硫化鎳礦電爐熔煉工藝

包括備料和熔煉兩個(gè)單元過(guò)程。備料又分為精礦干燥、焙燒或制粒等作業(yè)。濕精礦不宜直接入電滬，因?yàn)樽o(hù)料的水分在熔池中會(huì)急劇蒸發(fā)而引起噴料甚至爆炸。含硫的精礦入電爐以前，最好經(jīng)過(guò)半氧化焙燒脫去部分硫，因?yàn)楹蚋叩木V在電爐熔煉時(shí)脫硫不充分，產(chǎn)出的鎳锍品位很低。精礦進(jìn)電爐前也可經(jīng)過(guò)制粒，以增加料層的透氣性，起強(qiáng)化熔煉的作用。前蘇聯(lián)的北方鎳公司、諾里爾斯克鎳聯(lián)合企業(yè)等鎳廠都采用精礦制粒一直線型燒結(jié)機(jī)干燥鍛燒一干礦粒電爐熔煉工藝流程。這種工藝流程熔煉強(qiáng)度大，單位床面積功率達(dá)500kVA/m2。加拿大湯普遜冶煉廠和鷹橋鎳礦業(yè)公司冶煉廠采用半氧化流態(tài)化焙燒一熱焙砂電爐熔煉工藝流程。這種工藝流程熔煉強(qiáng)度較小，單位床面積功率只有100kVA/m²。中國(guó)金川有色金屬公司鎳冶煉廠采用回轉(zhuǎn)窯和流態(tài)化爐半氧化焙燒一焙砂電爐熔煉的工藝流程 。

用礦熱電爐熔煉硫化鎳礦，電極插入渣層中，一部分電能產(chǎn)生電弧轉(zhuǎn)化為熱能，一部分則以渣層為電阻體轉(zhuǎn)化為熱能，兩部分熱能使渣層上部的固體爐料熔化，并發(fā)生分解、氧化和造渣反應(yīng)生成鎳锍、爐渣和煙氣三種產(chǎn)物。

硫化鎳礦電爐熔煉(electric furnace smelt-ing of nickel sulphide ore)是指硫化鎳塊礦或精礦在礦熱電爐中熔煉產(chǎn)出低鎳锍的硫化鎳礦處理方法。為硫化鎳礦的主要熔煉工藝。一般入爐礦石或精礦含鎳3%-10%，產(chǎn)品低鎳锍一般含(Ni Cu) 15%~25%、Fe45%~55%、S24%-27%，送轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)出高鎳锍后再分離銅鎳并精煉產(chǎn)出電解鎳或其他鎳產(chǎn)品 。

電爐熔煉最主要的特點(diǎn)是熔池可以過(guò)熱，特別適于處理含MgO高的難熔爐料。因?yàn)榱蚧嚨V床多賦存在含MgO高的超基性巖體中，礦石浮選后，精礦中含MgO也高達(dá)5%-20%，電爐熔煉的這個(gè)特點(diǎn)就顯得特別重要。電爐熔煉硫化鎳礦的另一特點(diǎn)是煙量小、煙氣溫度低，熱損失小。

電爐熔煉存在的問(wèn)題有：

(1)脫硫率低，含硫高的鎳礦需要經(jīng)過(guò)預(yù)先焙燒，否則產(chǎn)出的鎳锍含鎳品位低；

(2)耗電大，在電價(jià)貴的地區(qū)生產(chǎn)成本較高；

(3)由于脫硫率低，煙量雖不大，但煙氣中SO₂濃度仍偏低，不利于硫的回收和利用，如將煙氣放空則造成環(huán)境污染；

(4)電爐爐頂開(kāi)孔比較多，包括加料孔、電極孔和返渣孔等，密封比較困難，煙氣泄翻使勞動(dòng)環(huán)境惡化。

在爐料含MgO高或電價(jià)低廉的地區(qū)，電爐熔煉仍不失為一種較好的硫化鎳礦處理方法。改進(jìn)的途徑是使電爐加料孔和電極孔密封，改善勞動(dòng)條件、減少通風(fēng)并提高煙氣SO₂濃度以利于煙氣制酸。隨著選礦技術(shù)的進(jìn)步，硫化鎳精礦中MgO的含最正在降低，硫化鎳礦電爐熔煉的重要性將下降，而氧氣自熱熔煉將會(huì)得到較快發(fā)展 。2100433B

電爐熔煉是利用電流通過(guò)熔融爐料產(chǎn)生的高溫進(jìn)行熔煉的過(guò)程，只能熔煉干燥過(guò)的生精礦或焙燒礦，20世紀(jì)初（1903年）電爐在銅工業(yè)中開(kāi)始應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)是：可利用爐氣的SO₂，適合處理難熔物料，電能效率高。其缺點(diǎn)是：不能利用精礦反應(yīng)的熱能，電能消耗大，費(fèi)用高。因此，電爐熔煉僅在電能供應(yīng)方便的地區(qū)采用。

電爐熔煉的實(shí)質(zhì)是將爐料加入礦熱電爐中，在電熱作用下將爐料熔化并發(fā)生與反射爐熔煉相同的各種物理化學(xué)變化，形成銅锍、爐渣和煙氣。

電爐熔煉加熱和熔化

將電極從爐頂插入熔池渣層，通電后電能就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。在電極附近，電流密度和電極與爐渣之間的氣膜電阻都很大，因此在電極附近會(huì)產(chǎn)生微弧放電并集中了大量的熱量，使電極附近爐渣的溫度很高；而在距離電極遠(yuǎn)的區(qū)域，則由于電流密度小和爐渣電阻比氣膜電阻小的緣故，熱量較少，溫度也低，至爐墻處溫度最低。由于電爐內(nèi)溫度分布不均，電極附近爐渣過(guò)熱大、密度小，所以它向上流動(dòng)到熔體表面，其流動(dòng)至電極周?chē)c爐料接觸時(shí)傳熱給爐料，使之熔化；形成的熔體溫度低、密度大，容易下沉。因此，在電極周?chē)鄢貎?nèi)形成爐渣的對(duì)流循環(huán)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而不斷地發(fā)生傳熱和熔化以及與反射爐熔煉相同的各種物理化學(xué)變化。由此可見(jiàn)，電爐的傳熱是依靠過(guò)熱爐渣加熱爐料，而熔化和反應(yīng)過(guò)程在爐料內(nèi)部進(jìn)行。由于這個(gè)緣故，電爐爐氣溫度低，爐氣不直接參加反應(yīng)，而且電能效率高。

電爐熔煉供電和調(diào)節(jié)

大型礦熱電爐有6根電極，每對(duì)電極與一個(gè)單相變壓器相連接，變壓器的一次線圈具有幾個(gè)接觸點(diǎn)（擋數(shù)），可以使二次電壓有不同的數(shù)值。隨著二次電壓的不同，供給爐內(nèi)的功率也不同，電壓越高，功率越高，因而熱量越多，故當(dāng)開(kāi)爐、停爐或者改變爐料、床能力時(shí)，就可以用改變電壓的方法來(lái)調(diào)節(jié)供入爐內(nèi)的電功率，亦即改變供入的熱量。但是當(dāng)電爐在一定的電壓下工作時(shí)，由于熔池負(fù)荷的變動(dòng)，會(huì)使二次電流的數(shù)值發(fā)生波動(dòng)。當(dāng)電流達(dá)到變壓器的最大電流時(shí)，電流的波動(dòng)會(huì)迫使變壓器保護(hù)裝置自動(dòng)跳閘；而不在最大電流工作時(shí)，電流的波動(dòng)又會(huì)使變壓器效率降低。為了改變這種情況，常用升降電極的辦法來(lái)調(diào)整熔池的負(fù)荷。為了保持一定的電流值，熔池的負(fù)荷必須保持不變，當(dāng)爐渣的比電阻因氣膜狀態(tài)、料堆大小及位置、爐渣成分和深度變化而發(fā)生改變時(shí)，就可以相應(yīng)地用增大或減小電極埋人深度的辦法來(lái)維持平衡。電極的升降可自動(dòng)控制或用卷?yè)P(yáng)機(jī)械來(lái)進(jìn)行。

電爐用電由三根電極供給三相交流電，還原熔煉所需熱量靠電極與熔渣接觸產(chǎn)生電弧和電流通過(guò)爐料和爐渣產(chǎn)生，即熱量在爐料內(nèi)部產(chǎn)生，所以爐料受熱熔化和化學(xué)反應(yīng)是在爐料內(nèi)部進(jìn)行，因此，電爐的熔煉是還原反應(yīng)和造渣同時(shí)進(jìn)行的，靠近電極的爐渣，由于溫度升高和渣中存在反應(yīng)所產(chǎn)生的氣體使其密度降低而沿電極上浮，到達(dá)表面后便向四周水平擴(kuò)散，而溫度較低的爐料則吸收過(guò)熱爐渣的熱量而熔化，已熔化的爐料和已降溫的爐渣混合在一起，因?yàn)槠涿芏仍黾佣鲁?，?dāng)降到電極插入的深度時(shí)，一部分向電極作水平運(yùn)動(dòng)而成為連續(xù)循環(huán)的一部分，而其他的部分則繼續(xù)沉降到料堆的末端，而沿著爐料下部熔化表面作水平運(yùn)動(dòng)，就這樣大部分熔體往下落入下部比較平靜的渣層，而進(jìn)行渣和目標(biāo)的分離。