红土镍矿电炉冶炼工艺低钙渣系性质研究

摘要

世界陆基镍资源有硫化镍矿和红土镍矿,随着高品位硫化镍矿资源的枯竭,红土镍矿的利用日益得到广泛的重视。目前工业上成熟的红土矿冶炼工艺是回转窑预还原和电炉熔炼工艺(RK-EF),由于红土镍矿中SiO2的含量较高,为了提高炉渣的流动性和改善脱硫能力,经常配入一定量的生石灰,这导致熔炼过程渣量增大,电炉有效容积减少,最终降低电炉的利用系数,且增加了冶炼电耗。采用不加石灰或少加石灰冶炼可以大幅度降低渣量,提高电炉的利用系数,但是有可能引起炉渣粘度的增加和熔化性温度的提高;如果在这种情况下,采用部分还原的方式,通过提高炉渣中的FeO含量达到降低粘度和改善脱硫效率的目的,理论上是可行的。因此,本文以红土镍矿电炉冶炼工艺的低钙炉渣渣系为对象,通过开展炉渣粘度实验研究、炉渣结构的红外和拉曼分析、元素在渣铁间分配规律和炉渣对耐火材料侵蚀的研究,得到以下的主要结论：
　　⑴同一温度下随着碱度的升高炉渣的粘度降低,炉渣粘度急剧变化的―拐点”出现在1500℃附近。1550℃时MgO/SiO2碱度由0.6升高为1.0,粘度由15.01P降低为3.98P,粘流活化能在(2.88~4.73)×105J/mol范围内波动;随着FeO含量的增加炉渣粘度降低, FeO含量为15％、20％和25％、温度在1490℃以上炉渣的粘度在1.8~4.5P范围内且炉渣粘度相差不大,粘流活化能随FeO含量增加而降低,由5.30×105J/mol到3.25×105J/mol。
　　⑵应用红外光谱和拉曼光谱分析发现,随着炉渣中碱度升高或 FeO含量增加,复杂三维空间架状结构的Q3相对含量降低明显,且 Q3减少越多粘度降低越大, Q1增加明显、单体结构的Q0含量变化不规律,环状结构的Q2呈增加或增加后又降低趋于不变。炉渣粘度的减少表现在红外峰由圆滑峰向尖锐峰发展,且粘度越小越尖锐。
　　⑶探究了1550℃炉渣中不同碱度和不同FeO含量对Ni、S、P在渣金中的分配的影响规律。研究表明,碱度的增加同时提高了炉渣的脱硫、脱磷能力,但Ni在渣中含量维持在0.01％左右。碱度由0.6升高为1.0,炉渣中S含量由0.017％增加到0.069％,而P由0.004％升高到0.012％。渣中FeO由5％升高到25％,炉渣硫容量大幅下降,由0.078％降低为0.043％,渣中的磷由0.017％提升为0.023％,渣中Ni的含量大幅增加。
　　⑷进行了炉渣对氧化镁耐火材料的侵蚀实验,实验结果表明随着碱度0.6、0.8和1.0升高对耐材侵蚀量分别为4.84mm、3.00mm和2.58mm,FeO含量由5％、15％和25％对耐材侵蚀量分别为0.92mm、2.42mm和3.50mm。酸性渣与碱性耐材的化学反应以及炉渣流动的冲刷是侵蚀的主要因素,背散射扫描表明主要是SiO2、FeO元素易渗透进入耐材,Al2O3几乎全部存在于熔渣。针对红土镍矿低钙冶炼的特点,对炉渣性质进行综合评价,认为红土镍矿低钙冶炼技术路线可行,且对处理高硅高镁型红土镍矿有良好的应用前景。