Одностадийная система плавления никеля и одностадийный способ плавления никеля
ONE-STAGE NICKEL MELTING SYSTEM AND ONE-STAGE NICKEL MELTING METHOD

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее раскрытие относится к технической области металлургии, в частности к одностадийной системе плавления никеля и одностадийному способу плавления никеля.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Обычно используемые пирометаллургические процессы для концентратов сульфида никеля являются следующими: концентрат никеля плавят в плавильной печи после подготовки и дозирования материала, расплавленный штейн с низким содержанием никеля направляют для продувки в конвертерную печь, продутый штейн с высоким содержанием никеля используют в качестве готового продукта после охлаждения или направляют в мокрый способ для дальнейшей обработки. Плавильный шлак, полученный при плавлении, подвергают обеднению в электрической печи или обеднению в зоне с электродами с получением отвального шлака. Продутый шлак, полученный продувкой, возвращают в плавильную печь для обработки или возвращают в зону плавления с электродами или отстойную электрическую печь для обработки, и электрическая печь для обеднения может также быть независимо приспособлена для обработки. Если продутый шлак обедняют отдельно, восстанавливающее средство и вулканизирующее средство обычно следует добавлять для получения металлизированного никелевого штейна. Однако процесс имеет длинную технологическую цепочку и высокое энергопотребление, каждый материал переливается в следующий процесс главным образом посредством ковша, рабочая среда плохая, и процесс имеет определенные требования к содержанию MgO в концентрате. При этом процесс также имеет проблемы, заключающиеся в высоком энергопотреблении, больших капиталовложениях, серьезном загрязнении на низких высотах и пр. На основе существующего процесса Outokumpu для плавки во взвешенном состоянии на заводе в Харьявалте, Финляндия, 1995 г., был разработан прямой процесс Outokumpu для никеля (DON) для обработки концентрата сульфида никеля с высоким содержанием никеля, в котором можно плавить во взвешенном состоянии концентрат никеля непосредственно в штейн с высоким содержанием никеля за одну стадию со следующим технологическим процессом: сушка концентрата сульфида никеля до содержания воды ≤ 0,3%, дозирование с порошкообразным флюсом (если флюс крупный, его можно подавать в печь только после тонкого измельчения) и летучей золой перед направлением в сопло для концентрата и химическая реакция с обогащенным по кислороду воздухом в реакционной колонне для получения штейна с высоким содержанием никеля. Плавильный шлак и штейн с высоким содержанием никеля осаждают, разделяют и соответственно выгружают в отстойный резервуар, и штейн с высоким содержанием никеля используют в качестве готового продукта или направляют в следующий процесс для обработки; выгружают плавильный шлак в электрическую печь для обеднения. Восстанавливающее средство и вулканизирующее средство следует добавлять в электрическую печь для обеднения, и после реакции восстановления-вулканизации металлизированный никелевый штейн, полученный в электрической печи, используют в качестве готового продукта или направляют на следующий процесс для обработки; шлак, полученный в электрической печи, можно непосредственно продавать за пределы процесса. По сравнению с традиционным пирометаллургическим процессом процесс DON имеет преимущества, заключающиеся в том, что: (1) процесс короткий, концентрат сульфида никеля прямо окисляется в штейн с высоким содержанием никеля, и сокращается процесс продувки штейна с низким содержанием никеля; (2) сокращается транспортировка материала, меньше металлической пыли и серы рассеивается в окружающую среду, рабочая среда хорошая, и степень излечения металла и серы высокая; (3) в процессе плавления Fe окисляется и поступает в шлак, a MgO в шлаке может разбавляться, так что процесс имеет лучшую приспособляемость к содержанию MgO в сырьевом материале; (4) процесс плавления проводят непрерывно, влияние периодической работы конвертера на колебания состава дымовых газов исключается, и последующая система обработки дымовых газов имеет лучшие рабочие условия, меньше капиталовложений и низкую стоимость. Однако процесс DON все еще имеет некоторые проблемы, заключающиеся в следующем:
(1) получение материала сложное. Сушка концентрата сульфида никеля, чтобы снизить содержание воды в материале до менее чем 0,3%, так что концентрат сульфида никеля можно поместить в печь; степень дробления других материалов, таких как флюс, летучая зола и подобные, должна быть 1 мм или менее, так что, если флюс, такой как кварцевый камень и подобные, является крупным материалом, флюс можно помещать в печь после тонкого дробления; крупные возвратные материалы из системы, такие как обдир с желоба, крупная летучая зола и подобные, также необходимо тонко дробить перед помещением в печь;
(2) плавка во взвешенном состоянии требует плавки при сильном окислении в реакционной колонне для обеспечения быстрой реакции концентрата сульфида никеля с кислородом, так что кислородный потенциал плавильного шлака высокий, и содержание никеля в шлаке высокое. Таким образом, плавильный шлак необходимо дополнительно обеднять в электрической печи;
(3) обеднение плавильного шлака в электрической печи и добавление восстанавливающего средства и вулканизирующего средства для получения металлизированного никелевого штейна. Восстанавливающее средство используют для восстановления оксида никеля МО в шлаке, а вулканизирующее средство используют для разбавления металла и регулирования содержания серы в металлизированном никелевом штейне, чтобы регулировать рабочую температуру расплава. Кроме того, вулканизирующее средство распыляют в электрической печи посредством распылительной форсунки, и система подготовки и транспортирования материала сложная.
В общем, при использовании процесса DON материал необходимо сушить перед помещением в печь, кислородный потенциал плавки во взвешенном состоянии высокий, содержание никеля в плавильном шлаке высокое, восстановление-вулканизацию необходимо проводить в следующей далее электрической печи для обеднения шлака непрерывного действия, и электрическая печь имеет высокую рабочую загрузку и энергопотребление. Таким образом, существует необходимость в обеспечении нового способа плавления никеля, который преодолевает эти недостатки.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Настоящее раскрытие главным образом нацелено на обеспечение одностадийной системы плавления никеля и одностадийного способа плавления никеля и нацелено на решение проблем, заключающихся в высоких требованиях к сырьевым материалам, подаваемым в печь, высоком содержании никеля в плавильном шлаке, высокой загрузке, когда плавильный шлак отдельно обрабатывают в электрической печи, высоком энергопотреблении и подобном, в процессе DON уровня техники.
Для достижения вышеуказанной цели согласно одному аспекту настоящего раскрытия обеспечивается одностадийная система плавления никеля, которая содержит: транспортерное устройство для сырьевых материалов, используемое для транспортирования концентрата сульфида никеля, флюса и первого восстанавливающего средства; устройство для одностадийного плавления никеля, причем устройство для одностадийного плавления никеля представляет собой комплексное оборудование и содержит корпус печи, причем зона плавления ванны расплава и зона восстановительного обеднения последовательно расположены внутри корпуса печи; зона плавления ванны расплава обеспечена первым отверстием для подачи и первой фурмой, причем первое отверстие для подачи соединено с транспортерным устройством для сырьевых материалов, и зона плавления ванны расплава используется для осуществления плавления ванны расплава для концентрата сульфида никеля с получением штейна с высоким содержанием никеля, содержащего 35-65 масс. % никеля, плавильного шлака и дымового газа; зона восстановительного обеднения связана с зоной плавления ванны расплава, причем зона восстановительного обеднения снабжена вторым отверстием для подачи, второй фурмой и выпускным отверстием для дыма, и зона восстановительного обеднения используется для проведения реакции обеднения плавильного шлака с получением обедненного шлака и первого металлизированного никелевого штейна; и устройство для обработки дымового газа, которое соединено с выпускным отверстием для дыма.
Кроме того, внутренняя часть корпуса печи также снабжена зоной отстаивания, причем зона отстаивания связана с зоной восстановительного обеднения и расположена с одной стороны от зоны восстановительного обеднения, которая удалена от зоны плавления ванны расплава, и зона отстаивания используется для отстаивания обедненного шлака с получением второго металлизированного никелевого штейна; или зона восстановительного обеднения снабжена отверстием для выгрузки обедненного шлака, одностадийная система плавления никеля также содержит отстойную печь, отстойная печь снабжена впускным отверстием для обедненного шлака, впускное отверстие для обедненного шлака соединено с отверстием для выгрузки обедненного шлака, и отстойная печь используется для отстаивания обедненного шлака.
Кроме того, корпус печи имеет днище, часть днища под зоной плавления ванны расплава обозначается как первая часть, часть днища под зоной восстановительного обеднения обозначается как вторая часть, а часть днища под зоной отстаивания обозначается как третья часть, причем высота днища по горизонтали постепенно увеличивается в следующем порядке: первая часть, вторая часть и третья часть.
Кроме того, внутренняя поверхность днища представляет наклонную поверхность, и наклонная поверхность постепенно наклоняется вверх в следующем порядке: первая часть, вторая часть и третья часть.
Кроме того, угол наклона наклонной поверхности составляет 1-5°.
Кроме того, устройство для одностадийного плавления никеля также содержит разделительную стенку, расположенную в корпусе печи между зоной восстановительного обеднения и зоной отстаивания, причем разделительная стенка имеет канал связи внизу, зона восстановительного обеднения и зона отстаивания соединены каналом связи.
Кроме того, устройство для одностадийного плавления никеля также содержит нагревательный электрод, проходящий через корпус печи внутрь зоны отстаивания. Кроме того, корпус печи имеет первую боковую стенку и вторую боковую стенку, противоположную первой боковой стенке, первая боковая стенка представляет боковую стенку зоны плавления ванны расплава на одном конце, удаленном от зоны отстаивания, вторая боковая стенка представляет боковую стенку зоны отстаивания на одном конце, удаленном от зоны плавления ванны расплава; причем нижняя часть первой боковой стенки снабжена отверстием для выгрузки штейна с высоким содержанием никеля; нижняя часть второй боковой стенки снабжена отверстием для выгрузки шлака. Кроме того, зона отстаивания также имеет выпускное отверстие.
Кроме того, обеспечивается множество первых фурм, и множество первых фурм распределено на разных боковых стенках зоны плавления ванны расплава; обеспечивается множество вторых фурм, и множество вторых фурм распределено на разных боковых стенках зоны восстановительного обеднения.
Кроме того, корпус печи является печью горизонтального типа, зона плавления ванны расплава и зона восстановительного обеднения расположены по длине корпуса печи, и длина зоны плавления ванны расплава составляет в 1-3 раза больше, чем зоны восстановительного обеднения.
Кроме того, транспортерное устройство для сырьевых материалов содержит: дозирующее устройство для дозирования концентрата сульфида никеля, флюса и первого восстанавливающего средства и транспортер, расположенный между дозирующим устройством и первым отверстием для подачи.
Кроме того, зона плавления ванны расплава дополнительно снабжена отверстием для вторичного воздуха, и выпускное отверстие соединено с отверстием для вторичного воздуха.
Кроме того, устройство для обработки дымовых газов содержит установку утилизации отходящего тепла и установку обеспыливания, соединенные последовательно.
Согласно другому аспекту настоящего раскрытия также обеспечивается одностадийный способ плавления никеля при помощи вышеуказанной одностадийной системы плавления никеля, причем одностадийный способ плавления никеля предусматривает: транспортирование концентрата сульфида никеля, флюса и первого восстанавливающего средства при помощи транспортерного устройства для сырьевых материалов в качестве сырьевых материалов для плавления никеля; транспортирование сырьевого материала для плавления никеля в зону плавления ванны расплава устройства для одностадийного плавления никеля через первое отверстие для подачи для реакции плавления ванны расплава с получением штейна с высоким содержанием никеля, содержащего 35-65 масс. % никеля, плавильного шлака и дымового газа; обеспечение поступления плавильного шлака в зону восстановительного обеднения для осуществления реакции обеднения и получение обедненного шлака и первого металлизированного никелевого штейна; и выполнение дополнительной обработки дымового газа.
Кроме того, содержание никеля в концентрате сульфида никеля составляет ≥ 6%; температура реакции плавления ванны расплава составляет 1200-1400°С. Кроме того, первое восстанавливающее средство представляет собой одно или несколько из антрацита, кокса и полукокса.
2
Кроме того, массовое отношение Fe к SiO в плавильном шлаке составляет 0,8-1,3, а содержание никеля в плавильном шлаке составляет 3-5 масс. %.
Кроме того, первый обогащенный по кислороду воздух вводят во внутреннюю часть ванны расплава посредством первой фурмы во время реакции плавления ванны расплава, причем первый обогащенный по кислороду воздух имеет содержание кислорода 60-85%. Кроме того, сырьевой материал для плавления никеля дополнительно содержит возвратный материал из системы.
Кроме того, во время реакции обеднения второе восстанавливающее средство добавляют в зону восстановительного обеднения через второе отверстие для подачи, и второе восстанавливающее средство представляет собой твердое восстанавливающее средство в виде частиц; и/или третье восстанавливающее средство вводят в зону восстановительного обеднения через вторые фурмы, и третье восстанавливающее средство представляет собой газообразное восстанавливающее средство или порошкообразное твердое восстанавливающее средство.
Кроме того, второе восстанавливающее средство представляет собой одно или несколько из антрацита, кокса и полукокса; а третье восстанавливающее средство представляет собой одно или несколько из природного газа, монооксида углерода и угольной пыли. Кроме того, во время реакции обеднения второй обогащенный по кислороду воздух вводят в систему реакции обеднения через вторые фурмы, и содержание кислорода во втором обогащенном по кислороду воздухе составляет 60-85%.
Кроме того, устройство для одностадийного плавления никеля дополнительно содержит зону отстаивания, и одностадийный способ плавления никеля дополнительно предусматривает: обеспечение поступления обедненного шлака в зону отстаивания для обработки отстаиванием и получения второго металлизированного никелевого штейна и отходов; или зона восстановительного обеднения снабжена отверстием для выгрузки обедненного шлака, одностадийная система плавления никеля дополнительно содержит отстойную печь, отстойная печь снабжена впускным отверстием для обедненного шлака, соединенным с отверстием для выгрузки обедненного шлака, и одностадийный способ плавления никеля дополнительно предусматривает: транспортирование обедненного шлака в отстойную печь для обработки отстаиванием.
Кроме того, когда содержание кобальта в концентрате сульфида никеля составляет ≥ 0,3 масс. %, обедненный шлак подвергают обработке отстаиванием в отстойной печи; когда содержание кобальта в концентрате сульфида никеля составляет < 0,3 масс. %, зона отстаивания находится в устройстве для одностадийного плавления никеля для отстаивания обедненного шлака.
Кроме того, корпус печи устройства для одностадийного плавления никеля имеет днище, часть днища под зоной плавления ванны расплава обозначается как первая часть, часть днища под зоной восстановительного обеднения обозначается как вторая часть, а часть днища под зоной отстаивания обозначается как третья часть, причем высота днища по горизонтали постепенно увеличивается в следующем порядке: первая часть, вторая часть и третья часть; второй металлизированный никелевый штейн, полученный в зоне отстаивания, и первый металлизированный никелевый штейн, полученный в зоне восстановительного обеднения, самотеком перетекают в зону плавления ванны расплава и смешиваются со штейном с высоким содержанием никеля.
Кроме того, зона отстаивания дополнительно снабжена выпускным отверстием, и дымовой газ, выходящий из выпускного отверстия, поступает в зону плавления ванны расплава в качестве вторичного воздуха для процесса плавления ванны расплава. Кроме того, когда отстойная печь используется для отстаивания обедненного шлака, впускное отверстие для обедненного шлака соединено с отверстием для выгрузки обедненного шлака посредством желоба, и вулканизирующее средство одновременно добавляют в отстойную печь во время процесса отстаивания.
Кроме того, металлизированный никелевый штейн, полученный в отстойной печи, возвращают на стадию плавления ванны расплава.
Кроме того, стадия дополнительной обработки дымового газа предусматривает: утилизацию отходящего тепла дымового газа при помощи установки утилизации отходящего тепла с получением предварительно обработанного дымового газа; предварительно обработанный дымовой газ обеспыливают путем использования установки для обеспыливания.
Настоящее раскрытие обеспечивает одностадийную систему плавления никеля, которая содержит транспортерное устройство для сырьевых материалов, устройство для одностадийного плавления никеля и устройство для обработки дымовых газов; транспортерное устройство для сырьевых материалов предназначено для транспортирования концентрата сульфида никеля, флюса и первого восстанавливающего средства; устройство для одностадийного плавления никеля представляет собой комплексное оборудование и содержит корпус печи, причем зона плавления ванны расплава и зона восстановительного обеднения последовательно расположены внутри корпуса печи; зона плавления ванны расплава снабжена первым отверстием для подачи и первой фурмой, причем первое отверстие для подачи соединено с транспортерным устройством для сырьевых материалов, и зона плавления ванны расплава используется для осуществления плавления ванны расплава для концентрата сульфида никеля с получением штейна с высоким содержанием никеля, содержащего 35-65 масс. % никеля, плавильного шлака и дымового газа; зона восстановительного обеднения связана с зоной плавления ванны расплава, причем зона восстановительного обеднения снабжена вторым отверстием для подачи, второй фурмой и выпускным отверстием для дыма, и зона восстановительного обеднения используется для проведения реакции обеднения плавильного шлака с получением обедненного шлака и первого металлизированного никелевого штейна; и устройство для обработки дымового газа соединено с выпускным отверстием для дыма. Одностадийная система плавления никеля, обеспеченная в настоящем раскрытии, может реализовывать интенсифицированное плавление и обеднение шлака в устройстве для одностадийного плавления никеля, при этом реализуя получение штейна с высоким содержанием никеля при одностадийном плавлении никелевого штейна из концентрата сульфида никеля в одном устройстве. При этом, поскольку используется технология плавления ванны расплава, содержание никеля в плавильном шлаке низкое, загрузка процесса обеднения низкая, и энергопотребление низкое. Кроме того, нет специальных требований к размеру частиц сырья и содержанию воды в концентрате сульфида никеля, флюсе и первом восстанавливающем средстве в процессе плавления ванны расплава, и условия для подачи сырьевых материалов низкие.
В общем, концентрат сульфида никеля плавят при помощи одностадийной системы плавления никеля, обеспеченной настоящим раскрытием, которая эффективно решает существующие проблемы, заключающиеся в сложных условиях для подачи сырьевых материалов в печь, высоком содержании никеля в плавильном шлаке, высокой загрузке, когда плавильный шлак отдельно обрабатывают в электрической печи, высоком энергопотреблении и подобном, в процессе DON.
Краткое описание фигур
Фигуры, которые составляют часть данной заявки, используются для обеспечения дополнительного понимания настоящего раскрытия. Типичные варианты осуществления настоящего раскрытия и их описания используются для пояснения настоящего раскрытия и не составляют неуместное ограничение настоящего раскрытия. На фигурах:
фиг. 1 показывает принципиальную схему одностадийной системы плавления никеля согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия; и
фиг. 2 показывает блок-схему одностадийного способа плавления никеля согласно одному варианту осуществления настоящего раскрытия.
Причем вышеуказанные фигуры содержат следующие номера позиций:
1. транспортерное устройство для сырьевых материалов; 2. устройство для одностадийного плавления никеля; 3. устройство для обработки дымовых газов;
10. корпус печи; 20. разделительная стенка; 30. нагревательный электрод; 11. зона плавления ванны расплава; 12. зона восстановительного обеднения; 13. зона отстаивания; 101. первое отверстие для подачи; 102. первая фурма; 103. второе отверстие для подачи; 104. вторая фурма; 105. выпускное отверстие для дыма; 106. отверстие для выгрузки штейна с высоким содержанием никеля; 107. отверстие для выгрузки шлака.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
Следует отметить, что примеры и признаки в примерах в настоящем документе можно объединять друг с другом без противоречий. Настоящее раскрытие будет описано более подробно ниже со ссылкой на фигуры и вместе с вариантами осуществления. Как описано в разделе «Предшествующий уровень техники», процесс DON уровня техники имеет проблемы, заключающиеся в высоких требованиях к сырьевым материалам, подаваемым в печь, высоком содержании никеля в плавильном шлаке, высокой загрузке, когда плавильный шлак отдельно обрабатывают в электрической печи, высоком энергопотреблении и подобном, в процессе DON.
Для решения проблемы настоящее раскрытие обеспечивает одностадийную систему плавления никеля, как показано на фиг. 1, причем одностадийная система плавления никеля содержит транспортерное устройство 1 для сырьевых материалов, устройство 2 для одностадийного плавления никеля и устройство 3 для обработки дымовых газов; причем транспортерное устройство 1 для сырьевых материалов предназначено для транспортирования концентрата сульфида никеля, флюса и первого восстанавливающего средства; устройство 2 для одностадийного плавления никеля представляет собой комплексное оборудование и содержит корпус 10 печи, причем зона 11 плавления ванны расплава и зона 12 восстановительного обеднения последовательно расположены внутри корпуса 10 печи; зона 11 плавления ванны расплава снабжена первым отверстием 101 для подачи и первой фурмой 102, причем первое отверстие 101 для подачи соединено с транспортерным устройством 1 для сырьевых материалов, и зона 11 плавления ванны расплава используется для осуществления плавления ванны расплава для концентрата сульфида никеля с получением штейна с высоким содержанием никеля, содержащего 35-65 масс. % никеля, плавильного шлака и дымового газа; зона 12 восстановительного обеднения связана с зоной 11 плавления ванны расплава, причем зона 12 восстановительного обеднения снабжена вторым отверстием 103 для подачи, второй фурмой 104 и выпускным отверстием 105 для дыма, и зона 12 восстановительного обеднения используется для проведения реакции обеднения плавильного шлака с получением обедненного шлака и первого металлизированного никелевого штейна; и устройство 3 для обработки дымового газа соединено с выпускным отверстием 105 для дыма.
В существующем процессе получения концентрат сульфида никеля, флюс и первое восстанавливающее средство поступают в зону 11 плавления ванны расплава устройства 2 для одностадийного плавления никеля для плавления ванны расплава, происходит ряд химических этапов, таких как разложение, окисление и подобные, и образуются штейн с высоким содержанием никеля, плавильный шлак и дымовой газ. Нет специальных требований к размеру частиц сырья и содержанию воды в концентрате сульфида никеля, флюсе и первом восстанавливающем средстве в процессе плавления ванны расплава, так что система подготовки материала может быть упрощена, материал непосредственно подают в печь после дозирования без необходимости в сушке и тонком измельчении, и условия к подаче сырьевых материалов низкие. Зона 11 плавления ванны расплава и зона 12 восстановительного обеднения расположены в одном корпусе печи и находятся в связи друг с другом, так что расплавленный шлак, полученный в зоне 11 плавления ванны расплава, может непосредственно поступать в зону 12 восстановительного обеднения для реакции обеднения. Используется технология плавления ванны расплава, первое восстанавливающее средство добавляют в процесс реакции, и регулируют кислородный потенциал плавильного шлака, так что содержание никеля в плавильном шлаке низкое, приблизительно 3-5 масс. %, загрузка процесса обеднения небольшая, и энергопотребление низкое. После обеднения в зоне 12 восстановительного обеднения кислородный потенциал шлака дополнительно снижается, содержание никеля в отвальном шлаке ниже, приблизительно 0,2-0,3%, а степень излечения металла выше. Кроме того, поскольку вязкость плавильного шлака низкая, не требуется добавления вулканизирующего средства для разбавления в процесс обеднения, и полученный первый металлизированный никелевый штейн можно также непосредственно смешивать со штейном с высоким содержанием никеля, полученным в процессе плавления, чтобы он служил в качестве продукционного никелевого штейна.
В общем, настоящее раскрытие эффективно решает проблемы, связанные со сложными условиями подачи сырьевых материалов в печь, высоким содержанием никеля в плавильном шлаке, высокой загрузкой, когда плавильный шлак отдельно обрабатывают в электрической печи, высоким энергопотреблением и подобными, существующие в процессе DON. Материалы непосредственно подают в печь после дозирования, способ получения простой, процесс короткий, обеднение и плавление шлака осуществляются в одной печи, не требуется вулканизирующего средства для вулканизации, производство стабильное, работа простая, и условие экологичности хорошее.
В предпочтительном варианте осуществления, как показано на фиг. 1, внутренняя часть корпуса 10 печи дополнительно снабжена зоной 13 отстаивания, которая находится в связи с зоной 12 восстановительного обеднения и расположена на стороне зоны 12 восстановительного обеднения, удаленной от зоны 11 плавления ванны расплава, причем зона 13 отстаивания используется для отстаивания обедненного шлака с получением второго металлизированного никелевого штейна. Таким образом, обедненный шлак, полученный в зоне 12 восстановительного обеднения, может непосредственно поступать в зону 13 отстаивания для обработки отстаиванием, в этом случае плавление, обеднение шлака и разделение отстаиванием можно выполнять в одной печи, непрерывность работы дополнительно улучшена при помощи уменьшенного числа оборудования, упрощенного процесса и сниженного энергопотребления.
Альтернативно, в примере, не показанном на фигурах, зона 12 восстановительного обеднения снабжена отверстием для выгрузки обедненного шлака, одностадийная система плавления никеля дополнительно содержит отстойную печь, причем отстойная печь снабжена впускным отверстием для обедненного шлака, впускное отверстие для обедненного шлака соединено с отверстием для выгрузки обедненного шлака, и отстойная печь используется для отстаивания обедненного шлака. Таким образом, это эквивалентно операциям непрерывного плавления и обеднения шлака, отстаивание шлака может отдельно работать периодически. Предпочтительно впускное отверстие для обедненного шлака соединено с отверстием для выгрузки обедненного шлака посредством желоба, по которому обедненный шлак протекает в отстойную печь. Отстойная печь предпочтительно представляет собой отстойную электрическую печь, металлизированный никелевый штейн можно использовать отдельно в качестве продукта или возвращать в зону 11 плавления ванны расплава.
В предпочтительном варианте осуществления корпус 10 печи имеет днище, причем часть днища под зоной 11 плавления ванны расплава обозначается как первая часть, часть днища под зоной 12 восстановительного обеднения обозначается как вторая часть, а часть днища под зоной 13 отстаивания обозначается как третья часть, причем высота днища по горизонтали постепенно увеличивается в следующем порядке: первая часть, вторая часть и третья часть. Таким образом, первый металлизированный никелевый штейн, полученный в зоне 12 восстановительного обеднения, и второй металлизированный никелевый штейн, полученный в зоне 13 отстаивания, могут самотеком протекать в нижнюю часть зоны 11 плавления ванны расплава и смешиваться со штейном с высоким содержанием никеля с образованием продукционного никелевого штейна.
В предпочтительном варианте осуществления, как показано на фиг. 1, внутренняя поверхность днища представляет наклонную поверхность, и наклонная поверхность постепенно наклоняется вверх в следующем порядке: первая часть, вторая часть и третья часть. При таком расположении первый и второй металлизированные никелевые штейны могут более удобно самотеком перетекать в нижнюю часть зоны 11 плавления ванны расплава. Для соответствия равновесному времени реакции и выгрузке никелевого штейна оптимальный угол наклона наклонной поверхности составляет 1-5°.
В предпочтительном варианте осуществления устройство 2 для одностадийного плавления никеля также содержит разделительную стенку 20, расположенную в корпусе 10 печи между зоной 12 восстановительного обеднения и зоной 13 отстаивания, причем разделительная стенка 20 имеет канал связи внизу, зона 12 восстановительного обеднения и зона 13 отстаивания соединены каналом связи. Таким образом, зона 12 восстановительного обеднения и зона 13 отстаивания могут быть разделены разделительной стенкой 20 и соединены каналом под разделительной стенкой 20. Наличие разделительной стенки 20 обеспечивает более равномерный поток между расплавом, имеющим текучесть и подвергнутым реакции обеднения в зоне 12 восстановительного обеднения, и расплавом, подвергнутым обработке отстаиванием в зоне 13 отстаивания, и разделительная стенка 20 может блокировать перемешивание и плавающие на поверхности материалы в зоне 12 восстановительного обеднения, при этом дополнительно улучшая эффект обработки отстаиванием.
В предпочтительном варианте осуществления устройство 2 для одностадийного плавления никеля дополнительно содержит нагревательный электрод 30, проходящий через корпус 10 печи внутрь зоны 13 отстаивания. Материал в зоне 13 отстаивания может повторно нагреваться при помощи нагревательного электрода 30 для дополнительного улучшения эффекта от отстаивания.
В предпочтительном варианте осуществления корпус 10 печи имеет первую боковую стенку и вторую боковую стенку, находящуюся напротив первой боковой стенки, первая боковая стенка представляет боковую стенку зоны 11 плавления ванны расплава на одном конце, удаленном от зоны 13 отстаивания, вторая боковая стенка представляет боковую стенку зоны 13 отстаивания на одном конце, удаленном от зоны 11 плавления ванны расплава; причем нижняя часть первой боковой стенки снабжена отверстием 106 для выгрузки штейна с высоким содержанием никеля; нижняя часть второй боковой стенки снабжена отверстием 107 для выгрузки шлака. Продукционный никелевый штейн можно выгружать с интервалами при помощи отверстия для выгрузки штейна с высоким содержанием никеля, а отвальный шлак, полученный в зоне 13 отстаивания, можно выгружать с интервалами при помощи отверстия для выгрузки шлака. Поскольку содержание никеля в отвальном шлаке составляет ≤ 0,2%, его можно непосредственно обрабатывать как отвальный шлак. Более предпочтительно зона 13 отстаивания также имеет выпускное отверстие. И дымовой газ, полученный в процессе обработки отстаиванием, можно отводить через выпускное отверстие, температура дымового газа составляет 700-900°С, температура дымового газа снижается до 300-400°С после снижения температуры и обеспыливания, и дымовой газ используют в качестве вторичного воздуха для повторного использования в зоне плавления или направляют в последующее устройство 3 для обработки дымовых газов вместе с дымовым газом из зоны плавления для обработки.
Для обеспечения более полно обогащенной по кислороду среды для реакции плавления ванны расплава и процесса реакции обеднения или для более удобного введения газообразного восстанавливающего средства в зону 12 восстановительного обеднения в предпочтительном варианте осуществления обеспечивается множество первых фурм 102, и множество первых фурм 102 распределено на разных боковых стенках зоны 11 плавления ванны расплава; обеспечивается множество вторых фурм 104, и множество вторых фурм 104 распределено на разных боковых стенках зоны 12 восстановительного обеднения. В предпочтительном варианте осуществления корпус 10 печи является печью горизонтального типа, зона 11 плавления ванны расплава и зона 12 восстановительного обеднения расположены по длине корпуса 10 печи, и длина зоны 11 плавления ванны расплава составляет в 1-3 раза больше, чем зоны 12 восстановительного обеднения. При таком расположении длительность реакции концентрата сульфида никеля в зоне 11 плавления ванны расплава и длительность обеднения плавильного шлака в зоне 12 восстановительного обеднения являются более подходящими, так что плавление концентрата сульфида никеля и обеднение плавильного шлака имеют лучшую непрерывность и стабильность.
Транспортерное устройство 1 для сырьевых материалов используется для транспортирования сырьевых материалов для лучшей непрерывности и точности подачи в зону 11 плавления ванны расплава. В предпочтительном варианте осуществления транспортерное устройство 1 для сырьевых материалов содержит: дозирующее устройство для дозирования концентрата сульфида никеля, флюса и первого восстанавливающего средства и транспортер, расположенный между дозирующим устройством и первым отверстием 101 для подачи. В конкретном процессе производства каждый сырьевой материал можно точно взвешивать и дозировать при помощи дозирующего устройства, а затем непрерывно транспортировать в зону 11 плавления ванны расплава при помощи конвейера. В частности, используемые конвейеры включают, помимо прочего, ленточные конвейеры. Более предпочтительно передвижные подающие устройства, такие как передвижной ленточный конвейер или передвижной постоянный питатель, также расположены между конвейером и первым отверстием 101 для подачи. Для облегчения подачи предпочтительно, чтобы первое отверстие 101 для подачи обеспечивалось в верхней части зоны 11 плавления ванны расплава, так чтобы могла быть реализована верхняя подача, и работа упрощалась.
В предпочтительном варианте осуществления зона 11 плавления ванны расплава дополнительно снабжена отверстием для вторичного воздуха, и выпускное отверстие соединено с отверстием для вторичного воздуха. При этом дымовой газ, получаемый в процессе отстаивания, можно повторно использовать в качестве вторичного воздуха в зоне плавления.
Дымовой газ, отходящий из зоны 12 восстановительного обеднения, можно дополнительно обрабатывать в устройстве 3 для обработки дымовых газов, в предпочтительном варианте осуществления устройство 3 для обработки дымовых газов содержит установку утилизации отходящего тепла и установку обеспыливания, соединенные последовательно. Дымовой газ, отходящий из зоны 12 восстановительного обеднения, имеет относительно высокую температуру, обычно 1200-1350°С, а тепло отходящего дымового газа можно утилизировать при помощи установки утилизации отходящего тепла, а затем дополнительно обеспыливать в установке обеспыливания.
Согласно другому аспекту настоящего раскрытия также обеспечивается одностадийный способ плавления никеля, в котором используется вышеуказанная одностадийная система плавления никеля в качестве оборудования для плавления никеля, причем, как показано на фиг. 2, одностадийный способ плавления никеля предусматривает: транспортирование концентрата сульфида никеля, флюса и первого восстанавливающего средства при помощи транспортерного устройства 1 для сырьевых материалов в качестве сырьевых материалов для плавления никеля; транспортирование сырьевого материала для плавления никеля в зону 11 плавления ванны расплава устройства 2 для одностадийного плавления никеля через первое отверстие 101 для подачи для реакции плавления ванны расплава с получением штейна с высоким содержанием никеля, содержащего 35-65 масс. % никеля, плавильного шлака и дымового газа; обеспечение поступления плавильного шлака в зону 12 восстановительного обеднения для осуществления реакции обеднения и получение обедненного шлака и первого металлизированного никелевого штейна; и выполнение дополнительной обработки дымового газа.
В существующем процессе получения концентрат сульфида никеля, флюс и первое восстанавливающее средство поступают в зону 11 плавления ванны расплава устройства 2 для одностадийного плавления никеля для плавления ванны расплава, происходит ряд химических этапов, таких как разложение, окисление и подобные, и образуются штейн с высоким содержанием никеля, плавильный шлак и дымовой газ. Нет специальных требований к размеру частиц сырья и содержанию воды в концентрате сульфида никеля, флюсе и первом восстанавливающем средстве в процессе плавления ванны расплава, так что система подготовки материала может быть упрощена, материал непосредственно подают в печь после дозирования без необходимости в сушке и тонком измельчении, и приспособляемость к сырьевым материалам лучше. Зона 11 плавления ванны расплава и зона 12 восстановительного обеднения расположены в одном корпусе печи и находятся в связи друг с другом, так что расплавленный шлак, полученный в зоне 11 плавления ванны расплава, может непосредственно поступать в зону 12 восстановительного обеднения для реакции обеднения. Используется технология плавления ванны расплава, первое восстанавливающее средство добавляют в процесс реакции, и регулируют кислородный потенциал плавильного шлака, так что содержание никеля в плавильном шлаке низкое, приблизительно 3-5 масс. %, загрузка процесса обеднения небольшая, и энергопотребление низкое. После обеднения в зоне 12 восстановительного обеднения кислородный потенциал шлака дополнительно снижается, содержание никеля в отвальном шлаке ниже, приблизительно 0,2-0,3%, а степень излечения металла выше. Кроме того, поскольку вязкость плавильного шлака низкая, не требуется добавление вулканизирующего средства для разбавления в процесс обеднения, и полученный первый металлизированный никелевый штейн можно также непосредственно смешивать со штейном с высоким содержанием никеля, полученным в процессе плавления, чтобы он служил в качестве продукционного никелевого штейна.
В общем, настоящее раскрытие эффективно решает проблемы, состоящие в высоких требованиях к сырьевым материалам, подаваемым в печь, высоком содержании никеля в плавильном шлаке, высокой загрузке, когда плавильный шлак отдельно обрабатывают в электрической печи, высоком энергопотреблении и подобном, существующие в процессе DON. Материалы непосредственно подают в печь после дозирования, способ получения простой, процесс короткий, обеднение и плавление шлака выполняются в одной печи, не требуется вулканизирующего средства для вулканизации, производство стабильное, работа простая, и условие экологичности хорошее.
Для дополнительного улучшения качества никелевого штейна в предпочтительном варианте осуществления содержание никеля в концентрате сульфида никеля составляет ≥ 6%; температура реакции плавления ванны расплава составляет 1200-1400°С. Таким образом, сорт никеля из штейна с высоким содержанием никеля, получаемого в процессе плавления ванны расплава, выше, а содержание железа в штейне с высоким содержанием никеля составляет 1-4%.
2
Как описано выше, когда механизм реакции плавления ванны расплава используется в настоящем раскрытии, процесс плавления концентрата сульфида никеля проводят под действием первого восстанавливающего средства, так что кислородный потенциал плавильного шлака можно эффективно снижать и содержание никеля в плавильном шлаке можно, соответственно, снижать. Конкретное восстанавливающее средство может быть твердым восстанавливающим средством или газообразным восстанавливающим средством, в предпочтительном варианте осуществления первое восстанавливающее средство представляет собой одно или несколько из антрацита, кокса и полукокса. Путем использования вышеуказанных восстанавливающих средств в реакции плавления ванны расплава из концентрата сульфида никеля, с одной стороны, концентрат сульфида никеля находится в лучшем контакте с восстанавливающими средствами, реакция более полная, а, с другой стороны, его можно частично использовать в качестве топлива для добавочного тепла в процессе реакции, так что эффект плавления дополнительно улучшается. В предпочтительном варианте осуществления массовое отношение Fe к SiO в плавильном шлаке составляет 0,8-1,3, а содержание никеля в плавильном шлаке составляет 3-5 масс. %. Таким образом, шлак имеет более низкую вязкость, лучшую текучесть и лучший эффект обеднения, когда реакцию обеднения проводят в последующей зоне 12 восстановительного обеднения, и никакого дополнительного вулканизирующего средства не требуется добавлять в ходе процесса обеднения. При этом содержание никеля в обедненном шлаке, полученном путем реакции обеднения, ниже, а сорт первого металлизированного никелевого штейна выше. Температура плавильного шлака, полученного реакцией плавления ванны расплава, обычно составляет 1250-1400°С, что связано с содержанием MgO в шлаке, и температура шлака растет, когда содержание MgO в шлаке высокое. В предпочтительном варианте осуществления первый обогащенный по кислороду воздух вводят во внутреннюю часть ванны расплава посредством первой фурмы 102 во время реакции плавления ванны расплава, причем первый обогащенный по кислороду воздух имеет содержание кислорода 60-85% (по объему). Конкретное поступающее количество первого обогащенного по кислороду воздуха можно регулировать в зависимости от компонентов сырьевых материалов и сорта продукции. В среде обогащенного по кислороду воздуха концентрат сульфида никеля подвергается ряду химических реакций, таких как разложение, окисление и подобные, с образованием штейна с высоким содержанием никеля, плавильного шлака и дымового газа. Для дополнительного улучшения кинетики реакции в процессе плавления ванны расплава предпочтительно, чтобы первый обогащенный по кислороду воздух продували прямо в ванну расплава зоны 11 плавления ванны расплава посредством погружной распылительной форсунки с боковым дутьем. В сырьевых материалах реакции при вышеуказанном плавлении ванны расплава флюс может быть такого типа, который обычно используется в данной области, например, можно использовать кварцитный флюс или содержащий золото кварцит, или небольшое количество известнякового флюса можно добавлять в то же время. Кроме того, в дополнение к добавлению флюса и первого восстанавливающего средства в качестве сырьевых материалов реакции во время процесса плавления ванны расплава из концентрата сульфида никеля предпочтительным является, чтобы сырьевые материалы плавления никеля также содержали возвратный материал из системы. С одной стороны, температуру системы в процессе плавления ванны расплава можно регулировать при помощи возвратного материала из системы, так что можно избежать явления перегрева, с другой стороны, никелевый штейн можно полностью извлекать, выход никелевого штейна повышается, и трата ресурсов снижается. Возвратный материал из системы может быть возвратным обдиром с желоба, летучей золой и т.д.
В предпочтительном варианте осуществления во время вышеописанной реакции обеднения второе восстанавливающее средство добавляют в зону 12 восстановительного обеднения через второе отверстие 103 для подачи, и второе восстанавливающее средство представляет собой твердое восстанавливающее средство в виде частиц; и/или вводят третье восстанавливающее средство в зону 12 восстановительного обеднения через вторую фурму 104, причем третье восстанавливающее средство представляет собой газообразное восстанавливающее средство или порошкообразное твердое восстанавливающее средство. В процессе реакции обеднения магнитное железо (магнитная окись железа) в плавильном шлаке может восстанавливаться до оксида железа при помощи второго восстанавливающего средства и/или третьего восстанавливающего средства для шлакования, так что вязкость плавильного шлака может быть снижена, последующий эффект от разделения отстаиванием улучшается, и содержание никеля и содержание кобальта в обедненном шлаке дополнительно снижается. Когда используют второе восстанавливающее средство, твердое восстанавливающее средство на основе углерода, его подают через второе отверстие 103 для подачи, второе отверстие 103 для подачи может быть совмещено с выпускным отверстием 105 для дыма, например, в верхней части зоны 12 восстановительного обеднения, так что отверстие имеет две функции - вывода дымового газа и подачи. Конечно, эти два отверстия также могут располагаться в разных местах, чтобы выполнять свои соответствующие функции.
По сравнению с добавлением отдельно второго восстанавливающего средства (твердого восстанавливающего средства в виде частиц) через второе отверстие 103 для подачи, более предпочтительно третье восстанавливающее средство, которое является газообразным восстанавливающим средством или порошкообразным твердым восстанавливающим средством, вводят в зону 12 восстановительного обеднения одновременно или отдельно через вторую фурму 104. Кинетика реакции обеднения может быть дополнительно улучшена при помощи газообразного восстанавливающего средства, чтобы дополнительно улучшить эффект от обеднения. При реальной эксплуатации можно использовать погружную распылительную форсунку с боковым дутьем, чтобы продувать третье восстанавливающее средство в ванну расплава зоны 12 восстановительного обеднения. В предпочтительном варианте осуществления второе восстанавливающее средство содержит, помимо прочего, одно или несколько из антрацита, кокса и полукокса; третье восстанавливающее средство содержит, помимо прочего, одно или несколько из природного газа, монооксида углерода и угольной пыли.
В предпочтительном варианте осуществления во время реакции обеднения второй обогащенный по кислороду воздух вводят в систему реакции обеднения через вторые фурмы 104, и содержание кислорода второго обогащенного по кислороду воздуха составляет 60-85% (по объему). При реальной эксплуатации температура каждого из расплава и дымового газа в зоне 12 восстановительного обеднения является такой же, как в зоне 11 плавления ванны расплава. Второй обогащенный по кислороду воздух предпочтительно продувают в расплав в зоне 12 восстановительного обеднения посредством погружной распылительной форсунки с боковым дутьем, которая может дополнительно выполнять перемешивание и улучшать кинетику реакции.
В предпочтительном варианте осуществления устройство 2 для одностадийного плавления никеля дополнительно содержит зону 13 отстаивания, и одностадийный способ плавления никеля дополнительно предусматривает: обеспечение поступления обедненного шлака в зону 13 отстаивания для обработки отстаиванием и получение второго металлизированного никелевого штейна и отходов. Таким образом, обедненный шлак, полученный в зоне 12 восстановительного обеднения, может прямо поступать в зону 13 отстаивания для обработки отстаиванием, в этом случае плавление, обеднение шлака и разделение отстаиванием можно выполнять в одной печи, непрерывность работы дополнительно улучшена посредством уменьшенного числа оборудования, упрощенного процесса и сниженного энергопотребления. При реальной эксплуатации система в зоне 13 отстаивания предпочтительно нагревается нагревательным электродом 30, предпочтительно с регулированием температуры шлака на уровне 1300-1450°С (связано с содержанием MgO в конкретном шлаке). После разделения отстаиванием содержание никеля в отвальном шлаке составляет ≤ 0,2 масс. %, а содержание кобальта ≤ 0,15 масс. %.
Альтернативно, зона 12 восстановительного обеднения снабжается отверстием для выгрузки обедненного шлака, одностадийная система плавления никеля дополнительно содержит отстойную печь, отстойная печь снабжена впускным отверстием для обедненного шлака, соединенным с отверстием для выгрузки обедненного шлака, и одностадийный способ плавления никеля дополнительно предусматривает: транспортирование обедненного шлака в отстойную печь для обработки отстаиванием. Таким образом, это эквивалентно операциям непрерывного плавления и обеднения шлака, отстаивание шлака может отдельно работать периодически. Предпочтительно впускное отверстие для обедненного шлака соединено с отверстием для выгрузки обедненного шлака посредством желоба, по которому обедненный шлак протекает в отстойную печь. Отстойная печь предпочтительно представляет собой отстойную электрическую печь, металлизированный никелевый штейн можно отдельно использовать в качестве продукта или возвращать в зону 11 плавления ванны расплава.
В предпочтительном варианте осуществления, когда содержание кобальта в концентрате сульфида никеля составляет ≥ 0,3 масс. %, обедненный шлак подвергают обработке отстаиванием при помощи отстойной печи; когда содержание кобальта в концентрате сульфида никеля составляет < 0,3 масс. %, зона 13 отстаивания располагается в устройстве 2 для одностадийного плавления никеля для отстаивания обедненного шлака. В процессе плавления никеля коэффициент распределения Ni и Со в никелевом штейне и шлаке ниже, чем в металлизированном никелевом штейне и шлаке, так что зона отстаивания или отстойная электрическая печь используется, и это связано с содержанием Со в сырьевом материале. Если содержание Со в сырьевом материале высокое, форма отстойной электрической печи может быть приспособлена, небольшое количество вулканизирующего средства добавляют в зону отстойной электрической печи, образуется никелевый штейн с высокой степенью металлизации, доля Со в металлизированном никелевом штейне увеличивается, и степень извлечения Со дополнительно повышается.
В предпочтительном варианте осуществления корпус 10 печи устройства 2 для одностадийного плавления никеля имеет днище, часть днища под зоной 11 плавления ванны расплава обозначается как первая часть, часть днища под зоной 12 восстановительного обеднения обозначается как вторая часть, а часть днища под зоной 13 отстаивания обозначается как третья часть, причем высота днища по горизонтали постепенно увеличивается в следующем порядке: первая часть, вторая часть и третья часть; второй металлизированный никелевый штейн, полученный в зоне отстаивания, и первый металлизированный никелевый штейн, полученный в зоне 12 восстановительного обеднения, самотеком перетекают в зону 11 плавления ванны расплава и смешиваются со штейном с высоким содержанием никеля.
В предпочтительном варианте осуществления зона 13 отстаивания дополнительно снабжена выпускным отверстием, и дымовой газ, выходящий из выпускного отверстия, поступает в зону 11 плавления ванны расплава в качестве вторичного воздуха в процесс плавления ванны расплава.
В предпочтительном варианте осуществления, когда отстойная печь используется для отстаивания обедненного шлака, впускное отверстие для обедненного шлака соединено с отверстием для выгрузки обедненного шлака через желоб, и вулканизирующее средство одновременно добавляют в отстойную печь во время процесса отстаивания. В конкретном процессе производства количество добавленного вулканизирующего средства предпочтительно составляет приблизительно 3 масс. % от концентрата сульфида никеля, после прессования в шар и сушки, вулканизирующее средство добавляют в отстойную печь, температура повышается нагревательными электродами, полученный отвальный шлак содержит 0,2-0,3 масс. % Ni, и полученный металлизированный никелевый штейн (содержащий 7-9% серы) можно использовать в качестве готового продукта или можно возвращать в зону 11 плавления ванны расплава. Отстойная печь дает металлизированный никелевый штейн при температуре 1300-1350°С, шлак при 1400-1450°С и дымовой газ при 900-1000°С.
В предпочтительном варианте осуществления стадия дополнительной обработки дымового газа предусматривает: утилизацию отходящего тепла дымового газа при помощи установки утилизации отходящего тепла с получением предварительно обработанного дымового газа; предварительно обработанный дымовой газ обеспыливают путем использования установки для обеспыливания.
В общем, плавление концентрата сульфида никеля проводят путем использования одностадийной системы плавления никеля и одностадийного способа плавления никеля, обеспеченных в настоящем раскрытии, и полезные эффекты являются следующими:
(1) процесс короткий, концентрат сульфида никеля прямо окисляется в штейн с высоким содержанием никеля, процесс продувки штейна с низким содержанием никеля сокращается, система подготовки материала простая, материал прямо подают в печь после дозирования без необходимости в сушке и тонком измельчении;
(2) сокращается транспортировка материала, меньше металлической пыли и серы рассеивается в окружающую среду, рабочая среда хорошая;
(3) предпочтительно в процессе плавления Fe окисляется и поступает в шлак, и MgO в шлаке может разбавляться, так что процесс имеет лучшую приспособляемость к MgO в сырьевом материале;
(4) процесс плавления проводят непрерывно, влияние периодической работы конвертера на колебания состава дымовых газов исключается, и последующая система обработки дымовых газов имеет лучшие рабочие условия, меньше капиталовложений и низкую стоимость;
(5) концентрат сульфида никеля подвергают реакции окисления, реакции обеднения шлака и разделению шлака отстаиванием в одной плавильной печи (разделение отстаиванием шлака можно также проводить в отдельной отстойной электрической печи). Металлизированный никелевый штейн, полученный при обеднении шлака, смешивают с полученным штейном с высоким содержанием никеля, и нет необходимости в вулканизации путем добавления вулканизирующего средства. Обедненный шлак от плавления можно дополнительно отстаивать и разделять в зоне отстаивания (или отдельной отстойной электрической печи) с получением отвального шлака. Металлизированный никелевый штейн, выделенный в зоне отстаивания, объединяют со штейном с высоким содержанием никеля, чтобы использовать в качестве готового продукта или для подачи в следующий процесс;
(6) в процессе плавления ванны расплава первое восстанавливающее средство можно добавлять в сырьевые материалы для регулирования кислородного потенциала плавильного шлака, и содержание Ni в шлаке более низкое; после дополнительного обеднения в зоне обеднения кислородный потенциал шлака дополнительно снижается, отвальный шлак содержит мало Ni и Со (Ni 0,2%-0,3%, Со ≤ 0,15%), и степень излечения металлов выше (Ni ≥ 96,5%, Со ≥ 65%);
(7) предпочтительно плавление, обеднение шлака и отстаивание шлака выполняют в одной печи, процесс продувки исключается, выброс дымовых газов снижается, и степень захвата серы высокая (≥99%);
(8) плавление и обеднение шлака являются непрерывными операциями, и отстаивание шлака может быть непрерывной операцией или периодической операцией в зависимости от масштаба. Если используется непрерывная работа, производство стабильное, мощность переработки в единицу времени малое, и вложения в оборудование экономятся.
Эта заявка описана более подробно ниже со ссылкой на конкретные примеры, которые не следует рассматривать как ограничивающие объем того, что заявляется в настоящем документе.
Пример 1
Используемое оборудование показано на фиг. 1, процесс плавления показан на фиг. 2, и конкретный процесс является следующим:
(1) дозирование концентрата сульфида никеля: концентрат сульфида никеля (содержащий 7,72% Ni, 1,42% Cu, 0,27% Со, 40,5% Fe и 5,8% MgO), кварцитный флюс, восстанавливающее средство (антрацит) и возвратный материал из системы (обдир с желоба, летучая зола) дозируют при помощи постоянного питателя, причем массовое отношение материалов составляет приблизительно: концентрат никеля: кварцевый флюс: первое восстанавливающее средство=100:32:2,5, смешанный материал после дозирования транспортируют в верхнюю часть плавильной печи по ленточному конвейеру и добавляют в печь посредством передвижного ленточного конвейера;
2
(2) после дозирования ряд химических этапов, таких как разложение, окисление и подобные, происходит между смешанным концентратом и обогащенным по кислороду воздухом, который продувают в ванну расплава в зоне плавления плавильной печи, что дает штейн с высоким содержанием никеля, плавильный шлак и дымовой газ. Полученный штейн с высоким содержанием никеля содержит приблизительно 55,8% Ni, 12,74% Cu, приблизительно 3,75% Fe, и температуру штейна с высоким содержанием никеля регулировали на уровне приблизительно 1220°С, а температуру шлака регулировали на уровне приблизительно 1320°С. Fe/SiO плавильного шлака составляет приблизительно 1,2, шлак содержит приблизительно 3,28% Ni и приблизительно 5,57% MgO. Температура дымового газа от плавления (из печи) составляет приблизительно 1250°С, тепло отходящих газов извлекают в котле-утилизаторе, а затем газ направляют в электрический пылеуловитель для удаления пыли, и обеспыленный дымовой газ направляют в систему получения кислоты из дымового газа для дополнительной обработки. Концентрация кислорода в первичном воздухе для плавления составляет приблизительно 60%;
(3) плавильный шлак поступает в зону обеднения из зоны плавления, восстанавливающее средство (антрацит) добавляют в зону обеднения, и количество добавленного восстанавливающего средства является следующим: массовое отношение восстанавливающего средства к плавильному шлаку составляет приблизительно 2:100; при этом определенное количество обогащенного по кислороду воздуха продувают для перемешивания (концентрация кислорода приблизительно 60%), чтобы кинетика реакции улучшалась. Обеднение дает обедненный шлак и металлизированный никелевый штейн. Зона обеднения связана с зоной плавления, и полученный металлизированный никелевый штейн опускается на дно плавильной печи и смешивается со штейном с высоким содержанием никеля; зона обеднения и зона отстаивания с электродами снабжены разделительными стенками, и обедненный шлак поступает в зону отстаивания с электродами через нижнюю часть разделительных стенок для дополнительного отстаивания и разделения металлизированного никелевого штейна и обедненного шлака. Температура каждого из расплава и дымового газа в зоне обеднения является такой же, как в зоне плавления. Полученный обедненный шлак содержит приблизительно 0,9% Ni;
(4) дополнительное отстаивание и разделение обедненного шлака в зоне отстаивания с электродами, нагревание обедненного шлака при помощи электрода, причем температура шлака составляет приблизительно 1350°С, отвальный шлак после отстаивания и разделения содержит приблизительно 0,23% Ni и приблизительно 0,1% Со, и металлизированный никелевый штейн, полученный отстаиванием, протекает назад в зону плавления через нижнюю часть и смешивается со штейном с высоким содержанием никеля;
(5) температура дымового газа, полученного в зоне отстаивания, составляет приблизительно 800°С, температура дымового газа снижается до 300-400°С после охлаждения и обеспыливания, и дымовой газ используют как вторичный воздух для повторного использования в зоне плавления;
металлизированный никелевый штейн, полученный обеднением и отстаиванием в электрической печи, содержит приблизительно 67,5% Ni, приблизительно 6,18% Cu, приблизительно 3,12% Со, приблизительно 22% Fe, и его смешивают со штейном с высоким содержанием никеля, полученным в зоне плавления. Сорт готового штейна с высоким содержанием никеля содержит приблизительно 60,5% Ni, 10,37% Cu, 1,47% Со.
Пример 2
Используемое оборудование показано на фиг. 1, процесс плавления показан на фиг. 2, и конкретный процесс является следующим:
(1) дозирование концентрата сульфида никеля: концентрат сульфида никеля (содержащий 6,0% Ni, 3,2% Cu, 0,18% Со, 28,5% Fe и 8,2% MgO), кварцевый флюс, восстанавливающее средство (кокс) и возвратный материал из системы (обдир с желоба, летучая зола) дозируют при помощи постоянного питателя, причем массовое отношение материалов составляет приблизительно: концентрат никеля: кварцевый флюс: первое восстанавливающее средство=100:15,6:6,0, смешанный материал после дозирования транспортируют в верхнюю часть плавильной печи по ленточному конвейеру и добавляют в печь посредством передвижного ленточного конвейера;
(2) после дозирования ряд химических этапов, таких как разложение, окисление и подобные, происходит между смешанным концентратом и обогащенным по кислороду воздухом, который продувают в ванну расплава в зоне плавления плавильной печи, что дает штейн с высоким содержанием никеля, плавильный шлак и дымовой газ. Полученный штейн с высоким содержанием никеля содержит приблизительно 39,4% Ni, приблизительно 26,2% Cu, приблизительно 3,43% Fe, и температуру штейна с высоким содержанием никеля регулировали на уровне приблизительно 1280°С, а температуру шлака регулировали на уровне приблизительно 1380°С. Fe/SiO2 плавильного шлака составляет приблизительно 1,2, шлак содержит приблизительно 3,08% Ni. Температура дымового газа от плавления (из печи) составляет приблизительно 1320°С, тепло отходящих газов извлекают в котле-утилизаторе, а затем газ направляют в электрический пылеуловитель для удаления пыли, и обеспыленный дымовой газ направляют в систему получения кислоты из дымового газа для дополнительной обработки. Концентрация кислорода в первичном воздухе плавления составляет приблизительно 65%;
(3) плавильный шлак поступает в зону обеднения из зоны плавления, восстанавливающее средство (кокс) добавляют в зону обеднения, и количество добавленного восстанавливающего средства представляет: отношение восстанавливающего средства к плавильному шлаку составляет приблизительно 2:100; при этом определенное количество обогащенного по кислороду воздуха продувают для перемешивания (концентрация кислорода приблизительно 60%), чтобы кинетика реакции улучшалась. Обеднение дает обедненный шлак и металлизированный никелевый штейн. Зона обеднения связана с зоной плавления, и полученный металлизированный никелевый штейн опускается на дно плавильной печи и смешивается со штейном с высоким содержанием никеля; зона обеднения и зона отстаивания с электродами снабжены разделительными стенками, и обедненный шлак поступает в зону отстаивания с электродами через нижнюю часть разделительных стенок для дополнительного отстаивания и разделения металлизированного никелевого штейна и обедненного шлака. Температура каждого из расплава и дымового газа в зоне обеднения является такой же, как в зоне плавления. Полученный обедненный шлак содержит приблизительно 0,8% Ni;
(4) дополнительное отстаивания и разделение обедненного шлака в зоне отстаивания с электродами, нагревание обедненного шлака при помощи электрода, причем температура шлака составляет приблизительно 1420°С, отвальный шлак после отстаивания и разделения содержит приблизительно 0,2% Ni и приблизительно 0,08% Со, и металлизированный никелевый штейн, полученный отстаиванием, протекает назад в зону плавления через нижнюю часть и смешивается со штейном с высоким содержанием никеля;
(5) температура дымового газа, полученного в зоне отстаивания, составляет приблизительно 800°С, температура дымового газа снижается до 300-400°С после охлаждения и обеспыливания, и дымовой газ используют как вторичный воздух для повторного использования в зоне плавления или направляют в последующую систему обработки дымового газа вместе с дымовым газом из зоны плавления для обработки; металлизированный никелевый штейн, полученный обеднением и отстаиванием в электрической печи, содержит приблизительно 60,15% Ni, приблизительно 15,53% Cu, приблизительно 2,39% Со, приблизительно 17,2% Fe, и его смешивают со штейном с высоким содержанием никеля, полученным в зоне плавления. Сорт готового штейна с высоким содержанием никеля содержит приблизительно 46,8% Ni, приблизительно 23,2% Cu, приблизительно 0,98% Со.
Пример 3
Используемое оборудование показано на фиг. 1, процесс плавления показан на фиг. 2, и конкретный процесс является следующим:
(1) дозирование концентрата сульфида никеля. Концентрат сульфида никеля (содержащий 19,53% Ni, 1,11% Cu, 0,65% Со, 36,73% Fe и 1,42% MgO), кварцевый флюс, восстанавливающее средство (полукокс) и возвратный материал из системы (обдир с желоба, летучая зола) дозируют при помощи постоянного питателя, причем массовое отношение материалов составляет приблизительно: концентрат никеля: кварцевый флюс: первое восстанавливающее средство=100:27,1:1,5, смешанный материал после дозирования транспортируют в верхнюю часть плавильной печи по ленточному конвейеру и добавляют в печь посредством передвижного ленточного конвейера;
2
(2) после дозирования ряд химических этапов, таких как разложение, окисление и подобные, происходит между смешанным концентратом и обогащенным по кислороду воздухом, который продувают в ванну расплава в зоне плавления плавильной печи, что дает штейн с высоким содержанием никеля, плавильный шлак и дымовой газ. Полученный штейн с высоким содержанием никеля содержит приблизительно 65,26% Ni, приблизительно 3,3% Cu, приблизительно 4,8% Fe, и температуру штейна с высоким содержанием никеля регулировали на уровне приблизительно 1200°С, а температуру шлака регулировали на уровне приблизительно 1300°С. Fe/SiO плавильного шлака составляет приблизительно 1,2, шлак содержит приблизительно 4,4% Ni. Температура дымового газа от плавления (из печи) составляет приблизительно 1220°С, тепло отходящих газов извлекают в котле-утилизаторе, а затем газ направляют в электрический пылеуловитель для удаления пыли, и обеспыленный дымовой газ направляют в систему получения кислоты из дымового газа для дополнительной обработки. Концентрация кислорода в первичном воздухе плавления составляет приблизительно 65%;
(3) плавильный шлак поступает в зону обеднения из зоны плавления, восстанавливающее средство (кокс) добавляют в зону обеднения, и количество добавленного восстанавливающего средства представляет: массовое отношение восстанавливающего средства к плавильному шлаку составляет приблизительно 2:100; при этом определенное количество обогащенного по кислороду воздуха продувают для перемешивания (концентрация кислорода приблизительно 60%), чтобы кинетика реакции улучшалась. Обеднение дает обедненный шлак и металлизированный никелевый штейн. Металлизированный никелевый штейн содержит приблизительно 65,9% Ni, приблизительно 3,84% Cu, приблизительно 3,66% Со, приблизительно 20,61% Fe, и зона обеднения связана с зоной плавления. Полученный металлизированный никелевый штейн опускается на дно плавильной печи и смешивается со штейном с высоким содержанием никеля;
(4) отверстие для выгрузки шлака расположено в зоне обеднения, обедненный шлак протекает в отстойную электрическую печь по желобу, и при этом вулканизирующее средство добавляют из верхнего отверстия для подачи электрической печи, причем доля вулканизирующего средства представляет: вулканизирующее средство/обедненный шлак составляет приблизительно 3% (вулканизирующее средство спрессовано в шарики и высушено до содержания влаги < 6%). Металлизированный никелевый штейн и отвальный шлак получали при помощи отстойной электрической печи;
(5) отстойную электрическую печь используют для нагревания обедненного шлака при помощи электрода, температура металлизированного никелевого штейна составляет приблизительно 1320°С, и температура шлака составляет приблизительно 1420°С. После отстаивания и разделения металлизированный никелевый штейн содержит приблизительно 45% Ni, приблизительно 4,1% Cu, приблизительно 6% Со, приблизительно 8,1% S, шлак содержит приблизительно 0,28% Ni, приблизительно 0,15% Со. И металлизированный никелевый штейн, полученный отстаиванием, можно направлять в следующий процесс обработки в качестве продукта, а можно также возвращать в плавильную печь; (6) температура дымового газа из отстойной электрической печи составляет приблизительно 900-1000°С, температура дымового газа снижается до 300-400°С после охлаждения и обеспыливания, и дымовой газ используют как вторичный воздух для повторного использования в зоне плавления или направляют в последующую систему обработки дымового газа вместе с дымовым газом из зоны плавления для обработки.
Пример 4
Используемое оборудование показано на фиг. 1, процесс плавления показан на фиг. 2, и конкретный процесс является следующим:
(1) дозирование концентрата сульфида никеля. Концентрат сульфида никеля (содержащий 6,0% Ni, 3,2% Cu, 0,18% Со, 28,5% Fe и 8,2% MgO), кварцитный флюс, восстанавливающее средство (антрацит) и возвратный материал из системы (обдир с желоба, летучая зола) дозируют при помощи постоянного питателя, причем массовое отношение материалов составляет приблизительно: концентрат никеля кварцевый флюс первое восстанавливающее средство=100:15,6:6,0, смешанный материал после дозирования транспортируют в верхнюю часть плавильной печи по ленточному конвейеру, и добавляют в печь посредством передвижного ленточного конвейера;
2
(2) после дозирования ряд химических этапов, таких как разложение, окисление и подобные, происходит между смешанным концентратом и обогащенным по кислороду воздухом, который продувают в ванну расплава в зоне плавления плавильной печи, что дает штейн с высоким содержанием никеля, плавильный шлак и дымовой газ. Полученный штейн с высоким содержанием никеля содержит приблизительно 39,4% Ni, приблизительно 26,2% Cu, приблизительно 3,43% Fe, и температуру штейна с высоким содержанием никеля регулировали на уровне приблизительно 1280°С, а температуру шлака регулировали на уровне приблизительно 1380°С. Fe/SiO плавильного шлака составляет приблизительно 1,2, шлак содержит приблизительно 3,08% Ni. Температура дымового газа от плавления (из печи) составляет приблизительно 1320°С, тепло отходящих газов извлекают в котле-утилизаторе, а затем газ направляют в электрический пылеуловитель для удаления пыли, и обеспыленный дымовой газ направляют в систему получения кислоты из дымового газа для дополнительной обработки. Концентрация кислорода в первичном воздухе плавления составляет приблизительно 65%;
(3) плавильный шлак поступает в зону обеднения из зоны плавления, восстанавливающее средство - угольную пыль вводят в зону обеднения посредством распылительной форсунки, и количество добавленного восстанавливающего средства представляет: массовое отношение восстанавливающего средства к плавильному шлаку составляет приблизительно 1,2:100, и для угольной пыли используют сжатый воздух или азот в качестве газа-носителя для получения некоторого эффекта перемешивания для ванны расплава, чтобы улучшить кинетику реакции. Обеднение дает обедненный шлак и металлизированный никелевый штейн. Зона обеднения связана с зоной плавления, и полученный металлизированный никелевый штейн опускается на дно плавильной печи и смешивается со штейном с высоким содержанием никеля; зона обеднения и зона отстаивания с электродами снабжены разделительными стенками, и обедненный шлак поступает в зону отстаивания с электродами через нижнюю часть разделительных стенок для дополнительного отстаивания и разделения металлизированного никелевого штейна и обедненного шлака. Температура каждого из расплава и дымового газа в зоне обеднения является такой же, как в зоне плавления. Полученный обедненный шлак содержит приблизительно 0,8% Ni;
(4) дополнительное отстаивание и разделение обедненного шлака в зоне отстаивания с электродами, нагревание обедненного шлака при помощи электрода, причем температура шлака составляет приблизительно 1420°С, отвальный шлак после отстаивания и разделения содержит приблизительно 0,2% Ni и приблизительно 0,08% Со, и металлизированный никелевый штейн, полученный отстаиванием, протекает назад в зону плавления через нижнюю часть и смешивается со штейном с высоким содержанием никеля;
(5) температура дымового газа, полученного в зоне отстаивания, составляет приблизительно 800°С, температура дымового газа снижается до 300-400°С после охлаждения и обеспыливания, и дымовой газ используют как вторичный воздух для повторного использования в зоне плавления или направляют в последующую систему обработки дымового газа вместе с дымовым газом из зоны плавления для обработки; металлизированный никелевый штейн, полученный обеднением и отстаиванием в электрической печи, содержит приблизительно 60,15% Ni, приблизительно 15,53% Cu, приблизительно 2,39% Со, приблизительно 17,2% Fe, и его смешивают со штейном с высоким содержанием никеля, полученным в зоне плавления. Сорт готового штейна с высоким содержанием никеля содержит приблизительно 46,8% Ni, приблизительно 23,2% Cu, приблизительно 0,98% Со.
Вышеуказанное является только предпочтительными вариантами осуществления настоящего раскрытия и не предназначено для ограничения настоящего раскрытия. Как понятно специалистам в данной области, настоящее раскрытие может иметь различные модификации и изменения. Любая модификация, эквивалентная замена, улучшение и пр., сделанные в сущности и принципе настоящего раскрытия, должны включаться в объем защиты настоящего раскрытия.