权利要求

1.一种处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1，熔炼：将高镍铜精矿与熔剂石英砂配料，加入熔炼炉中，与富氧空气反应、与熔剂石英砂完成造渣，生成冰铜;

所述高镍铜精矿含镍0.5-5%，含铜15-30%，镍铜比0.02-0.33;

S2，吹炼：将步骤S1所产出的冰铜送入吹炼炉进行吹炼，产出粗铜和吹炼渣;

S3，步骤S2所得粗铜直接流入阳极炉进行阳极精炼产出阳极板，吹炼渣流入贫化炉进行贫化。

2.根据权利要求1所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，步骤S1中，所述高镍铜精矿与石英砂质量配比为1:0.1-1:0.25。

3.根据权利要求1所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，步骤S1-S3中，富氧空气浓度为60%-90%。

4.根据权利要求1所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，步骤S1中，生成的冰铜中含铜55-70%，含镍1-10%。

5.根据权利要求1所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，步骤S2中，将步骤S1所得熔融冰铜经粒化后，干燥磨细，粒度：-325目>45%，与富氧空气一起进入吹炼炉，同时配入造渣熔剂石灰石、石英砂，控制渣中(CaO+SiO2)/(Fe+Ni)≥1，(Cu+SiO2+CaO/Ni+Fe)≥1.6，渣温1280℃-1350℃。

6.根据权利要求1所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，步骤S2中，冰铜：SiO2：CaO质量比为10:1:0.3。

7.根据权利要求1所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，步骤S2中，吹炼渣含铜20-25%，含CaO+SiO2 30-40%，含镍4-8%，进入贫化炉进行贫化;粗铜含镍在0.8%以下，含铜98-99%。

8.根据权利要求1所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，步骤S3中，包括一段贫化炉中的一段贫化工序，和二段贫化炉中的二段贫化工序;在一段贫化炉内加入焦炭和硫化剂，发生还原和硫化反应;在二段贫化炉内加入造渣熔剂，生成镍+铜在70-80%的高品位镍锍;高品位镍锍进一步处理回收铜和镍。

9.根据权利要求8所述的处理高镍铜精矿的冶炼工艺，其特征在于，一段贫化工艺参数：黄铁矿与炉渣质量比1:5-1:4，焦炭与炉渣质量比1-2:50，控制温度1280-1320℃;二段贫化工艺参数：石英砂与低冰镍质量比按1-2:20，控制温度1280-1320℃;

吹炼渣贫化阶段，在贫化炉中发生还原和硫化反应，生成镍+铜在70-80%的高品位镍锍进一步处理回收铜和镍。

10.一种处理高镍铜精矿的冶炼装置，其特征在于，包括顺次排布的：

熔炼炉，用于生成冰铜，选自闪速炉、侧吹炉或底吹炉;

吹炼炉，用于产出粗铜和吹炼渣，选自闪速炉、顶吹炉或PS转炉;

阳极炉，用于阳极精炼产出阳极板，选自回转炉、反射炉或倾动炉;

贫化炉，用于生成高品位镍锍，贫化炉包括顺次连接的一段贫化炉和二段贫化炉，选自侧吹炉、电炉或底吹炉。

说明书

技术领域

[0001]本发明属于金属冶炼技术领域，特别是涉及一种处理高镍铜精矿的冶炼工艺及装置。

背景技术

[0002]自然界的铜主要以硫化物形式存在，往往伴生砷、锑、铋、铅、镉、汞等有害金属，同时含伴有金、银、铂钯等稀贵金属，在冶炼过程中，一般稀贵金属、部分铅铋进入阳极泥，得以回收;其他杂质在尾渣、硫酸净液、电解净化等工序被脱除，最后获得高纯阴极铜和其他有价金属。

[0003]硫化铜矿中还会伴有镍的硫化物，微量的镍可以通过电解液净化时，采用蒸发结晶或冷冻结晶的方式回收硫酸镍。如果含镍量升高，含镍量超过0.3%，就属于硫化镍矿的范畴，含镍高于3%的硫化镍矿称为富矿，可不经选矿直接冶炼。硫化镍矿常常伴生有硫化铜矿，所以常称为“硫化镍矿”(Ni/Cu>1)，其冶炼理论与实践与硫化铜精矿有相似之处。

[0004]现有技术只有处理硫化镍精矿的工艺，如金川的镍闪速炉+转炉工艺、吉林吉恩镍业的奥炉工艺，还没有直接处理高镍铜精矿的工艺。目前工业生产中对于高镍铜精矿通过与低镍铜精矿按照一定比例混合，使混合铜精矿中含镍量达到0.5%以下后再进行冶炼。高镍铜精矿熔炼过程中，大部分镍进入铜相，少量进入渣相，进入铜相的由于铜和镍性质相近，在电解精炼阶段，造成阳极板钝化，电解工序无法正常进行。

发明内容

[0005]鉴于现有技术的不足，本发明提供了一种处理高镍铜精矿的冶炼工艺及装置。

[0006]作为本发明的第一个方面，在于提供一种处理高镍铜精矿的冶炼工艺，包括如下步骤：

[0007]S1，熔炼：将高镍铜精矿与熔剂石英砂配料，加入熔炼炉中，与富氧空气反应、与熔剂石英砂完成造渣，生成冰铜;

[0008]本发明实施例中，所述高镍铜精矿含镍0.5-5%，含铜15-30%，镍铜比0.02-0.33。

[0009]优选的，步骤S1中，所述高镍铜精矿与石英砂质量配比为1:0.1-1:0.25。

[0010]优选的，步骤S1中，富氧空气浓度为60%-90%。

[0011]步骤S1中，主要反应包括硫化矿的分解、氧化、冰铜的生成和造渣过程，优选的，步骤S1中，生成的冰铜中含铜55-70%，含镍1-10%，即为高镍冰铜。

[0012]S2，吹炼：将步骤S1所产出的高镍冰铜送入吹炼炉进行吹炼，采用新的钙硅渣型，产出粗铜和吹炼渣。

[0013]本发明实施例中，将步骤S1所得熔融冰铜经粒化后，干燥磨细，粒度：-325目>45%，与富氧空气一起进入吹炼炉，同时配入造渣熔剂石灰石(氧化钙)、石英砂，使大量镍进入渣相，控制渣中(CaO+SiO2)/(Fe+Ni)≥1，

[0014](Cu+SiO2+CaO/Ni+Fe)≥1.6，渣温1280℃-1350℃。

[0015]优选的，步骤S2中，冰铜：SiO2：CaO质量比约10:1:0.3。

[0016]优选的，步骤S2中，富氧空气浓度可以为60%、90%或60%-90%之间任一浓度。

[0017]吹炼过程主要反应包括反应塔氧化反应、沉淀池造铜、造渣反应;优选的，步骤S2中，吹炼渣含铜20-25%，含CaO+SiO2 30-40%，含镍4-8%，进入贫化炉进行贫化;粗铜含镍在0.8%以下，含铜98-99%。

[0018]S3，阳极精炼：步骤S2所得粗铜直接流入阳极炉进行阳极精炼产出阳极板，吹炼渣流入贫化炉进行贫化产出高品位镍锍。

[0019]优选的，步骤S3中，包括一段贫化炉中的一段贫化工序，和二段贫化炉中的二段贫化工序;在一段贫化炉内加入焦炭和硫化剂，发生还原和硫化反应;在二段贫化炉内加入造渣熔剂，除去大部分低镍锍中的铁，生成镍+铜在70-80%的高品位镍锍。高品位镍锍进一步处理回收铜和镍。一段贫化工艺参数：黄铁矿与炉渣质量比1:5-1:4，焦炭与炉渣质量比按1-2:50，控制温度1280-1320℃。二段贫化工艺参数：石英砂与低冰镍质量比按1-2:20，控制温度1280-1320℃。

[0020]吹炼渣贫化阶段，在贫化炉中发生还原和硫化反应，生成镍+铜在70-80%的高品位镍锍进一步处理回收铜和镍。

[0021]作为本发明的第二个方面，在于提供一种处理高镍铜精矿的冶炼装置，包括顺次排布的：

[0022]熔炼炉，用于生成冰铜，选自闪速炉、侧吹炉或底吹炉;

[0023]吹炼炉，用于产出粗铜和吹炼渣，选自闪速炉、顶吹炉或PS转炉;

[0024]阳极炉，用于阳极精炼产出阳极板，选自回转炉，反射炉或倾动炉;

[0025]贫化炉，用于生成高品位镍锍，贫化炉包括顺次连接的一段贫化炉和二段贫化炉，选自侧吹炉、电炉或底吹炉。

[0026]与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0027]1、本发明提供了一种处理高镍铜精矿的工艺;本工艺在吹炼阶段，通过新的渣型和参数控制将大部分镍进入吹炼渣，而不是进入粗铜，规避了后续电解精炼过程阳极钝化问题。

[0028]2、本发明解决了当前工业生产中不能规模化处理高镍铜精矿的问题。

[0029]3、本发明通过熔炼阶段，得到含铜60-70%，镍3-10%左右的高镍冰铜;高镍冰铜在吹炼阶段在闪速吹炼炉完成，通过加入CaO和SiO2造渣，得到含镍量在0.8%左右的粗铜和含镍5-10%的液态吹炼渣;粗铜在阳极炉内经过阳极精炼得到含镍0.6%、含铜99%以上的阳极板。

[0030]4、本发明将高镍冰铜吹炼渣一段贫化炉内硫化、还原，得到含铜+镍约60%的低镍锍，低镍锍在二段贫化炉内进一步吹炼造渣，生成高镍锍;高镍锍经磨碎、浮选得到二次铜精矿和二次镍精矿，再分别采用传统工艺回收铜和镍。

[0031]5、本发明实现了连续作业，处理能力大，单台炉每天可处理冰铜2000t以上，并且可以处理相对低品位冰铜。

附图说明

[0032]构成本发明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。

[0033]图1为本发明提供的冶炼工艺流程图。

具体实施方式

[0034]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

[0035]本发明实施例的实施例基于冶炼装置的连接关系如下：

[0036]处理高镍铜精矿的冶炼装置，包括顺次排布的熔炼炉、吹炼炉和阳极炉，吹炼炉还与一段贫化炉和二段贫化炉顺次设置。

[0037]本发明实施例中，高镍铜精矿主要成分如下：

[0038]

元素CuSFeSiO2Ni含量(%)26.528.533.83.52.5

[0039]本冶炼工艺包含了熔炼、吹炼、阳极精炼和渣贫化四个阶段，工艺流程如图1所示。

[0040]S1，熔炼阶段：

[0041]将高镍铜精矿加入熔炼炉进行熔炼，产出冰铜、烟气和熔炼渣。熔炼炉可以是闪速炉、侧吹炉和底吹炉等炉中的任一种炉型。

[0042]实施例1

[0043]采用闪速熔炼工艺，高镍铜精矿(粒度：-200目，>80%)与熔剂石英砂按照质量比1:0.21配料后，经过干燥(包括气流干燥、蒸汽干燥等)后，含水达到0.3%以下，通过精矿喷嘴进入闪速熔炼炉，在炉内跟富氧空气(含氧60%-90%，本实施例中，吨矿耗氧量143.58Nm3/t，工艺氧浓度87.1%)发生一系列分解、氧化、还原反应，与熔剂石英砂完成造渣，生成冰铜(含铜60%，含镍5%)。目标控制参数：渣温(即熔炼炉温度)1300℃，渣中铁硅比1.3，冰铜含铜量60%。在熔炼阶段，镍主要以硫化镍的形式全部进入冰铜，熔炼渣含镍0.35%(采用X荧光分析法)，经浮选后返熔炼炉回收铜和镍。

[0044]通过配入石英砂的量控制渣中铁硅比在1.1-1.4，确保渣排放畅通。

[0045]优选的，富氧空气浓度范围可选60%-90%，吨矿氧耗量在140-190Nm3/t之间;通过控制吨矿氧耗量，控制冰铜含铜量。富氧空气浓度用于调节熔炼温度。

[0046]闪速熔炼工艺在精矿和富氧空气进入闪速炉的瞬间完成。

[0047]实施例2

[0048]采用富氧侧吹工艺，高镍铜精矿与熔剂石英砂配料后，进入侧吹炉，在炉内跟富氧空气(富氧60%-90%)发生一系列分解、氧化、还原反应，与熔剂石英砂完成造渣，生成冰铜(含铜60%，含镍5%)。目标控制参数：渣温1300℃，渣中铁硅比1.23，冰铜含铜量60%。在熔炼阶段，镍主要以硫化镍的形式进入冰铜，少量进入炉渣，经浮选获得渣精矿含铜18%，含镍0.32%的精矿，返回熔炼炉。

[0049]侧吹炉工艺跟实施例1的闪速熔炼有类似，不同的是，物料不需要干燥，氧浓更高90%，优点是渣量小，铜和镍的直收率高，在尾渣含铜和镍一定的条件下，回收率更高。

[0050]熔炼过程中主要反应如下：

[0051](1)硫化矿的分解：

[0052]

[0053](2)硫化物的氧化：

[0054]

[0055]FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2

[0056]S2+2O2→SO2↑

[0057]2Cu2S+3O2→2Cu2O+2SO2↑

[0058]2FeS+3O2→2FeO+2SO2↑

[0059]FeS+3Fe3O4→10FeO+SO2

[0060](3)造冰铜：

[0061]FeS+Cu2O→Cu2S+FeO

[0062](4)造渣：

[0063]FeO+SiO2→(FeO)2·SiO2

[0064]FeS+3Fe3O4+5SiO2→5(2FeO·SiO2)+SO2↑

[0065]CaO+SiO2→CaO·SiO2。

[0066]S2吹炼阶段：

[0067]将熔炼阶段产出的冰铜送入吹炼炉进行吹炼，产出粗铜、烟气和吹炼渣。粗铜直接流入阳极炉进行阳极精炼产出阳极板，吹炼渣流入贫化炉进行贫化。吹炼炉可以是闪速炉、顶吹炉和PS转炉中的任一个。

[0068]实施例3

[0069]采用闪速吹炼工艺，实施例1所得熔融冰铜经粒化后，进入冰铜磨干燥磨细，粒度：-325目>45%，冰铜炉顶仓，经冰铜喷嘴与富氧空气(富氧60%-90%)一起进入吹炼炉，同时配入造渣熔剂石灰石(氧化钙)、石英砂，使大量镍进入渣相，控制渣中(CaO+SiO2)/(Fe+Ni)≥1，(Cu+SiO2+CaO/Ni+Fe)≥1.6，渣温1280℃-1350℃。

[0070]本实施例中，吨冰铜耗氧量184.18Nm3/t，氧气浓度69.5%。冰铜：SiO2：CaO约10：1：0.3。

[0071]在其它实施例中，富氧空气浓度可以为60%、90%或60%-90%之间任一浓度。

[0072]具体指标，渣含铜20-25%，含CaO+SiO2 30-40%，含镍4-8%，进入贫化炉进行贫化。粗铜含镍在0.8%以下，含铜98-99%，进入阳极炉精炼得到含铜99%以上，含镍在0.6%左右的阳极板。

[0073]实施例4

[0074]采用顶吹炉吹炼工艺，其它条件相同，将实施例1所得冰铜与富氧空气(富氧60%-90%)一起进入吹炼炉，同时配入造渣熔剂石灰石(氧化钙)、石英砂，使大量镍进入渣相，渣含铜22%，含镍6.5%，含SiO2 25%，含CaO 7.5%，渣温1320℃，粗铜含镍在0.8%以下，含铜98-99%，进入阳极炉精炼得到含铜99%以上，含镍在0.6%左右的阳极板。

[0075]吹炼过程中主要反应如下：

[0076](1)反应塔氧化反应：

[0077]2FeS+3O2=2FeO+2SO2

[0078]3FeS+5O2=Fe3O4+3SO2

[0079]2Fe3O4+1/2O2=3Fe2O3

[0080]Cu2 S+O2=2Cu+SO2

[0081]2Cu2 S+3O2=2Cu2 O+2SO2

[0082]2Ni3S2+7O2=6NiO+4SO2

[0083](2)沉淀池造铜、造渣反应：

[0084]2Cu2O+Cu2 S=6Cu+SO2

[0085]Cu2 S+Fe2O3=2Cu+SO2+4FeO

[0086]Fe2O3+CaO=CaFe2O4

[0087]SiO2+2CaO=Ca2SiO4

[0088]SiO2+2FeO=Fe2SiO4

[0089]SiO2+2NiO=Ni2SiO4

[0090]将实施例3所得粗铜直接流入阳极炉进行阳极精炼产出阳极板，吹炼渣流入贫化炉进行贫化。

[0091]S3，吹炼渣贫化阶段：

[0092]在一段贫化炉内加入焦炭和硫化剂，硫化剂可以是硫磺，也可以是黄铁矿(优选黄铁矿)，生成铜+镍含量在60%左右的低镍锍。一段贫化炉优选侧吹炉。

[0093]在贫化炉中发生还原和硫化反应，即主要是金属氧化物生产金属硫化物，少量金属铜。

[0094]Cu2O+FeS=Cu2S+FeO

[0095]NiO+FeS=NiS+FeO

[0096]2Cu2O+C=4Cu+CO2。

[0097]一段贫化工艺参数：黄铁矿与炉渣质量比1：5-1：4，焦炭与炉渣质量比按1-2：50，控制温度1300℃。

[0098]实施例5：

[0099]采用侧吹炉，熔融吹炼渣(Cu18%，Ni6%，Fe21.45%)加入量26.2t/h，黄铁矿5.3t/h，焦炭加入量1.1t/h，氧气加入量6t/h，产出低冰镍(Cu45%，Ni14.8%，Fe13.5%，S23.8%)10.1t/h，操作温度1297℃。

[0100]在二段贫化炉内加入造渣熔剂，优选石英砂，除去大部分低镍锍中的铁，生成镍+铜在70-80%的高品位镍锍。高品位镍锍进一步处理回收铜和镍。二段贫化炉可以是侧吹炉、底吹炼或顶吹等炉，优选底吹炉。

[0101]二段贫化工艺参数：石英砂与低冰镍质量比按1-2：20，控制温度1300℃。

[0102]实施例6：

[0103]采用底吹炉，加入低冰镍(成分与实施案例5产出的低冰镍成分相同)10.1t/h，石英砂0.72t/h，氧气2.1t/h，产出高冰镍(Cu56.2%，Ni19.1%，Fe4.1%，S20.8%)8.3t/h，操作温度1302℃。

[0104]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。

说明书附图(1)