矿，辅助设备少。它广泛用于粗碎，中碎各种硬度的矿石。其缺点是构造复杂，机身较高，基建昂贵。中细碎圆锥破碎机 用于中碎的圆锥破碎机标准圆锥破碎机；用于细碎的叫短头圆锥破碎机；居于上述两者之间的叫中间型圆锥破碎机。圆锥破碎机结构及工作原理示意图见图。它们的工作原理与旋回破碎机基本相同但结构上有如下区别：中，细碎圆锥破碎机的活动圆锥和固定圆锥都是正立的截头圆锥，圆锥形状缓倾，破碎腔中存在一个平行区，适应了控制排矿粒度均匀的要求。而回旋破碎机的圆锥形状是急倾斜的，活动圆锥正立，固定圆锥倒立。中，细碎圆锥破碎机的活动圆锥支承在球面轴承上。而旋回破碎机的活动圆锥则悬挂在机体上部的横梁上。中，细碎圆锥破碎机的机架由上，下两部分组成，其间用螺栓连接，在螺栓上套有弹簧，借助附有手柄的铰杆和铰链，可使固定圆锥上升或下降，从而调节排矿口的大小。而旋回破碎机则利用主轴上端螺帽，调整悬挂活动圆锥上下，从而调节排矿口的大小。中，细碎圆锥破碎机由弹簧保险装置，可靠性大。当破碎机腔中进入非破碎物时，支承在弹簧上面的固定圆锥（调整环）和上部机架（支承环）同时向上抬起，使弹簧压缩，排矿口增大，从而使非破碎物从排矿口排出，避免机器的损坏。然后，支承环和调整环借助弹簧的弹力，恢复原位。 中碎和细碎破碎圆锥破碎机的结构基本类似，只是标准型给矿口大，平行区短；短头型给矿口小，平行区长；中型则居中。如图。 中，细碎圆锥破碎机的规格用活动圆锥的底部直径表示。 中，细碎圆锥破碎机生产能力大，功率消耗低，破碎比大（i=45）,产品粒度均匀。目前广泛用于各种硬度矿石的中碎和细碎。但不宜处理粘性物料。2.1.2浮选机械图为叶轮式机械搅拌浮选机示意图。该浮选机每两个槽构成一个机组。第一槽带有进浆管以抽吸矿浆用，所以也叫吸入槽；第一槽槽与第二槽之间没有中间室，矿浆在下面是连通的。所以第二槽称为直流槽。叶轮1安装在垂直轴2的下端，垂直轴上部装有皮带轮3，通过三角皮带由电动机带动叶轮较快地回转。空气经导管4吸入。每一机组内的矿浆面用阀门5调节。叶轮上面有水轮盖板6和中空气管7。进气管7下端安装由进浆管10。进浆管10与承矿箱11联接。转动螺旋杆9可控制矿浆循环孔8大小，借以调节循环矿浆量。在每个浮选槽排矿端侧壁的下部，设置有可调节的排矿阀门12，使粗的不易浮选的矿粒，能通过排砂口流入邻槽，从而减少叶轮底下粗砂的沉积量，降低麽擦阻力，延长叶轮寿命。压气式浮选机浮选柱是属于气流通过充气器的细孔进行充气的压气式浮选机之一。它是以对流原理工作的：从底部通过充气器的细孔不断地向矿浆中冲入空气，在浮选柱内便弥散成大量的气泡。这些气泡穿过向下流动的矿浆而上升。经过药剂作用过的矿浆由浮选柱的上部给入。矿粒在重力作用下缓缓下降的过程中，与气泡相互接触与碰撞，进而附着于气泡之上。矿化气泡上浮至矿浆面形成泡沫层，溢出后得泡沫产品。尾矿则由柱底并借助尾矿提升装置排出。2.2硫化镍精矿的提取方法火法，造锍熔炼吹炼镍铜分离及精炼；湿法，（1）加压氨浸氢还原镍粉；（2）常压氨浸（预氧化焙烧选择性还原氨浸）；（3）硫酸化焙烧镍粉；（4）加压酸浸置换浮选。2.2.1硫化铜镍矿的火法冶炼（一）熔炼硫化铜镍矿及精矿的准备工作由硫化铜镍矿中制取铜和镍的工艺流程仅在19151920年间才全部确定，亦即当有关冶金的知识已是很丰富的时候。这样晚才确定出流程是因为硫化铜镍矿是复杂的矿，除了镍以外，还需要从其中回收铜、钴、铂族金属、硒及电解精炼时镍金属的某些特性所致。当今硫化矿中制取镍的流程部分地列入图中。贫矿不经准备工作便去熔炼是不经济的。若是直接熔炼贫矿，则一吨镍需消耗大量的电能或燃料。炉子生产镍的生产能力也不高。所以在熔炼前贫矿必须预先富集。为此，采出之矿石要经过二段或三段破碎，然后用浮选机进行浮选获得混合铜镍精矿。必要时可将此精矿分离为铜和镍的精矿。精矿中富集了金属的硫化物，而其它脉石则剩在尾矿中。富矿在破碎到需要的粒度后，可以分别或共同的与浮选得之精矿在电炉或反射炉中进行熔炼。块状富矿可以在鼓风炉中进行熔炼。熔炼时得到铜镍锍，它是由铜、镍、铁的硫化物和四氧化三铁组成的。铜镍锍在转炉中吹炼得到高锍。此时，硫化铁被氧化而成氧化亚铁和二氧化硫。氧化亚铁与加入转炉的石英生成转炉渣。二氧化硫则随炉气溢出，可能用来生产硫酸。为了分离硫化铜和硫化镍，高锍需要进行两次分离熔炼或浮选。分离熔炼时，高锍与硫化钠熔合，此熔合物在液体状态分为两个互不混合的层。上层称顶层，集中了大量的硫化铜。下边层叫底层，集中了大量的硫化镍。处理硫化铜镍矿流程的前一部分第一次分离熔炼之顶锍装入转炉而吹炼成粗铜、顶锍渣和返料硫酸钠。第一次分离熔炼的底锍尚含大量的铜，需要在鼓风炉中进行第二次分离熔炼。第二次分离熔炼的顶锍作为返料在转炉进行第一次分离熔炼时加入。第二次分离熔炼的底锍在鄂式破碎机破碎；球磨机中磨细而后再相继在多层机械炉中与回转炉中进行二段焙烧。如果铜锍高锍用浮选法处理，那么可以得到两种精矿和铜镍合金或者是需要专门处理的中间产品。浮选高锍得之镍精矿与二次分离熔炼之底锍一样进行两端焙烧。由于浮选分离之后硫化镍的颗粒很小，所以焙烧常常是使用特殊方法，经过两端焙烧的氧化亚铁在电炉中进行还原熔炼。由电炉得到的金属镍浇铸成阳极后在进行电解精炼。电解后得到纯镍，其中还镍99.9%；钴0.050.07%；铜0.02%和十万分之几含量的其它杂质。从硫化铜矿中提取工艺流程中特点之一即是工段多且车间间关系密切。一个车间转移交给另一各车间班车品或返料。某一个车间破坏了正常的工作制度就会影响其他车间的工作。有时某一个车间对另一个车间的应此昂不能马上看出来，特别是较难预见到半成品质量发生变化的作用。按照这种流程生产的企业的管理是一个困难的任务，这需要丰富的知识和经验。处理硫化铜镍矿的大致流程如图63. 熔炼前原料（精矿及矿石）准备的主要作业与目的熔炼前矿石需要进行一系列的准备工作，其中包括选矿，烘干，焙烧和烧结，由于矿石的质量不同而分别进行此种或标准备工作。准备工作的目的是保证熔炼时炉子的最高生产率与最大限度的将镍回收到质量很高的锍中来。熔炼物料时不同著称的颗粒生成两种均一的熔融物既渣和硫。物料组成越均匀混合的越好，不均匀的颗粒接触得越紧。粒度越小，则不同性质组成的固料变成均一的液体渣与锍的速度越快。破碎，配料，焙烧与烧结矿石和精铜矿即为此目的。除此之外，焙烧和烧结时从矿石中尚可去除部分多余的锍，以提高锍的质量。很明显的，要想正确的混合不同种类的矿石及矿石与溶剂成为可能，只有当我们知道在那里放着什么矿石，同时绝不允许料时任意将他们混合。为此目的需要修建一个大的承受仓库与破碎配料间。A硫化铜镍矿与精矿的干燥硫化铜镍矿的水分很少（2.55%），因而在鼓风机熔炼时不需干燥。而在电炉中熔炼此类矿石时，特别是在冬季露天采出的矿石，干燥则是必须的。水份常常很高（1012%）镍精矿更需烘干。鼓风炉里熔炼精矿时，水份是在造块-烧结或制团（如果团矿烧结的话）过程中从矿石排出的，所以不一定要由干燥过程。原矿或精矿在干燥筒中进行干燥（前已述及），或者是在隔板式蒸汽干燥器中及其他设备中进行干燥。 隔板式蒸汽干燥器（图）直径5米，是由锅炉铁板制成的。干燥器的各层类似金属箱，往相中加入两个大气压的蒸汽。在干燥器里边保持温度为100110.带靶臂靶齿的中央转轴由23转分的速度。当工作时干燥器是具负压的，吸入干燥器的空气与蒸汽通过收尘器旋风收尘器和布袋收尘器。这种干燥的特点在于产生的烟尘少，操作简单，使用价格低廉。干燥器的生产能力是每小时56吨精矿。烘过的精矿中含水分为12%。为减少运输时产生的烟尘，烘过的精矿与定量的湿精矿相混合。如果硫化铜镍矿和精矿在筒形干燥器中进行干燥时，气体温度在筒的头部应为500600，在筒的尾部和排料小室里应不低于120.为降低进入干燥器的气体温度，以防止精矿的燃着，在筒的头部加入冷空气。除此而外，空气将使筒内气体量增加，因而气体将为其较少量的蒸汽所饱和，这部分蒸汽就不能在烟道，集尘室的墙壁上冷凝。气体量应该是这样考虑，以使得蒸汽在不高于75是冷凝。如果加入的空气量不够，气体将为蒸汽过饱和，因而减慢烘干过程。总共需向干燥筒中加入33.2倍于点燃燃料所需的空气量。与筒形干燥器不同，隔板式干燥器比较坚固，占据的地方较少，仅有少量的烟尘溢出，有用金属损失较少，不需要设立电收尘器和建筑烟筒。隔板式干燥器只需较少的基建资金和经营费。干燥过程制度的控制也比较简单，效果较好。B硫化矿与精矿在多层炉中焙烧 在冶金学中“焙烧矿石”；理解为硫化物在空气流中的燃烧。本过程的主要目的在于部分地或全部的除掉硫，如果在原料中硫的含量超过了下一步处理过程的允许量时。若除了脱硫再无其它目的的话，焙烧一般地是在多层机械中进行。在这种类型的炉中便于焙烧粉矿。在多层炉里焙烧时，物料烧结是非常不利的现象，因为这将减慢焙烧速度并引起靶齿靶臂的破损。加入含硫少的物质可以防止烧结，亦即加入返料和熔剂可以防止烧结。硫在炉料组成中的还量应该保持在2025%范围内。 焙烧结果得到焙料即焙烧过的矿或焙烧过的精矿，还硫1214%。C硫化矿与精矿的烧结与制团烧结过程的化学反应历程硫化铜镍矿的烧结与氧化镍矿烧结相同也是在带式烧结机上进行。与氧化镍烧结不同的地方是：由细粒的硫化矿与精矿所组成的炉料颗粒的烧焙可以利用硫化物氧化时放出的热量来实现。但是，为了制得较坚固的烧结块和减少烧掉的硫，往炉料中常加入焦炭粉。焦炭粉是事先经过湿磨并在浮选前配入精矿的矿浆中的。利用此种加入焦炭粉的方法可以保证炉料的均匀分布及其颗粒间的良好接触。硫化铜镍矿与精矿烧结是的脱硫率即除硫率不超过50%。如果在精矿或细矿中含硫1213%，那么在烧结块中剩硫约6%。用含这样多硫的烧结块不能保证获得金属（镍与铜）总含量低于30%的硫。在这种情况下为了制得所需的锍，就不得不往鼓风炉炉料中补加石膏或者黄铁矿，像在熔炼氧化镍矿一样，但只是少量些而已。硫化镍矿中所含的磁黄铁矿在高温作用下按下列反应分解Fe7S8=7FS+0.5S2此时，丢掉12.5%的硫硫化亚铁被氧化为氧化亚铁FeS+0.5O2=FeO+SO2而后再靠剩下的空气中的氧而氧化为氧化铁2FeO+0.5O2=Fe2O3氧化铁与氧化铁相作用：3Fe2O3+FeS=FeO+SO2所生成的二氧化硫再按反应将硫化铁氧化FeS+SO2=F3O4+S2生成铁的磁性氧化物Fe3O4和单体硫。 四氧化三铁与硫化铁和炉料中的二氧化硅发生反应3F3O4+FeS+5SO2=5(2FeO.SO2)+SO2生成铁的硅酸盐和二氧化硫。炉料组成的黄铜矿与镍黄铁矿按反应分解：2CuFeS2=C2S+2FeS+0.5S硫被空气的氧所氧化生成二氧化硫而移入气体中：S+2O2=2SO2这样，大部分炉料都参加了化学反应。依靠硫化物的氧化与炉料中焦炭的燃烧，温度可以发展到10001100。在此温度时易熔的硅酸盐熔融并将炉料的颗粒粘着而成结实的烧结块。镍、铜和铁的硫化物的易熔熔合物也能起粘着物的作用。精矿的制团同样地可将细矿与精矿用制团的方法造成块状。在硫化铜镍矿的冶炼试验实践中，至今尚没使用制团，但是已经找到：电炉熔炼精矿时，精矿制团是很合理的。若把精矿制成团可以使用造砖厂的压力机。欲从团矿中除去水分和达到团矿的一定坚固性，最好是在隧道式炉中高于200或是在此温度时蒸汽加热进行焙烧。除过水的团矿湿度约12%，很易运输，并且在电炉和鼓风熔炼也是恰当的。在运输和熔炼团矿时，随烟尘的机械损失较之运输精矿要少得多。（二）反射炉熔炼硫化铜镍矿与精矿的特点与对原料的要求 具有水平工作空间的冶金炉成为反射炉或火焰炉。与此相应的，反射炉内气流与焰流是顺着炉子的水平方向，而不是想鼓风炉那样的垂直方向。气流滑过炉墙附近斜坡上所置的炉料上方面不通过炉料。炉料层对气流的阻力在在这里是不存在的，由此得出，实际上反射炉与鼓风炉的第一个重要区别是：在反射炉里可能熔炼细料。因此当选矿上发明了浮选的方法，并向冶金工厂大量输送细粒精矿时起，反射炉熔炼就得到了很大的发展。此外，反射炉与鼓风炉的传热方法也不同，这也是用气体运动特性来解释的。在鼓风炉里，矿块是与热气流直接触而被加热的，热气是由下向上穿过料柱的。此时，热是由红热的气体用对流和辐射传导给炉料的。在反射炉里，最热的气流从炉顶用辐射的方法将大量的热传送给炉料，正是因为这一点把炉子叫做反射炉。反射炉熔炼硫化矿和精矿历史的特征是逐渐地有尺寸不大的炉子向现代的长达40米，宽达10米的反射炉发展，同时随着反射炉尺寸的增加，其供热系统也日趋完善。由不能保证炉内高温的筛条式燃烧室燃烧烟煤应用燃烧液体和气体燃料大量的燃料和自动控制炉内高温。在反射炉中熔炼的炉料应该精心准备。块矿，熔剂和返渣要破碎46毫米。含硫量不高时，炉料要在多机械炉中进行焙烧，当含硫量不高时，可直接熔炼生成炉料而不用预先焙烧。（三）鼓风炉熔炼硫化铜镍矿与成块精矿的特性及对原料的要求烧结或制团后的大块硫化铜镍矿及精矿可以在鼓风炉中熔炼。石灰石和石英做熔剂，返料是本身所产之富渣、壳、转炉渣和电解镍车间的铁镍滤渣。焦炭做为烘料。所以加入鼓风炉的物料，除滤渣外，应预先破碎至50100毫米并与细末分离。加入鼓风炉的细末量不允许超过加入炉料的1015%。熔炼是在送入大量空气的情况下进行的，因而具有氧化特性。因此，矿石与精矿中所有的硫化物能够被氧化。熔炼所必须之大部分热量是燃烧硫化铁与按所列出反应或氧化亚铁造渣结果所放出的。其余部分热量则是由于焦炭燃烧所放出的。炉料中硫的含量越多，焦炭消耗越少。鼓风炉熔炼铜镍矿时，硫化铁被氧化的反应有重要用途。进行此氧化反应时放出很多的热，同时生成渣的主要组成部分亚铁硅酸盐，没被氧化之硫化铁转入锍中并使锍贫化，而这是获得贫锍的主要条件。铜和镍在炉渣中的含量与硫化铁被氧化反应的发展有关。当硫化铁被氧化过份时获得富锍，而铜与镍在渣中的损失也上升。当其氧化不足时可能获得粘稠难熔的渣，同样地导致铜与镍的损失。大块的硫化矿含硫高而少镁的矿最适于鼓风炉熔炼。含氧化镁高而含硫少之矿若溶解难熔脉石，需往鼓风炉中加入大量的转炉返渣，并大量的消耗焦炭。所以在鼓风炉中熔炼这种矿石不经济。（四）电炉熔炼硫化铜镍矿及精矿的熔炼条件最近二十年以来，在电炉中熔炼矿石与精矿得到了推广。矿石与精矿的电炉熔炼在具有足够量的廉价电能的地区内推行。但是电熔炼的一系列优点允许我们研究关于它的更广泛应用以及在我国的其他经济地区内推行。但是电熔炼的一系列优点允许我们研究关于它的更广泛应用以及在我国的其他经济地区内用它来代替鼓风炉和反射炉熔炼的问题。在电炉内熔炼矿石与精矿的优点很多。电炉可以熔炼实际上任何成分的矿石与精矿，这一点对熔炼硫化铜镍矿非常重要，因为它们的脉石熔点高。电炉中可不加大量的熔剂而熔炼难熔的矿石，亦即进行无溶剂熔炼，着在反射炉和鼓风炉中是不能实现的。电炉中可以保证粘稠渣的必要过热而获得金属含量低的炉渣。因此电炉熔炼时金属在渣中的损失比反射炉或鼓风炉熔炼时少。电炉不燃烧料，因此产生的炉气量不多。所以由电炉炉气带出之烟气，亦即金属在炉烟中的损失不大。金属在渣中和烟气中不大的损失和金属在锍中的高回收率是电熔炼最重要的优点。电炉中电能向热能的转变在炉渣熔池中发生。热量在备料层覆盖的炉渣熔池的集中以及没有火焰的存在，保证在电炉内获得仅为热至400500的炉气。电炉内炉气温度低是电炉内的巨大优点，它使炉顶和部分炉墙可以用廉价的粘土砖来砌，增加炉子的使用期限和减少修炉与停炉的次数，减少炉顶散发到炉顶操作台上去的热量和改善加料工的劳动条件。低的温度和不多的炉气量保证热量和改善加料工的劳动条件。低的温度和不多的炉气量保证热量利用系数的大大提高，在电炉到4560%，而且有可能提高到7080%。电炉炉气中二氧化碳的含量到612%，这与矿石的含硫量有关。这样的炉气可以用来生产硫酸或液态二氧化硫。与反射炉不同，电炉没有庞大的排气结构，因此不需要建筑巨大容积的厂房。由于炉气温度低没有必要在电炉之后建立发热锅炉电路在车间内的分布紧凑，而且建筑电炉用的基建投资不大。电炉的功率达到25000千伏安。脱硫率低和获得贫的锍应算作是电熔炼的缺点。电熔炼时只有在硫化矿物分解时析出的那部分硫被氧化。有时这个缺点变为优点。电炉熔炼时禁止使用水分高的原料，因为湿料的加入导致物料的喷出，这有时会产生炉顶的部分崩落。水分的允许含量为33.5%。在电炉内熔炼含镍不少于1.5%的铜锍矿和含镍不少于3.5%的精矿是合理的。精矿最好先制成块。上面提到过，矿石与精矿在电炉中可不加熔剂进行熔炼，但在电熔炼时炉料成份的混匀也是必须的，因为所得炉渣的温度不应高于14201450。在炉料难熔和熔剂价廉时应适当的加入熔剂以降低渣的熔点和电能消耗。 铜镍锍的吹炼工艺熔炼硫化铜矿与精矿时得到由三种硫化物（硫化镍、硫化铜和硫化铁）和磁性氧化铁组成的锍。由第一个冶金工序，即在鼓风炉，反射炉或电炉中获得液态熔融的镍鋶，向此镍鋶吹以压缩空气的过程称为吹炼。镍鋶的吹炼是在专门设备转炉中进行。吹炼液态镍鋶的目的在于制取更为富镍的产品。过程的实际是用空气中氧氧化杂质，挥发或者是用氧化硅使氧化物造渣，之后再除掉渣和炉气。由镍鋶中必须除掉一部分硫和几乎全部的铁。铁是鼓风炉熔炼时转到镍鋶中来的。镍鋶中约含40%以镍铁形式存在而不与硫相化合的游离镍和铁。液态铜镍鋶在转炉中加石英吹炼处理。用经过转炉风口鼓入的空气吹炼，空气中的氧使硫化铁氧化。此时硫氧化成二氧化硫而转入气体中，而铁生成氧化亚铁与熔