镍造熔炼的概述及基本原理

    (一）概 述
    造锍熔炼是铜、镍、钴火法冶金流程中的一个重要工序，以制得一种称之为锍的主金属硫化物和铁的硫化物共熔体而得名。由于硫化精矿的主金属含量还不够高，除脉石外,常伴生有大量铁的硫化物，其量超奋力拼搏主金属，用火法由精矿直接炼陋粗金属，在技术上仍存在一定困难,例如：①金属随渣损失大；②生成高熔点的Fe₃O_4,影响作业正常进行；③粗金属产品质量往往达不到要求。因此,生产中利用铜、镍、钴对硫的亲和力近似于铁，而对氧的亲和力远小于铁的性质，在氧化程度不同的造锍熔炼过程中，分阶段使铁的硫化物不断氧化成氧化物，随后与脉石造渣而除去。主金属经过这些工序进入锍相得到富集，品位逐渐提高。造锍熔炼可在反射炉、鼓风炉、电炉、闪速炉和各种熔炼炉中实现。硫化镍精矿的造锍熔炼与硫化铜精矿一样属于氧化熔炼。氧化镍矿也可在有硫化剂（如黄铁矿）,先制团或烧结成块,然后加入鼓风炉中熔炼，焦率达20%--30%,属于还原性，所以又称为还原硫化熔炼。
    造锍熔炼的物料主要包括硫化精矿或矿和造渣用的熔剂。对于镍的造锍熔炼,熔炼的物料包括硫化镍精矿或硫化铜镍精矿造渣溶剂、焦粉、返料等，产出镍锍或铜镍锍、炉渣、烟气、烟尘等。
    （二）镍造锍熔炼的基理
    1、造锍熔炼过程的主要物理化学变化
进行造锍熔炼时，投入熔炼炉的炉料有铜镍硫化矿和熔剂等,例如：镍黄铁矿[（Ni,Fe）₉S₈],含镍磁黄铁矿[（Ni,Fe）₇S₈]，辉铁镍矿（3NiS.FeS₂）以及与硫化镍矿伴生的磁黄铁矿（Fe₇S₈），黄铜矿（CuFeS₂），贡铁矿（FeS₂）以及Fe₂O₃，SiO₂，MgO，CaO，Al₂O₃等脉石氧化物。
    这些物料在炉中发生一系列物理化学反应，最终形成互不相溶的镍锍或铜镍锍和炉渣。主要的化学反应如下：
    1）在尚未与氧充分接触时，高价硫化物发生分解，例如：
                                Fe₇S₈=7FeS+1/2S_2（气）
                                2CuFeS₂=Cu₂S+2FeS+1/2S_2（气）
                                3NiS.FeS₂=Ni₃S₂+FeS+S_2（气）
                               （Ni,Fe）₉S₈=2Ni₃S₂+3FeS+1/2S_2（气）
                                3NiS=Ni₃S₂+1/2S_2（气）[next]
    高价硫化物的分解,结果生成了在熔炼高温下最稳定的低价硫化物,它们的熔点较低,例如硫化亚镍Ni₃S₂₍熔点79℃)、硫化亚铜Cu₂  S(熔点1135℃)和硫化亚铁FeS(熔点1190℃),这些低价硫化物均无系金属原子与硫原子以共价键结合的化合物，它们在熔融状态下互溶便形成了相应的镍锍(NI₃S₂-FeS)、铜锍(Cu₂S-FeS)和镍锍（Cu₂S-Ni₃S₂-FeS）,从而与已经氧化生成的FeO和SiO₂、CaO、MgO、AI₂O₃等脉石氧化物形成的炉渣分离开来，这便是铜、镍火法冶金中进行造锍熔炼的基础。
    在中性或还原性气氛下,上述分解反应释放出的元素硫为气态分子(硫的熔点112.8℃，沸点444.6℃),硫蒸气遇到炉气中的氧，极容易着火燃烧生成SO₂气体。
    在现代强化熔炼炉中，炉料往往很快地进入高温强氧化气氛中，所以高价硫化物除发生离铁反应外,还会被直接氧化，如：
                               2CuFeS₂+5/2O₂=Cu₂S.FeS+FeO+2SO₂
                               3FeS₂+8O2=Fe₃O₄+16SO₂
                               2Fe₇S₈+53/2O₂=7Fe₂O₃+16SO₂
                               2Cu₂S+3O₂=2Cu₂O+2SO₂
                               Ni₃S₂+7/2O₂=3NiO+2SO₂
                               2FeS+3O₂=2FeO+2SO₂
    3）造渣反应
    氧化反应产生的FeO在SiO₂存在的条件下将按下列反应形成炉渣：
                               2FeO+SiO₂=2FeO.SiO₂
    2、造锍熔炼有关反应的△G^Θ_T-T图
    硫化镍精矿的火法冶金过程与硫化铜精矿类似。本质上,铁和硫是通过熔炼过程选择性氧化和造渣除去的。硫也可用焙烧法脱去一部分,相关反应的方向和限度可借助相亲反应的△G^Θ_T-T-T图帮助理解[见图2-1（a）和2-1（b）]。由△G^Θ_T-T-T图看出：铜、镍对硫的亲和力与铁相继续氧化成Fe₃O₄，但Fe₃O₄在高温下易被C还原为FeO。在相对低的温度（1200--1300℃）下，使Cu₂S氧化可得到金属铜，同样的过程中对于镍则需1600℃以上的高温。对炼镍而言，造锍熔炼和吹炼的产物是一种低铁（0.5%--3%）、含硫（10%--22%）的转炉镍锍而不是粗镍。