镍冶炼厂设计(engineering design of nickel metallurgical plant)

以硫化镍精矿(块矿)或氧化镍矿为原料，生产金属镍或其他镍产品，并综合回收原料中伴生有价金属的重金属冶炼厂设计。设计范围包括：电炉镍锍熔炼车间设计、闪速炉镍锍熔炼车问设计、鼓风炉镍锍熔炼车间设计、低镍锍转炉吹炼车间设计、高镍锍磨浮分离车间设计、镍阳极板和氧化镍制备车间设计、镍电解精炼车间设计、高镍锍全湿法精炼车间设计、电炉熔炼镍铁车间设计、湿法炼镍车间设计和镍冶炼钻渣回收车间设计。

原料炼镍的原料有硫化矿和氧化矿两类，根据成分分为五种：(1)硫化镍块矿或精矿。含3%～10%Ni、15%～30%s、25%～40%Fe(含或不含贵金属，一般含钴)；(2)硫化铜镍混合块矿或混合精矿。含3%～10%Ni、1.5%～5%Cu、15%～30%S、25%～40%Fe(含或不含贵金属，一般含钴)；(3)褐铁矿型氧化镍矿。含1%～1.5%Ni、40%～50%Fe(一般含钴，但不含铜和贵金属)，不能选矿富集，须直接冶炼；(4)硅酸盐型氧化镍矿。含1.5%～2.5%Ni、10%～15%Fe、40%～50%SiO2、15%～25%MgO(一般含钴，不含铜和贵金属)，不能选矿富集，须直接冶炼；(5)含钴磁硫铁矿精矿(从硫化镍矿中选出)。含0.7%～1.2%Ni、50%～60%Fe、35%～40%S，为硫化矿选矿的中间产品，可冶炼回收镍、铁和硫。根据原料的不同，镍冶炼厂由各种工艺不同的熔炼、精炼和综合回收车间组成。设计主要内容包括产品方案、设计规模、工艺流程选择和车间组成等。

简史19世纪，法国镍公司在新喀里多尼亚设计建成以氧化镍矿为原料的镍冶炼厂。1902年，国际镍公司在加拿大萨德伯里(Sudbury)地区建设以硫化镍矿为原料的镍冶炼厂。以后苏联、古巴、美国、日本、多米尼加、澳大利亚、芬兰、博茨瓦纳、马来西亚、印尼和菲律宾等国相继建设了镍冶炼厂。20世纪50硫化镍或硫化镍铜精矿(块矿)年代中国开始设计建设镍冶炼厂，会理镍冶炼厂和成都电冶厂是最早建设的以硫化镍矿为原料的镍冶炼厂。1959年开始设计建设的金川有色金属公司冶炼厂是中国最大的以硫化镍矿为原料的镍冶炼厂。70年代还建设了吉林镍业公司冶炼厂，80年代建设了新疆镍冶炼厂和镍精炼厂。

产品方案根据原料类型、成分，结合市场需要，经技术经济比较确定。产品方案有以下几种：(1)电解镍。含镍99.95%以上，产品质量高，适用于加工各种高级镍合金。前述各种炼镍原料均可生产电解镍，特别是含贵金属的硫化镍矿应主要考虑生产电解镍，以利从中回收贵金属，但其生产过程较复杂，成本较高；(2)从氧化镍矿生产的镍铁合金。含镍和钴的总量为30%～48%，含铁70%～52%，生产过程较简单，成本较低，适用于生产一般不锈钢；(3)镍粉、镍粒和镍块。含镍量高于99.9%，用湿法冶炼和羰基法产出；(4)氧化镍产品。包括氧化镍粉、含镍88%的烧结氧化镍和含镍90%的氧化镍还原产品。可直接用于炼合金钢。

设计规模主要根据资源和建设条件确定。各国已有镍冶炼厂的生产规模不等，规模大的年产镍5万t以上，规模小的年产镍1000t以下。

工艺流程选择根据原料类型、成分和对产品的要求而定。

硫化矿大部分采用造锍熔炼，即将各种硫化镍矿采用不同的火法冶金工艺炼成低镍锍，再将低镍锍用转炉吹炼成高镍锍，即硫化镍和硫化铜的合金。高镍锍再经镍精炼厂的不同精炼方法生产出不同的镍产品。

硫化镍矿火法冶炼几种工艺的流程综合如图1。

图1 硫化镍矿火法冶炼流程图

图1所列几种火法冶炼工艺中，鼓风炉熔炼投资省，适用于规模较小的冶炼厂。电炉熔炼耗电较大，适用于处理高熔点炉料或电价低廉的地区。氧气闪速熔炼和氧气顶吹自热熔炼，能充分利用精矿本身的反应热，能耗低，烟气含SO2浓度高，适于制酸，为消除SO2烟害改善环保创造了条件。

硫化镍矿也可采用湿法冶炼，但只有个别工厂采用(见湿法炼镍车间设计)。

火法冶炼产出的高镍锍，其精炼可以先采用磨浮法分离铜镍，再精炼生产出镍产品。也可以采用全湿法工艺流程分离铜镍而生产镍产品。

(1)磨浮法分离硫化铜和硫化镍后，其硫化镍可用火法生产出硫化镍阳极或金属镍阳极再送电解车间电解精炼；也可用火法生产出商品氧化镍或用羰基法生产出镍粉镍粒。羰基法是利用活性金属镍在一定条件下可与一氧化碳反应生成气态羰基镍，这种气态羰基镍加热时又可分解成镍金属的原理来达到精炼镍的目的。中国金川有色金属公司采用的是高镍锍磨浮分离、硫化镍电解精炼工艺流程(图2)。

图2 高镍锍磨浮分离精炼工艺流程示意图

(2)高镍锍全湿法精炼流程有氯化铁浸出-电积流程；盐酸浸出或氯气浸出-电积流程；硫酸浸出-电积流程或硫铵浸出-氢还原流程(见高镍锍全湿法精炼车间设计)。

氧化镍矿既可以采用火法冶炼，也可以采用湿法冶炼。火法冶炼既可以生产镍锍再精炼生产电解镍，也可以直接生产镍铁，各种氧化镍矿冶炼流程见图3。

车间组成一般火法冶炼及镍精炼流程包括备料(含贮矿、干燥、配料、熔剂破碎、焙烧、烧结和制团)、熔炼(含熔炼、吹炼)、高镍锍分离及阳极制备(含高镍锍浮选分离、焙烧、还原熔铸、氧化镍生产等)、电解精炼(含电解、净液和造液)、综合回收(含铜、钴、贵金属回收等)、硫酸等生产车间和辅助公用设施

综合利用镍矿大多是多金属矿，特别是硫化矿，伴生金属更多，以中国金川有色金属镍冶炼厂为例，综合回收的金属有铜、钴、硫、金、银、铂、钯、锇、铱、钌、铑。氧化矿一般可综合回收钴和铁。

技术经济指标主要技术经济指标为：

发展趋势硫化镍矿造锍熔炼中传统的鼓风炉、反射炉和电炉逐渐被富氧闪速炉、富氧熔池熔炼炉和工业纯氧顶吹自热熔炼炉所取代。可降低能耗，提高硫的利用率，解决环境污染。但氧化镍矿生产的比例在逐年增加。其中硅酸盐型的氧化镍矿以电炉生产镍铁合金为主，而褐铁矿型的氧化镍矿趋向于采用氨浸流程。