一步炼镍装置的制作方法

本实用新型涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种一步炼镍装置。

背景技术：

传统硫化镍精矿火法冶炼主要指硫化镍精矿冶炼至高镍锍的工艺过程，一般包含熔炼和吹炼两个步骤，熔炼工艺主要包括熔池熔炼工艺和闪速熔炼工艺，吹炼工艺主要包括p-s转炉吹炼工艺和顶吹吹炼工艺。

熔池熔炼工艺包括密闭鼓风炉熔炼、电炉熔炼、富氧顶吹炉熔炼和富氧侧吹炉熔炼等，其中密闭鼓风炉熔炼、电炉熔炼目前属于行业明确要求淘汰的工艺。熔池熔炼的核心生产装置为熔池熔炼炉，主要包括顶吹熔炼炉和富氧侧吹熔炼炉。

闪速熔炼包括奥托昆普闪速熔炼工艺和inco氧气闪速熔炼工艺(coppercliff，加拿大铜崖冶炼厂)。闪速熔炼的核心生产装置为闪速熔炼炉。

p-s转炉吹炼具有成熟的应用实践，但需要在生产过程中进行熔体的热态倒运，难以避免so2的低空污染问题。

由上可见传统的硫化镍精矿火法冶炼过程通常由独立的熔炼炉、吹炼炉分别完成熔炼和吹炼作业，存在各生产装置间大量的物料倒运及循环的问题，并导致随之而来的投资高、流程长、低空污染等问题。

1995年芬兰的harjavalta厂在现有奥托昆普闪速熔炼工艺的基础上开发了闪速炉一步炼镍工艺(don，directoutokumpunickel)，用于处理含镍较高的硫化镍精矿，可将镍精矿直接一步法闪速熔炼至高镍锍。然而，don工艺仍旧存在一些问题，具体如下：

(1)物料制备复杂。硫化镍精矿需经过干燥处理，物料含水降至0.3％以下才能入炉；熔剂、烟尘等其他物料的粒度均需≤1mm，因此若熔剂，如石英石等为块状物料，需经细磨后才能入炉；系统块状返料，如流槽壳、块烟尘等也需经细磨后入炉。

(2)闪速熔炼需要在反应塔内进行强氧化熔炼，使硫化镍精矿与氧气快速反应，因此熔炼渣氧势高，渣中镍含量高。因此，熔炼渣需经电炉进一步贫化处理。

(3)熔炼渣电炉贫化，需加入还原剂和硫化剂，产金属化镍锍。还原剂用于还原渣中的氧化镍ni2o，硫化剂用于稀释金属，调节金属化镍锍含硫量，从而调节熔体操作温度。此外，硫化剂通过喷枪喷入电炉中，物料制备和运输系统复杂。

总之，采用don工艺，物料需经干燥后入炉，且闪速熔炼氧势高，熔炼渣含ni高，需在后续续渣贫化电炉中进行还原硫化，电炉处理负荷大、能耗高。因此，有必要提供一种新的炼镍工艺，以克服这些缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种一步炼镍装置，以解决现有技术中don工艺存在的原料入炉条件高、熔炼渣镍含量高、电炉单独处理熔炼渣时负荷大、能耗高等问题。

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种一步炼镍装置，其为一体化设备，一步炼镍装置包括炉体，炉体内部依次设置有：熔池熔炼区，熔池熔炼区具有第一加料口和第一鼓风口，第一加料口用于向熔池熔炼区加入硫化镍精矿、熔剂和第一还原剂，熔池熔炼区用于对硫化镍精矿进行熔池熔炼以产出含镍35～65wt％的高镍锍、熔炼渣和烟气；以及还原贫化区，与熔池熔炼区相连通，还原贫化区具有第二加料口、第二鼓风口和出烟口，还原贫化区用于使熔炼渣进行贫化反应产出贫化渣和第一金属化镍锍。

进一步地，炉体内部还设置有沉降区，沉降区与还原贫化区相连通，且位于还原贫化区的远离熔池熔炼区的一侧，沉降区用于对贫化渣进行沉降处理以产出第二金属化镍锍。

进一步地，炉体具有底壁，将底壁的位于熔池熔炼区下方的部分记为第一部分，将底壁的位于还原贫化区下方的部分记为第二部分，将底壁的位于沉降区下方的部分记为第三部分，其中，按第一部分、第二部分及第三部分的顺序，底壁的水平高度依次升高。

进一步地，底壁的内部表面为倾斜表面，且按第一部分、第二部分及第三部分的顺序，倾斜表面逐渐向上倾斜。

进一步地，倾斜表面的倾斜角度为3°～20°。

进一步地，一步炼镍装置还包括隔墙，隔墙设置在炉体中，且位于还原贫化区和沉降区之间，隔墙下方具有连通通道，还原贫化区和沉降区通过连通通道相连。

进一步地，一步炼镍装置还包括加热电极，加热电极穿过炉体延伸至沉降区内部。

进一步地，加热电极为石墨电极或自焙式电极。

进一步地，炉体具有第一端墙和与第一端墙相对的第二端墙，第一端墙为熔池熔炼区的远离沉降区一端的端墙，第二端墙为沉降区的远离熔池熔炼区一端的端墙；其中，第一端墙设置有高镍锍排放口；第二端墙设置有排渣口。

进一步地，高镍锍排放口为虹吸式排放口或打眼式排放口，排渣口为溢流式排渣口或打眼式排渣口。

进一步地，沉降区还具有第二出烟口。

进一步地，第一鼓风口为多个，多个第一鼓风口分布在熔池熔炼区的不同侧壁上；第二鼓风口为多个，多个第二鼓风口分布在还原贫化区的不同侧壁上。

进一步地，第一鼓风口和第二鼓风口均为侧吹直通式风眼。

进一步地，炉体为卧式炉型，熔池熔炼区和还原贫化区沿炉体的长度方向设置，且熔池熔炼区的长度为还原贫化区长度为2～5倍。

进一步地，沉降区的炉膛高度低于熔池熔炼区和还原贫化区的炉膛高度。

本实用新型提供了一种一步炼镍装置，其为一体化设备，一步炼镍装置包括炉体，炉体内部依次设置有熔池熔炼区和还原贫化区，熔池熔炼区具有第一加料口和第一鼓风口，第一加料口用于向熔池熔炼区加入硫化镍精矿、熔剂和第一还原剂，熔池熔炼区用于对硫化镍精矿进行熔池熔炼以产出含镍50～65wt％的高镍锍、熔炼渣和烟气；还原贫化区与熔池熔炼区相连通，还原贫化区具有第二加料口、第二鼓风口和出烟口，还原贫化区用于使熔炼渣进行贫化反应产出贫化渣和第一金属化镍锍。采用本实用新型提供的一步炼镍装置能够在一台设备中实现强化冶炼、炉渣贫化，从而在一台装置中实现硫化镍精矿一步炼出高镍锍，实现了能源的高效利用。与此同时，由于采用了熔池熔炼技术，熔炼渣镍含量低，贫化过程负荷小，能耗低。此外，熔池熔炼时硫化镍精矿、熔剂和第一还原剂的进料粒径和含水率没有特殊要求，原料入炉条件低。

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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一种实施例的一步炼镍装置的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、炉体；20、隔墙；30、加热电极；11、熔池熔炼区；12、还原贫化区；13、沉降区；101、第一加料口；102、第一鼓风口；103、第二加料口；104、第二鼓风口；105、出烟口；106、高镍锍排放口；107、排渣口；108、第二出烟口。

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实用新型。

正如背景技术部分所描述的，现有技术中don工艺存在原料入炉条件高、熔炼渣镍含量高、电炉单独处理熔炼渣时负荷大、能耗高等问题。

为了解决这一问题，本实用新型提供了一种一步炼镍装置，如图1所示，该一步炼镍装置为一体化设备，一步炼镍装置包括炉体10，炉体10内部依次设置有熔池熔炼区11、还原贫化区12；熔池熔炼区11具有第一加料口101和第一鼓风口102，第一加料口101用于向熔池熔炼区11加入硫化镍精矿、熔剂和第一还原剂，熔池熔炼区11用于对硫化镍精矿进行熔池熔炼以产出含镍35～65wt％的高镍锍、熔炼渣和烟气；还原贫化区12与熔池熔炼区11相连通，还原贫化区12具有第二加料口103、第二鼓风口104和出烟口105，还原贫化区12用于使熔炼渣进行贫化反应产出贫化渣和第一金属化镍锍。

在实际生产过程中，硫化镍精矿和熔剂、第一还原剂进入一步炼镍装置的熔池熔炼区11进行熔池熔炼，发生分解、氧化等一系列化学发生，生成高镍锍、熔炼渣和烟气。熔池熔炼时硫化镍精矿、熔剂和第一还原剂的进料粒径和含水率没有特殊要求，因此能够简化物料制备系统，物料经配料后直接入炉，不需要干燥和细磨，原料入炉条件低。熔池熔炼区11和还原贫化区12处于同一炉体中且相互连通，这样熔池熔炼区11产出的熔炼渣可以直接进入还原贫化区12进行贫化反应。由于采用了熔池熔炼技术，反应过程中配入了第一还原剂，控制了熔炼渣氧势，因此熔炼渣镍含量低，约3～5wt％，因此贫化过程负荷小、能耗低。经还原贫化区12贫化后，渣的氧势进一步降低，弃渣含镍更低，约0.2～0.3％，金属回收率更高。且因熔炼渣粘度较低，贫化过程中无需加入硫化剂稀释，产生的第一金属化镍锍也可以直接与熔炼过程产出的高镍锍混合作为镍锍产品。

总之，本实用新型有效解决了don工艺存在的原料入炉条件高、熔炼渣镍含量高、电炉单独处理熔炼渣时负荷大、能耗高等问题。物料配料后直接入炉，制备简单、流程短，渣贫化和熔炼在一台炉内完成，避免了熔体的反复倒运以及物料的来回循环，降低了生产成本。且不需要加硫化剂硫化，生产稳定、操作简单，环保条件好。

在一种优选的实施方式中，炉体10内部还设置有沉降区13，沉降区13与还原贫化区12相连通，且位于还原贫化区12的远离熔池熔炼区11的一侧，沉降区13用于对贫化渣进行沉降处理以产出第二金属化镍锍。这样，还原贫化区12中产出的贫化渣可直接进入沉降区13进行沉降处理，该情况下可在一台炉内完成熔炼、渣贫化和沉降分离，有利于进一步提高作业的连续性，节约设备，简化工序，降低能耗。

当然，沉降工序也可以单独进行，在一种图中未示出的实施方式中，还原贫化区12设置有贫化渣排放口，一步炼镍系统还包括沉降炉，沉降炉具有贫化渣进口，贫化渣进口与贫化渣排放口相连，沉降炉用于对贫化渣进行沉降处理。这样，相当于熔炼、渣贫化连续作业，渣沉降单独可周期作业。优选地，贫化渣进口与贫化渣排放口通过溜槽相连，贫化渣通过溜槽流入沉降炉。沉降炉优选为沉降电炉，通过电极加热升温，产出的金属化镍锍可单独作为产品，也可返回熔池熔炼区11。

在一种优选的实施方式中，炉体10具有底壁，将底壁的位于熔池熔炼区11下方的部分记为第一部分，将底壁的位于还原贫化区12下方的部分记为第二部分，将底壁的位于沉降区13下方的部分记为第三部分，其中，按第一部分、第二部分及第三部分的顺序，底壁的水平高度依次升高。这样，还原贫化区12中产出的第一金属化镍锍和沉降区13产出的第二金属化镍锍能够自流至熔池熔炼区11底部并与高镍锍混合共同形成镍锍产品。

在一种优选的实施方式中，如图1所示，底壁的内部表面为倾斜表面，且按第一部分、第二部分及第三部分的顺序，倾斜表面逐渐向上倾斜。这样设置，第一金属化镍锍和第二金属化镍锍能够更方便地自流至熔池熔炼区11下方。且处于进一步平衡反应时长和镍锍出料的匹配，优选倾斜表面的倾斜角度为3°～20°。

在一种优选的实施方式中，一步炼镍装置2还包括隔墙20，隔墙20设置在炉体10中，且位于还原贫化区12和沉降区13之间，隔墙20下方具有连通通道，还原贫化区12和沉降区13通过连通通道相连。这样，通过隔墙20可以将还原贫化区12和沉降区13分隔，二者通过隔墙20下方的通道相连。设置隔墙20有利于还原贫化区12中进行贫化反应的具有流动性的熔体和沉降区13中进行沉降处理的熔体之间实现更平稳的流动，且隔墙20能够阻断还原贫化区12中的搅动和表面的浮料，从而进一步提高沉降处理的效果。优选地，隔墙20深入至熔池以下100～300mm，这样还能够将两个区域的烟气完全隔离，并更好地还原贫化区12的浮渣进入沉降区13。

在一种优选的实施方式中，一步炼镍装置2还包括加热电极30，加热电极30穿过炉体10延伸至沉降区13内部。利用加热电极30可以对沉降区13中的物料进行补热，从而进一步提高沉降效果。更优选地，加热电极为石墨电极或自焙式电极。

为了进一步提高沉降效果，在一种优选的实施方式中，加热电极30有多根，且穿过沉降区13的顶部延伸至其内部。比如，加热电极30有3～6根，可以呈一字型或者三角形排列。

在一种优选的实施方式中，炉体10具有第一端墙和与第一端墙相对的第二端墙，第一端墙为熔池熔炼区11的远离沉降区13一端的端墙，第二端墙为沉降区13的远离熔池熔炼区11一端的端墙；其中，第一端墙设置有高镍锍排放口106；第二端墙设置有排渣口107。利用高镍锍排放口106可以间隔性放出镍锍产品，利用排渣口107可以间隔性排出沉降区13产出的弃渣。因该弃渣镍含量≤0.2％，可直接作弃渣处理。优选地，高镍锍排放口106为虹吸式排放口或打眼式排放口，排渣口107为溢流式排渣口或打眼式排渣口。

更优选地，沉降区13还具有第二出烟口108。利用第二出烟口108可以排出沉降处理过程中产生的烟气，该烟气温度700～900℃，降温除尘后烟气温度降至300～400℃，作为熔炼区二次风回用。

为了向熔池熔炼反应和贫化反应过程提供更充分的富氧环境，或者更方便地向还原贫化区12引入气体还原剂，在一种优选的实施方式中，第一鼓风口102为多个，多个第一鼓风口102分布在熔池熔炼区11的不同侧壁上；第二鼓风口104为多个，多个第二鼓风口104分布在还原贫化区12的不同侧壁上。在一种优选的实施方式中，炉体10为卧式炉型，熔池熔炼区11和还原贫化区12沿炉体10的长度方向设置，且熔池熔炼区11的长度为还原贫化区12长度为2～5倍。这样设置，硫化镍精矿在熔池熔炼区11中的反应时长和熔炼渣在还原贫化区12中的贫化时长更为匹配，使得硫化镍精矿的熔炼和熔炼渣贫化具有更好的连续性和稳定性。

在一种优选的实施方式中，第一鼓风口102和第二鼓风口104均为侧吹直通式风眼。采用侧吹直通式风眼，可以加大通气量，增强对熔池的搅拌，同时易于栓风眼。

优选地，第一加料口101设置在熔池熔炼区11的顶部，数量可以是多个，比如2～3个。

在实际的生产过程中，第二加料口103可以和出烟口105处于同一位置，比如同处于还原贫化区12的顶部，这样一个口充当了两种角色，既可以排放烟气也可以加料。当然，二者也可以位于不同位置，各自作用。

在一种优选的实施方式中，在贫化反应过程中，通过第二加料口103向还原贫化区12加入第二还原剂，且第二还原剂为固体还原剂；和/或，通过第二鼓风口104向还原贫化区12通入第三还原剂，且第三还原剂为气体或液体还原剂。贫化反应过程中，通过第二还原剂和/或第三还原剂可以将熔炼渣中的磁性铁(四氧化三铁)还原为氧化亚铁进行造渣，这样能够减少熔炼渣的粘度，从而提高后续的沉降分离效果，同时进一步降低贫化渣中的镍含量和钴含量。当采用第二还原剂，即固体还原剂时，通过第二加料口103加入，第二加料口103可以和出烟口105处于同一位置，比如同处于还原贫化区12的顶部，这样一个口充当了两种角色，既可以排放烟气也可以加料。当然，二者也可以位于不同位置，各自作用。

上述第一还原剂和第二还原剂分别包括但不限于为木炭、无烟煤、焦炭中的一种或多种，第三还原剂包括但不限于天然气、一氧化碳、氢气、液化石油气、重油中的一种或多种。在通入第三还原剂的过程中，可以通过还原贫化区12中的第二鼓风口104通入，第二鼓风口104可以是多个多通道风眼，可以利用惰性气体，比如氮气，携带第三还原剂通过风眼鼓入熔池，与与渣层充分混合并反应。此外，利用惰性气体还能够满足气量调节，起到让渣层和还原剂充分搅拌的作用并控制还原深度。

需说明的是，还原贫化过程中优选通过侧吹浸没式喷枪将富氧空气鼓入熔池，熔炼渣在第一和/或第二还原剂、富氧空气的作用下完成反应，且该过程中富氧空气的加入还可以使第一还原剂发生不完全燃烧以进行炉渣还原和补充还原过程所需热量。

在一种优选的实施方式中，炉体10为卧式炉型，熔池熔炼区11和还原贫化区12沿炉体10的长度方向设置，且熔池熔炼区11的长度为还原贫化区12长度为2～5倍。这样设置，硫化镍精矿在熔池熔炼区11中的反应时长和熔炼渣在还原贫化区12中的贫化时长更为匹配，使得硫化镍精矿的熔炼和熔炼渣贫化具有更好的连续性和稳定性。

在一种优选的实施方式中，沉降区13的炉膛高度低于熔池熔炼区11和还原贫化区12的炉膛高度。熔池熔炼区11和的还原贫化区12炉膛高度较高可以减少加料口的粘结，降低气相区的气速，降低烟尘率。沉降区13的炉膛高度较矮，可以减少加热电极30的高速，减少散热。

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。

实施例1

一步炼镍装置的结构如图1所示，具体如下：

熔池熔炼区长度10000mm，宽度2500mm，炉膛总高度5000mm，高镍锍液面高度1.1m，渣层厚度600mm；熔池熔炼区设置有第一加料口2～3个，高镍锍打眼排放口若干个或虹吸排放口1～2个；熔池熔炼区侧墙设置有直通式供反应富氧空气的风眼若干个，每个送风量800～1200nm³/h；风眼个数与处理能力和冗余数量有关，冗余数量为正常供风所需风眼数量的1.5～2倍。

还原贫化区长度2000～5000mm，还原煤通过出烟口加入；渣还原贫化区侧墙设置有多通道风眼2～6个，每侧1～3个；还原贫化区与沉降区用隔墙隔开，隔墙深入渣层以下100mm～300mm；

沉降区长度5000mm～15000mm，宽度2500mm，熔池深度700mm～1100mm；根据工艺需要和炉渣停留时间计算和调整；沉降区设置三根或六根的石墨电极，石墨电极成一字型或三角形排列；沉降区的端墙设置有1个虹吸排渣口，1个事故排放口；沉降区设置有一个独立的排烟口，烟气作为熔炼区二次风回用。

利用上述一步炼镍装置对于硫化镍精矿进行冶炼，具体工艺过程如下：

(1)硫化镍精矿配料。硫化镍精矿(含ni≥6％)、石英石熔剂、还原剂(无烟煤或焦炭)、系统返料经定量给料机配料后，通过胶带运输机运输至熔炼炉炉顶，通过移动式给料设备(移动胶带运输机或移动定量给料机)加入炉内。

(2)配料后混合精矿在熔炼炉熔炼区与鼓入熔池的富氧空气发生分解、氧化等一系列化学发生，生成高镍锍、熔炼渣和烟气。生成的高镍锍含ni50％～65％，含fe1％～4％，操作温度1150℃～1250℃。熔炼渣fe/sio2为1.1～1.3，渣含ni3％～5％，渣温1250℃～1400℃(具体渣中mgo含量相关)。熔炼烟气温度1200℃～1350℃，送烟气处理系统处理。

(3)熔炼渣由熔炼区进入贫化区，贫化区加入还原剂(无烟煤或焦炭，也可通过喷枪鼓入还原性气体)，同时鼓入一定量富氧空气进行搅拌，改善反应的动力学条件，贫化产生贫化渣和金属化镍锍。贫化区和熔炼区连通，产生的金属化镍锍沉入熔炼炉底部，与高镍锍混合；贫化区和电极沉降区设有隔墙，贫化渣通过隔墙底部进入电极沉降区进一步沉清分离金属化镍锍和贫化渣。贫化区各熔体和烟气温度与熔炼区相同。产生的贫化渣含ni0.2％～0.3％。

(4)贫化渣在电极沉降区进一步沉清分离，通过电极加热贫化渣，渣温1300℃～1450℃(具体渣中mgo含量相关)，沉清分离后弃渣含ni≤0.2％，co≤0.15％，沉降产生的金属化镍锍通过底部回流至熔炼区，与高镍锍混合。

(5)沉降区产烟气温度700℃～900℃，降温除尘后烟气温度降至300℃～400℃，作为熔炼区二次风回用，或与熔炼区烟气一起送后续烟气处理系统处理。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。