本发明涉及金属冶炼技术领域，具体而言，涉及一种镍渣贫化方法。
背景技术
现有技术的镍冶炼过程中，每冶炼1吨镍会产生2～5吨的镍渣，镍渣中镍、钴等金属含量较高。不同冶炼工艺产出的镍渣中的镍含量不同，通常镍渣的镍含量0.8～4％，此外部分镍渣中还含有钴(co)、铜(cu)等金属，钴含量通常为0.3％～2％，铜含量通常为0.5％～2％。
目前，国内镍渣主要采用火法贫化技术，火法贫化过程中是在高温炉中加入黄铁矿与还原剂块煤进行反应。然而，由于还原剂块煤由于比重小，容易漂浮于熔渣上部，会造成大部分还原剂被燃烧放热，熔渣中下部的金属氧化物难以接触到漂浮在上部的还原剂，贫化动力学条件差，这直接导致了镍渣贫化周期的加长，一般需要3～7h，严重影响了生产效率。
技术实现要素：
本发明的主要目的在于提供一种镍渣贫化方法，以解决现有技术中利用火法贫化技术处理镍渣时存在的生产效率低的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种镍渣贫化方法，其采用的装置包括镍渣贫化处理炉和喂线装置，镍渣贫化处理炉以电热或等离子热为热源，镍渣贫化处理炉设置有镍渣进口、喂线孔及放锍口；镍渣贫化方法包括以下步骤：通过镍渣进口将镍渣通入镍渣贫化处理炉中；利用喂线装置通过喂线孔向镍渣贫化处理炉中喂入碳粉线；在电热或等离子热的作用下，利用碳粉线对镍渣进行还原贫化处理。
进一步地，镍渣贫化处理炉为矿热电炉或等离子炉。
进一步地，在还原贫化处理的步骤中，同时向镍渣贫化处理炉中通入添加剂参与还原贫化处理；优选地，添加剂为黄铁矿、硫磺及低冰镍中的一种或多种。
进一步地，镍渣中镍含量为0.8～4wt％，钴含量为0.3～2％，铜含量为0.5～2％；优选地，添加剂的加入量为镍渣重量的1～20％；优选地，将加入的碳粉线中的碳粉重量记为a，将镍渣中镍氧化物、钴氧化物及铜氧化物被还原所需的理论配碳重量记为b，其中a/b＝0.8～2.0。
进一步地，碳粉线的直径为10～30mm，碳粉线中的碳粉含量为50～98％。
进一步地，碳粉线包括碳粉芯层和包覆在碳粉芯层表面的金属外皮，金属外皮为铁皮或铝皮，优选金属外皮的厚度为0.1～0.5mm。
进一步地，在喂入碳粉线的步骤中，将碳粉线的线端置于在镍渣贫化处理炉内的熔体层中，且将镍渣贫化处理炉的内部底壁距熔渣层高度记为h，将镍渣贫化处理炉的内部底壁距碳粉线的线端高度记为h，其中h/h＝1/3～1/2。
进一步地，还原贫化处理的温度为1200～1400℃，时间为1～3h。
进一步地，还原贫化处理的步骤中得到了镍锍、炉渣及尾气，镍渣贫化方法还包括对炉渣进行水淬处理的步骤。
进一步地，镍渣贫化方法还包括对尾气进行后处理的步骤，后处理步骤包括：对尾气进行余热回收处理，得到冷烟气；以及对冷烟气进行收尘处理。
本发明提供了一种镍渣贫化方法，其采用的装置包括镍渣贫化处理炉和喂线装置，镍渣贫化处理炉以电热或等离子热为热源，镍渣贫化处理炉设置有镍渣进口、喂线孔及放锍口；镍渣贫化方法包括以下步骤：通过镍渣进口将镍渣通入镍渣贫化处理炉中；利用喂线装置通过喂线孔向镍渣贫化处理炉中喂入碳粉线；在电热或等离子热的作用下，利用碳粉线对镍渣进行还原贫化处理。
利用本发明提供的方法，采用喂线工艺将碳粉线喂入镍渣贫化处理炉中，然后以电热或等离子热为热源对镍渣进行还原贫化处理。相比于传统火法贫化工艺，本发明通过喂线装置可以直接将碳粉线喂入炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将镍渣中的镍氧化物还原为镍锍(其中少量的钴氧化物、铜氧化物也可被还原为相应的金属锍)。基于以上原因，利用本发明提供的镍渣贫化装置能够有效提高镍渣的还原贫化效率。
附图说明
构成本申请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：
图1示出了根据本发明一种实施例中采用的镍渣贫化装置的示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、镍渣贫化处理炉；11、炉体；12、加热电极；20、喂线装置；30、余热回收装置；40、收尘装置；50、添加剂料仓；
a、镍渣；b、碳粉线；c、镍锍；d、炉渣；e、尾气。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
以下结合具体实施例对本申请作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本申请所要求保护的范围。
正如背景技术部分所描述的，现有技术中利用火法贫化技术处理镍渣时存在生产效率低的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种镍渣贫化方法，如图1所示，其采用的装置包括镍渣贫化处理炉10和喂线装置20，镍渣贫化处理炉10以电热或等离子热为热源，镍渣贫化处理炉10设置有镍渣进口、喂线孔及放锍口；镍渣贫化方法包括以下步骤：通过镍渣进口将镍渣a通入镍渣贫化处理炉10中；利用喂线装置20通过喂线孔向镍渣贫化处理炉10中喂入碳粉线b；在电热或等离子热的作用下，利用碳粉线b对镍渣a进行还原贫化处理。
利用本发明提供的镍渣贫化方法，采用喂线工艺将碳粉线喂入镍渣贫化处理炉中，然后以电热或等离子热为热源对镍渣进行还原贫化处理。相比于传统火法贫化工艺，本发明通过喂线装置20可以直接将碳粉线喂入镍渣贫化处理炉10炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将镍渣中的镍氧化物还原为镍锍c(其中少量的钴氧化物、铜氧化物也可被还原为相应的金属锍)。基于以上原因，利用本发明提供的镍渣贫化方法能够有效提高镍渣的还原贫化效率，具体表现为：能够有效缩短镍渣的贫化周期，且适用的镍渣范围广，金属回收率高，炉渣中的镍、钴、铜等金属含量低。
在一种优选的实施方式中，镍渣贫化处理炉10为矿热电炉或等离子炉。利用矿热电炉或等离子炉，能够为镍渣的贫化过程提供稳定的热量，且加入的碳粉线基本可以完全充当还原剂，能够进一步改善贫化动力学条件，提高生产效率。
在一种优选的实施方式中，在还原贫化处理的步骤中，同时向镍渣贫化处理炉10中通入添加剂参与还原贫化处理；优选地，添加剂为黄铁矿、硫磺及低冰镍中的一种或多种。加入这些添加剂有利于降低炉渣中的镍锍品位，进一步提高镍的回收率。
基于特殊的喂线工艺进行镍渣贫化处理，使得本发明提供的工艺使用的镍渣范围更广，在一种优选的实施方式中，镍渣中镍含量为0.8～4wt％，钴含量为0.3～2％，铜含量为0.5～2％。
为了进一步提高镍渣的贫化效率和镍(少量钴、铜等其他金属)的回收率，在一种优选的实施方式中，添加剂的加入量为镍渣重量的1～20％。更优选地，将加入的碳粉线中的碳粉重量记为a，将镍渣中镍氧化物、钴氧化物及铜氧化物被还原所需的理论配碳重量记为b，其中a/b＝0.8～2.0。此处“镍渣中镍氧化物、钴氧化物及铜氧化物被还原所需的理论配碳重量”是指将这些氧化物还原为金属单质所需的理论碳量。
本发明上述贫化方法中采用的碳粉线可以是目前市售的碳粉线，在一种优选的实施方式中，碳粉线的直径为10～30mm，碳粉线中的碳粉含量为50～98％。更优选地，碳粉线包括碳粉芯层和包覆在碳粉芯层表面的金属外皮，金属外皮为铁皮或铝皮，优选金属外皮的厚度为0.1～0.5mm。金属外皮在进入炉体11的熔体中后会发生高温熔化，或与其他金属氧化物反应氧化后溶于渣中。
在一种优选的实施方式中，在喂入碳粉线的步骤中，将碳粉线的线端置于在镍渣贫化处理炉10内的熔体层中，且将镍渣贫化处理炉10的内部底壁距熔渣层高度记为h，将镍渣贫化处理炉10的内部底壁距碳粉线的线端高度记为h，其中h/h＝1/3～1/2。这样，一方面碳粉线与熔体的接触更为充分，贫化条件更佳，另一方面熔池中部的金属氧化物完成还原反应之后，可以通过沉降作用进入熔池底部，形成较为稳定的镍锍层，方便排出镍锍。
如前文所述，基于本发明的镍渣贫化工艺具有较好的动力学条件，能够有效缩短贫化周期。在一种优选的实施方式中，还原贫化处理的温度为1200～1400℃，时间为1～3h。
在一种优选的实施方式中，还原贫化处理的步骤中得到了镍锍c、炉渣d及尾气c，镍渣贫化方法还包括对炉渣进行水淬处理的步骤。
在一种优选的实施方式中，镍渣贫化方法还包括对尾气进行后处理的步骤，后处理步骤包括：对尾气进行余热回收处理，得到冷烟气；对冷烟气进行收尘处理。这样一方面可以回收尾气中的余热加以利用，一方面还能够减少颗粒物排放，提高装置的环保性。
需要说明的是，在实际的贫化处理过程中，还原剂参与贫化后会形成co或co2，尾气中会夹带一部分可燃物，这部分可燃物位于熔渣上方也能够发生部分燃烧，为炉体11提供热量。
根据本发明的另一方面，还提供了一种镍渣贫化装置，如图1所示，其包括镍渣贫化处理炉10和喂线装置20，镍渣贫化处理炉10以电热或等离子热为热源，镍渣贫化处理炉10设置有镍渣进口、喂线孔及放锍口，镍渣进口用以通入镍渣a，放锍口用以排出贫化处理得到的镍锍c；喂线装置20用于通过喂线孔向镍渣贫化处理炉10中喂入碳粉线b以对镍渣进行还原贫化处理。
利用本发明提供的镍渣贫化装置，可以将镍冶炼炉产出的液态镍渣经溜槽或渣包转运至镍渣贫化处理炉10中，然后采用喂线工艺将碳粉线喂入镍渣贫化处理炉中，然后以电热或等离子热为热源对镍渣进行还原贫化处理。相比于传统火法贫化工艺，本发明通过喂线装置20可以直接将碳粉线喂入镍渣贫化处理炉10炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将镍渣中的镍氧化物还原为镍锍(其中少量的钴氧化物、铜氧化物也可被还原为相应的金属锍)。基于以上原因，利用本发明提供的镍渣贫化装置能够有效提高镍渣的还原贫化效率，具体表现为：能够有效缩短镍渣的贫化周期，且适用的镍渣范围广，金属回收率高，炉渣中的镍、钴、铜等金属含量低。
实际贫化过程中，由喂线装置20控制碳粉线的进入速度，碳粉进入熔体后与镍(少量钴、铜)氧化物反应，生成co、co2气体，将以氧化物状态存在的金属还原成金属单质状态，镍等其他金属沉降并由放锍口排出。气体由熔体逸出过程中，还能够起到对熔体的搅拌作用，这样也能够促进金属颗粒聚集长大并沉降，从而促进还原反应的进行。
在一种优选的实施方式中，镍渣贫化处理炉10为矿热电炉或等离子炉。利用矿热电炉或等离子炉，能够为镍渣的贫化过程提供稳定的热量，且加入的碳粉线基本可以完全充当还原剂，能够进一步改善贫化动力学条件，提高生产效率。
出于节约生产成本和设备成本的目的，在一种优选的实施方式中，如图1所示，镍渣贫化处理炉10包括炉体11和加热电极12，镍渣进口和喂线孔设置在炉体11的顶部，放锍口设置在炉体11的侧下方，且炉体11上还设置有电极孔；加热电极12穿过电极孔延伸至炉体11的内容，用以向炉体11供热。在实际操作过程中，通过电源向加热电极12供电，进而利用加热电极12为炉体11内部的镍渣体系进行供热。上述加热电极12的数目可以根据炉体11容量、镍渣处理量进行调整，这是本领域技术人员都应理解的。
为了更方便地进行喂线操作，并更方便地控制喂线的高度，在一种优选的实施方式中，喂线孔为多个，多个喂线孔分布在炉体11的顶部。将喂线孔分布在炉体11的顶部，通过喂线装置20将碳粉线喂入喂线孔后，碳粉线即可在自身的重力下进入熔体内部与熔体接触，且该过程中方便控制线端高度。另外，设置多个喂线孔，可以在不同的位置喂入碳粉线，有利于进一步提高贫化还原的效率。优选地，喂线孔为3～8个，喂线孔的孔径为30～100mm。
在一种优选的实施方式中，炉体11的相对于放锍口的一侧下部还设置有放渣口，放渣口用以排出还原贫化处理过程中产出的炉渣d。如图1所示，在实际的生产过程中，炉体11内的贫化体系中，位于下方的是镍锍(包含少量的其他金属锍)，位于上部的是浮在熔体表面的一些熔渣。因此，利用放渣口可以将这些熔渣排出。优选地，镍渣贫化装置还包括渣冷却装置，渣冷却装置用以对放渣口排出的炉渣d进行冷却。具体的冷却方式可以采用本领域常用的冷却形式，比如水淬等。
为了进一步提高镍渣的贫化效果，在一种优选的实施方式中，炉体11的顶部还设置有添加剂入口，添加剂入口用以通入添加剂。该添加剂可以是硫化剂、捕集剂等，有利于降低炉渣中的镍锍品位，进一步提高镍的回收率。
在一种优选的实施方式中，添加剂入口与镍渣进口位于同一位置。这样可以在同一位置加入添加剂和镍渣，提高操作便利性。优选地，镍渣贫化装置还包括添加剂料仓50，添加剂料仓50与添加剂入口相连，用以提供添加剂。
在一种优选的实施方式中，镍渣贫化处理炉10还设置有尾气出口，镍渣贫化装置还包括余热回收装置30和收尘装置40，余热回收装置30设置有热烟气进口和冷烟气出口，热烟气进口与尾气出口相连；收尘装置40与冷烟气出口相连。这样一方面可以回收尾气e中的余热加以利用，一方面还能够减少颗粒物排放，提高装置的环保性。
以下通过实施例进一步说明本发明的有益效果：
实施例1
利用图1所示镍渣贫化装置进行镍渣的贫化，其中镍渣贫化处理炉如图1所示，炉体内部设置有三个加热电极，电极延伸至腔体中的部分的体积占腔体总容积的4％，电极的功率密度为200kw/m2，工艺条件如下：
将镍渣加入炉内，提升炉内渣的温度至1350℃；开始将碳粉线进行喂线(炉体上方设置有5个喂线孔)，碳粉线包括碳粉芯层和包覆在碳粉芯层表面的铁皮，铁皮厚度为0.1mm，碳粉线的直径为10mm，碳粉含量为98％；将加入的碳粉线中的碳粉重量记为a，将镍渣中镍氧化物、钴氧化物及铜氧化物被还原所需的理论配碳重量记为b，其中a/b＝0.8。喂线过程中，将碳粉线的线端置于在镍渣贫化处理炉内的熔体层中，且将镍渣贫化处理炉的内部底壁距熔渣层高度记为h，将镍渣贫化处理炉的内部底壁距碳粉线的线端高度记为h，其中h/h＝1/3；在炉体中加入黄铁矿进一步捕集渣中的镍金属，加入量为熔炼渣总重量的3％；所得镍锍返回熔炼炉。
处理结果：年处理镍渣20万吨，镍渣含镍1.2％，含铜0.95％，含钴0.76％；镍渣处理后炉渣含镍0.10％，含铜0.23％，含钴0.09％；镍锍的镍品位在23.05％。整个系统镍回收率约95.4％，钴回收率约为91.5％，铜回收率73.8％。
实施例2
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：h/h＝1/2。
处理结果：年处理镍渣19万吨，镍渣含镍1.2％，含铜0.95％，含钴0.76％；镍渣处理后炉渣含镍0.15％，含铜0.28％，含钴0.12％；镍锍的镍品位在22.3％。整个系统镍回收率约93.8％，钴回收率约为90.1％，铜回收率70.2％。
实施例3
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：h/h＝2/3。
处理结果：年处理镍渣17万吨，镍渣含镍1.2％，含铜0.95％，含钴0.76％；镍渣处理后炉渣含镍0.23％，含铜0.31％，含钴0.15％；镍锍的镍品位在21.7％。整个系统镍回收率约91.7％，钴回收率约为90.0％，铜回收率70.3％。
实施例4
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：黄铁矿的加入量为镍渣总重量的5％，a/b＝2.0。
处理结果：年处理镍渣23万吨，镍渣含镍1.0％，含铜0.82％，含钴0.69％；镍渣处理后炉渣含镍0.08％，含铜0.20％，含钴0.07％；镍锍的镍品位在24.62％。整个系统镍回收率约96.7％，钴回收率约为92.8％，铜回收率76.4％。
实施例5
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：黄铁矿的加入量为镍渣总重量的1％，a/b＝0.7。
处理结果：年处理镍渣18万吨，镍渣含镍1.2％，含铜0.95％，含钴0.76％；镍渣处理后炉渣含镍0.13％，含铜0.29％，含钴0.14％；镍锍的镍品位在21.00％。整个系统镍回收率约93.0％，钴回收率约为89.4％，铜回收率70.8％。
对比例1
采用的装置及工艺同实施例1，不同之处在于：未采用喂线工艺，而是将等量的碳粉直接通过加料孔加在炉体中。
处理结果：年处理镍渣12万吨，镍渣含镍1.2％，含铜0.95％，含钴0.76％；镍渣处理后炉渣含镍0.25％，含铜0.59％，含钴0.45％；镍锍的镍品位在16.00％。整个系统镍回收率约81.5％，钴回收率约为84.2％，铜回收率60.3％。
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：
利用本发明提供的镍渣贫化装置，采用喂线工艺将碳粉线喂入镍渣贫化处理炉中，然后以电热或等离子热为热源对镍渣进行还原贫化处理。相比于传统火法贫化工艺，本发明通过喂线装置可以直接将碳粉线喂入炉体内的熔渣中下部的熔体层中。这样能够使碳粉线中的碳粉更充分地与熔渣中下部的熔体接触，发挥还原剂的功能，从而在较高的贫化动力学条件下将镍渣中的镍氧化物还原为镍锍(其中少量的钴氧化物、铜氧化物也可被还原为相应的金属锍)。基于以上原因，利用本发明提供的镍渣贫化装置能够有效提高镍渣的还原贫化效率。
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。