冶炼流程课件讲座大学生.ppt

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1、,冶炼生产工艺,内 容,金川集团公司是集采选冶配套的大型有色冶金和化工联合企业，是中国最大的镍钴铂族金属生产企业，被誉为中国的“镍都”。目前，金川的镍金属储量在世界排第三位，生产金属镍量在世界排在第四位，铜产量位于国内第三位。,金川集团有限公司简介,工艺流程简介,选矿,公司目前处理的铜、镍原料分为自产矿和外购矿两种，自产的低氧化镁（含镍 6%）镍精矿由闪速炉处理，高氧化镁（含镍6%）精矿由富氧顶吹炉处理，外购的标准铜精矿由合成炉处理，含镍的铜精矿进自热炉系统处理，外购的紫杂铜由倾动炉处理。,冶炼系统简介,通常，从矿石中提取铜、镍的冶炼工艺包括火法和湿法两部分，金川利用火法冶炼技术处理铜、镍精矿

2、，生产出铜、镍阳极板。利用湿法工艺将铜阳极板和镍高锍阳极板电解生产电解铜和电解镍。,冶炼系统简介,公司镍生产流程的演变：19631965年、镍精矿-鼓风炉-转炉-高冰镍-出售。1966年、镍精矿-矿热电炉-转炉-高冰镍-电解-电镍。1993年、镍精矿闪速炉-转炉-高冰镍-电解-电镍。2008年、镍精矿富氧顶吹炉-转炉-高冰镍-电解-电镍。,冶炼系统简介,镍矿热电炉生产系统主体工艺流程为：镍铜硫化精矿精矿 回转窑焙烧 矿热电炉熔炼 转炉吹炼 高镍锍,一、矿热电炉系统,2000年根据生产格局的调整，公司将电炉系统转产改为炼铜，在该系统新建两台110t阳极精炼炉和一台圆盘浇铸机，生产能力达到9万吨铜

3、阳极板。镍矿热电炉生产系统主体工艺流程为：标准铜精矿配料回转窑焙烧 矿热电炉熔炼 转炉吹炼阳极炉精炼 圆盘浇铸阳极板 2004年公司在该系统进行了扩建，使其生产能力达到25万吨铜阳极板的生产规模。,金川集团公司冶炼厂,铜合成炉生产系统主体工艺流程为：铜精矿-铜合成炉熔炼-转炉吹炼-回转式阳极炉精炼-圆盘浇铸 铜阳极板。,合成炉炼铜工艺的特点及优势（1）更高的生产效率，可直接生产贫化弃渣；（2）更强的控制灵活性；（3）更好的环保；（4）更低的能耗物耗；（5）更低的投资。,干精矿、石英粉、混合烟尘、煤粉等物料经计量配料后，与预热的富氧空气参混喷入合成炉反应塔，在高温、悬浮状态下迅速完成熔炼过程，炉

4、渣和铜锍在沉淀池完成分离。产出的炉渣由火车外运堆放；铜锍送转炉吹炼；烟气经余热锅炉回收余热、电除尘器收尘后制酸系统。,生产过程简述铜精矿经配料后送往精矿干燥系统，产出含水小于0.3%的干精矿,由仓式泵吹送到干燥厂房顶部的干精矿仓备用。,2.4 铜精矿成分及中间产品成分铜合成炉熔炼系统主要品种及成分和中间产品成分见表：,铜锍经转炉吹炼，产出粗铜和吹炼渣。粗铜送阳极炉精炼；吹炼渣送往电炉贫化；烟气经锅炉冷却、电收尘器除尘后送往制酸系统。,在吹炼操作时，把炉子转到停风位置，装入第一批铜锍，边旋转边吹风，吹炼数分钟后加石英熔剂。,再吹炼一段时间，当炉渣造好后，旋转炉子，当风口离开液面后停风倒出炉渣。之

5、后再加铜锍。依此类推，反复进行进料、吹炼、放渣，直到炉内熔体所含铜量满足造铜期要求时为止。这时开始筛炉，即最后一次除去熔体内残留的FeS，倒出最后一批渣。,在造铜期，随着Cu2S的氧化，炉内熔体的体积逐渐减小，到造铜期终点出铜。出铜后迅速捅风眼，清除结块。然后装入铜锍，开始下一炉次的吹炼。,吹炼低品位铜锍，热量 充足，为了维持一定的炉温，需要添加冷料来调节。吹炼高品位铜锍时，热量 不足，可适当添加一些燃料（如焦碳、块煤等）补充热量。铜锍吹炼过程中，为了使FeO造渣，需要 添加石英石。由于转炉炉衬为碱性耐火材料，熔剂含SiO2较高时，对炉衬腐蚀加快，降低炉寿命。通常熔剂的SiO2含量宜控制在75

6、%以下。,粗铜在回转阳极炉中经过氧化、还原两个阶段进一步除去杂质，产出精炼铜和炉渣。精炼铜经过双圆盘定量浇铸系统浇铸成阳极板，送铜电解。,铜阳极板物理规格控制铜阳极板板身尺寸为1000960，铜阳极板耳长12801300mm。铜阳极板单板重量为380kg。,2.6 铜阳极板质量及控制2.6.1 铜阳极板化学成分控制,金川集团公司冶炼厂,镍闪速炉生产系统主体工艺流程为：镍铜硫化精矿精矿 三段气流式干燥 闪速炉熔炼转炉吹炼高镍锍。,二、闪速炉系统,闪速炉中央喷嘴,为了进一步增大主业，金川公司启动了富氧顶吹镍熔炼工程，该工程设计精矿处理能力为100万吨/年，采用了由金川集团有限公司、奥斯麦特有限公司

7、和中国恩菲工程技术有限公司共同拥有的JAE技术。基本工艺流程为：镍精矿预干燥富氧顶吹炉熔炼电炉沉降分离卧式转炉吹炼吹炼炉渣电炉贫化。,三、富氧顶吹系统,富氧顶吹镍熔炼工程主要处理公司自产的高镁镍精矿和一部分外购的镍原料，该系统由富氧顶吹熔炼系统、制酸系统、制氧系统组成。富氧顶吹镍熔炼工程于2008年建成投产。,金川集团公司总体发展规划目标 2008年集团公司镍产品产量要达到15万吨，其中外购高镍锍含镍3万吨，公司火法镍系统自产高镍锍含镍量需要12万吨以上。原有火法镍冶炼生产能力不足，挖潜改造能力有限 原火法镍冶炼系统全年处理镍精矿75万吨，高镍锍含镍量只有6万吨。如果对原有的电炉熔炼系统改造扩

8、产，则仍然存在能耗高，环境治理困难，改造投资大，周期长的缺点不能从根本上解决镍冶炼生产能力不足和工艺技术水平落后的问题。,项目背景,镍精矿等原料数量增加、品质将会降低 随着公司大力开发贫矿资源，积极实施贫富兼采的矿产资源综合利用战略，选矿产出的镍精矿量进一步增加，包括采购的国内外镍精矿，各种镍精矿原料将达到年160万吨以上。另外公司贫矿资源开发选矿产出的镍精矿含镍平均品位低，MgO达到14%，还需要主动吸纳其它氧化镁等杂质元素含量较高的镍精矿原料组织生产处理，因此适应原料品质的变化也成为很重要的任务。,富氧顶吹熔池熔炼工艺特点：a 原料适应性强；b 生产能力大；c 节约能源；d 环保效果好。系

9、统投资：24亿元人民币。系统规模：投料量147.8t/h；年处理精矿100万t；产镍量6万t。镍精矿富氧顶吹熔池熔炼难点：1.镍精矿顶吹浸没熔炼，世界上首次工业化应用，过程参数控制无借鉴经验，大规模生产存在技术风险；2.镍精矿氧化镁含量高，熔炼温度高于铜精矿熔炼150，炉衬寿命、喷枪寿命、炉内喷溅等需要通过试验探索和完善。,创新:顶吹浸没喷枪镍精矿熔池熔炼工艺开发,工艺开发半工业化试验研究,合作开发：JNMC、AUSMELT、ENFI公司充分利用自身的优势，联合开发JAE镍精矿熔池熔炼工艺。于2005年10月金川自热炉系统完成改造后，进行了富氧顶吹浸没喷枪镍精矿熔炼和低镍锍吹炼半工业化试验，通

10、过控制参数模拟工业化工厂的设计要求，半工业化试验为期20天。试验研究的内容（1）考察喷枪炉顶加料熔炼高镁镍精矿的适应性;（2）考察试验过程技术指标；（3）考察试验过程镍、铜、钴在低镍锍、高镍锍和渣中的分布；（4）考察试验过程炉内的喷溅程度、炉体的冲刷腐蚀等。,半工业化试验过程炉内熔池和挂渣,熔池区域的齿形水套、放出口的位置,炉内冷却水套配置,顶吹炉喷枪,高冰镍,镍电解,镍高锍阳极板,高硫磨浮,自热炉系统,镍精矿,二次铜精矿,一次合金,二次高冰镍,合金硫化炉,熔铸,高镍阳极板,铜电解,高冰镍原料的处理,金川集团公司冶炼厂,铜自热熔炼生产系统主体工艺流程为：高镍锍磨浮-二次铜精矿-自热炉熔炼-卡尔

11、多转炉吹炼-回转式阳极炉精炼-圆盘浇铸-铜阳极板。,四、自热炉系统,自热炉氧枪,自热炉工艺配置,卡尔多炉,电积铜,阳极装槽,电积电解槽,萃取池,江西铜业公司德兴铜矿,1、铜、镍分离系统（磨浮）2、镍阳极板生产系统（熔铸）3、镍精炼系统（镍电解）4、铜精炼系统（铜电解）,5、钴生产系统（钴车间）6、贵金属生产系统（贵金属）7、加压浸出系统,精 炼 厂 主 要 生 产 系 统,原料1、火法生产的高冰镍2、火法生产的粗铜3、外购原料（钴）,产品电镍、阴极铜、电积钴、草酸钴、海绵铂、海绵钯、金锭、铑粉、饿粉、钌粉和铱粉等,电积钴单位价格：358000报价日期：2010-9-9包装：桶装(25kg/桶、

12、250kg桶)用途：纯钴用于制造X射线管阴极和一些特殊制品，钴几乎都用于制造合金，热强合金，硬质合金、焊接合金，以及各种含钴合金钢。,产品名称：草酸钴单位：吨单位价格：139700报价日期：2008-10-2825公斤袋用途：粉末冶金及其它用途,钴 系 产 品,产品名称：硒粉 单位价格：435000/吨报价日期：2009-9-30包装：铁桶包装 25公斤桶用途：适用于电子、玻璃、化工、医药,产品名称：金锭单位价格：217.89/克报价日期：2009-9-14用途：适用于以各种金原料生产的金锭。,产品名称：海绵铂单位价格：302000/公斤报价日期：2009-9-30包装：1000克密封瓶装用途

13、：用于电子、玻璃、医疗器械及日常生活,贵 金 属 系 产 品,通常都是电镀、电铸镍的阳极材料,产品名称：羰基镍粉价格面议包装：透明塑料袋抽真空后过封口（每袋5kg），（每桶内装4袋）用途：国防、宇航、化工、原子能、粉末冶金、电子通讯、高级磁性材料等方面,镍 系 产 品,高冰镍（Ni3S2、Cu2S、Cu-Ni）,磨浮,镍精矿,二次合金,铜精矿,一次合金,镍熔铸,贵金属,一冶炼,高硫阳极板,粗铜,镍电解,电镍,钴渣,钴系统,草酸钴,电积钴,铜电解,阴极铜,硫化,阳极泥,阳极泥,精炼厂工艺流程,碳酸钴,CuFe渣,硫酸盐,阳极,阴极,阳极,阴极,精炼,沉积,方法：加一点水，加一点温，使结冻的蔗糖熔

14、化，过滤（分离）。沙子成为滤渣，溶入水中的蔗糖成为滤液。滤渣可以不要，但滤液还会有杂质（Mg2+、Ca2+以及未除净的沙子等）。再用物化方法使他们形成沉淀（二次渣）过滤除掉，最后得到的滤液我们提取蔗糖。可用蒸发方法提取。,镍精矿（Cu、Fe、Ni、Co）,高压浸出,萃取分离镍钴,H2SO4,c272萃取剂,稀H2SO4,镍 电 解 沉 积 生 产 工 艺 流 程,浸出渣,含钴萃取液,硫酸镍溶液,除铜铁,铁铜渣,电解沉积,电积镍,浸出液,反萃取,浸出萃取,湿法冶金：在低温下（一般低于100），用适当的溶剂来处理矿石、精矿或半成品，使其中要提取的金属溶解进入溶液，从而与不溶的脉石或其它杂质分离，并

15、随后从溶液中提取我们所需金属的方法。,电解：电解质在电流作用下引起氧化还原反应的过程叫电解。,冶金名词：,电解精炼：用粗金属或金属化合物做阳极，通过电解进一步脱除杂质以得到高纯度金属的冶金方法，称为电解精炼。,电解液净化：用化学或物理的方法，将电解液中的杂质金属或不溶物去除的工艺过程。,二、镍电解精炼工艺,镍精炼工艺的发展镍精炼系统（电解、造液、净化）为什么采用隔膜电解工艺？,1、粗镍阶段 20世纪初，粗镍阳极电解精炼就在工业上应用，该工艺具有阳极杂质含量低（杂质约为6-8%，含硫约2%，主金属大于75%），电耗低、阳极液净化流程简单等优点，但由于粗镍阳极的制备需要进行高镍锍的焙烧与还原熔炼过

16、程，整个过程复杂，建设投资大，目前，加拿大某精炼厂、前苏联某精炼厂采用它。,镍精炼工艺的发展,镍的硫化物阳极电解是对粗镍阳极电解的一大改革，取消了高镍锍的焙烧与还原熔炼过程，从而简化了流程，但硫化镍阳极含硫较高（一般含硫20-25%，含镍65-75%），电耗大，残极返回量大，阳极板易破裂，同时,缓冷、选矿分离高镍锍，镍的硫化物阳极电解是20世纪五、六十年代镍冶金技术的重大发展。最早采用此工艺的是加拿大国际镍业公司的精炼厂，此后，该工艺被广泛应用，我国金川公司和成都电冶厂以及日本的志村精炼厂等也应用了此技术。,2、镍化合物阶段,由于阳极板成份复杂，含杂质较高，为获得高质量的电解镍，必须采用隔膜电

17、解。,3、三阶段镍精炼工艺 芬兰挪威等精炼厂分别采用70年代发展起来的硫酸镍溶液电积和氯化镍电积工艺，此外，1996年建成投产的希腊某精炼厂采用镍铁（Ni+Co90）合金阳极电解精炼工艺。,4、发展趋势,尽管电解法在镍冶金中应用如此广泛，但它并非是获得纯镍的唯一途径，羰基Ni、高压氢还原法等也可以获得纯镍，但它们远不如电解法应用范围广产品在市场适应性强。发展趋势：不溶阳极的氯化镍电积工艺将是大势所趋。,镍系统采用的是硫化镍阳极电解工艺，有40年的历史了，几经技术改造和革新，工艺日趋完善，1995年在一期生产实践的基础上，建成了二期生产系统，并对一期的电解设备、工艺都有不同程度的改进。,目前，镍

18、的直收率由60年代55%上生到75%，回收率由95%上升到99.5%，电解精炼生产能力处于同类工艺的先进水平。,镍精炼生产系统,镍系统有三大工序：净化、电解和造液。,镍精炼车间概况,原料：熔铸生产的高硫阳极板任务：生产电解镍工艺：电解 净化：造液 产品：电解镍副产品：阳极泥（贵金属）、铁渣、铜渣、钴渣（进入钴系统）等,NiNi,H2O,+,-,Ni2+SO42-,高锍阳极板,电镍,Fe2+Cu2+,问题：一次铁渣量大，杂质在大系统内循环。铜渣含镍高。镍：铜=2：1 净化流程反复消耗酸碱。,隔膜袋,阳极主要是由Ni3S2组成的，还有少量的金属合金相及CuS、FeS、CoS等。Ni65、Cu5%、

19、Fe 1.9%、Co：0.8-1.0%、S 25%、Zn 0.004、Pb 0.003 阳极过程：Ni3S26e 3Ni2+2 S Cu2S-4e2Cu2+S FeS-2eFe2+S CoS2eCo2+S,阴极过程 Ni2+2eNi 2H+2eH2,隔膜电解精炼,为了防止阳极溶解下来的Co2+、Cu2+、Fe2+、Pb2+、Zn2+等杂质离子及H在阴极上析出，镍电解精炼采用的是隔膜电解（用隔膜袋将阴极套上），将阴极和阳极隔开，经净化后的纯净电解液（新液）从高位槽经分液管流入隔膜袋内（即阴极区），控制一定量的新液流量，可使隔膜袋内的液面始终高于阳极区的液面，并保持一定的液面差，使阴极液依靠静压差

20、通过隔膜袋微孔渗出的速率大于阳极液中杂质离子在扩散及电泳作用下向阴极区反渗透的速率，阻止阳极液进入阴极区，从而维持了隔膜袋内电解液的纯度，保证了电镍的质量。,为什么采用隔膜电解工艺？,镍的电解,原料：熔铸生产的高硫阳极板任务：生产电解镍工艺：净化：让Fe、Cu、Co以沉淀形式离开电解液。电解（隔膜防止杂质金属在阴极析出）电解液：H2SO4、HCl混合系。循环。阳极：高锍阳极板（Ni3S2-6e=3Ni2+2S）阴极：镍始极片（种板槽）（Ni2+2e=Ni）产品：电解镍副产品：阳极泥（贵金属）、铁渣、铜渣、钴渣（进入钴系统）等,NiNi,H2O,+,-,Ni2+SO42-,高锍阳极板,电镍,Fe

21、2+Cu2+,净化：在硫化镍阳极电解过程中，随着阳极的溶解，性质与主金属相似的其它杂质元素也全部或部分溶解进入溶液中，这些杂质元素主要有铜、铁、钴等，电解液必须经过净化，将其金属杂质净化至合乎电镍要求的限度内。电解液的净化有有渣工艺和无渣工艺之分。,1、除铁：除铁的方法很多，有中和水解法、黄钠铁矾法、萃取法、离子交换法等。,中和水解沉淀法实质就是利用各种金属离子的氧化还原电位值不同，生成氧化物的PH值及溶度积等方面的差异，创造不同的技术条件达到各自分离的目的。它适合处理含铁在0.1-1g/l的溶液。,中和除铁：2Fe2+0.5O22H2Fe3+H2O 2Fe3+6H2O=2Fe（OH）36H,

22、2、除铜：铜是电解液中主要的杂质之一，其含量一般在0.1-1g/l之间。除铜的方法不尽相同，对于含铜对于1g/l，的溶液，有些厂家采用电解法除去80%以上的铜，然后再用其它方法进行深度净化，对于含铜低的溶液则多半采用硫化沉淀法或置换法。近年来，对于含铜在0.1g/l一下的溶液也采取离子交换或萃取法进行铜镍分离的。但传统用硫化沉淀或置换法分离镍铜是比较可靠的。,镍精矿取代法：Ni3S2Cu2+CuS+NiS2Ni2+但是此反应进行缓慢，而且脱铜效率不高，为了提高脱铜效率，加快反应速度，在加入镍精矿的同时必须加入适量的硫磺（精炼厂加入90%左右的阳极泥代替硫磺）。其反应为：Ni3S23Cu2+S3

23、CuS3Ni2+,3、除钴：中和水解除钴的基本原理与除铁相似，但Co2+较Fe2+难氧化，因此除钴较除铁困难，需要强氧化剂。其反应：2CoSO4Cl26H2O=2Co（OH）32H2SO42HCl,问题：一次铁渣量大，杂质在大系统内循环。铜渣含镍高。镍：铜=2：1 净化流程反复消耗酸碱。（1.5-2 3.5-4 3.0-3.5 4.5-5,造液：在电解过程中，由于阳极杂质的影响，使得阳极电流效率（86%)低于阴极电流效率（97%)，再加之电解液在净化过程中各种渣夹带而造成的损失，使得电解液中的Ni2+浓度不断贫化，为了维持生产的正常进行，就必须维持镍离子的平衡，电解造液是补充电解液中镍离子的有

24、效方法之一。,氢离子在阴极上析出电位比镍正，能优先析出，所以在正常镍电解生产中创造条件控制氢的析出，而在造液过程中则恰恰相反，是创造条件使氢优先在阴极上析出，镍在阳极上正常溶解，结果使镍的阴极电流效率远远低于阳极电流效率，从而使电解液中的镍离子得以富集。,造液过程是在不带隔膜的电解槽中进行的，常用铜皮做阴极，造液过程不仅起补充镍离子的作用，同时还有脱铜的作用，因为铜离子的析出电位比镍离子正，所以电解液中的铜离子会在阴极上与氢一起析出，在阴极上析出海绵铜。,反应：阴极：2H+2eH2 Cu2+2eCu（海绵铜）阳极：Ni3S26e3Ni2+2S Cu2S-4e2Cu2+S,镍的电解精炼,有色金属

25、的电化学冶金工艺可分为可溶阳极电解与不溶阳极电解：,可溶阳极电解：阳极是可溶的（粗镍或合金阳极），简称电解精炼。不可溶阳极电解：阳极是不可溶的（从纯镍盐水溶液中提取镍）,原料：一冶炼厂生产的粗铜任务：生产阴极铜工艺：电解精炼（硫酸系电解液）阳极：粗铜（Cu-2e=Cu2+Me溶解）阴极：铜始极片（Cu2+2e=Cu）产品：阴极铜副产品：阳极泥、硫酸铜、硫酸镍,铜电解车间,问题：阴极铜含氧高，韧性不好。产出的铜线电阻增加，导电率下降。,铜电解精炼：,工序：电解（可溶阳极电解）净化,净化的目的？1、随着电解的进行，电解液中逐渐富集了砷锑铋镍、铁等大量杂质；2、硫酸的含量逐渐下降；3、添加剂的分解产

26、物不断累积4、铜离子不断增加，使槽电压升高；,阳极反应：Cu2eCu Me2eMe2+Me表示阳极中的Fe、Ni、Pb、As、Sb等负电性金属，由于其标准电位比铜低，因此优先于铜溶解，但杂质在阳极中的含量是很少的，因此主反应是铜的溶解。,阴极反应：Cu2+2eCu Me2+2eMe 2H+2eH2,电解1、电极反应：,精炼厂铜系统有老系统和新系统之分，老系统的生产能力约7万吨/年，新系统的生产能力目前是5万吨/年，但9月分8万吨即将投产。它的原料为：a火法生产的阳极板（自产料，含镍比较高）。b火法生产的阳极板，外来料，含镍低。,2、净化目前有三套净化流程。如：,废电解液,一段脱铜,二级阴极铜,

27、一次脱铜后液,真空蒸发,二次脱铜,二次脱铜后液,黑铜,电蒸发,结晶,粗硫酸镍,酸,废电解液,真空蒸发,诱导脱铜,黑铜,脱铜后液,电蒸发,粗硫酸镍,酸,原料：镍电解钴渣、外购碳酸钴任务：生产电积钴、草酸钴工艺：浸出：把原料里钴、铁、镍、铜溶解出来 净化：化学沉淀法除铁，萃取法除铜、镍，得CoCl2溶液 电积：CoCl2溶液电解沉积 阳极：钛板（Cl-+2e=Cl2）阴极：钴始极片（Co2+2e=Co）草酸钴：草酸氨加入CoCl2溶液中，控制PH值成草酸钴沉淀 产品：电积钴、草酸钴,钴生产车间,原料：镍阳极泥、铜阳极泥、二次合金。任务：生产铂族金属、金银及硒工艺：浸出、萃取、离子交换、电解等产品：

28、铂钯钌铑饿铱金银硒等,贵金属车间,火法工艺介绍,1.新20万吨铜工艺流程：杂铜（含铜95%）-卡尔多转炉-倾动炉（精炼厂残极、废阳极板、外购高品位杂铜）-铜阳极-圆盘浇铸-铜阳极板2.合成炉炼铜系统工艺流程：高品位外购铜精矿-配料-蒸汽干燥机-合成炉-转炉（转炉渣进贫化炉）-阳极炉-圆盘浇铸-阳极板3.电炉炼铜系统工艺流程：低品位、高杂质外购铜精矿-配料-回转窑干燥-电炉-转炉-阳极炉-圆盘浇铸-阳极板4.自热炉炼铜系统工艺流程：二次铜精矿-自热炉-卡尔多转炉-阳极炉-圆盘浇铸-铜阳极板5.顶吹炉系统工艺流程镍精矿-干燥-圆盘制粒-顶吹炉-沉降电炉-转炉（转炉渣进贫化炉）-缓冷-高镍锍6.闪速炉炼镍系统工艺流程,谢,谢,！,标准阴极铜：铜加银不小于99.95镍标准 镍加钴不小于99.99、金川：99.96、99.90,