镍闪速熔炼反应过程的特征

标题：镍的造锍熔炼引言：镍是一种重要的金属元素，具有广泛的应用领域。

在工业生产中，镍常常需要进行造锍熔炼，以提取和纯化出高质量的镍锍。

本文将详细介绍镍的造锍熔炼过程，包括原料准备、熔炼设备、工艺流程以及产品应用等方面的内容。

一、原料准备造锍熔炼的原料主要包括镍矿石、还原剂和辅助剂等。

常见的镍矿石有镍磁铁矿、镍橄榄石等，其中镍磁铁矿是最主要的矿石。

还原剂通常采用焦炭或煤作为主要原料，辅助剂包括石灰、硅石等。

二、熔炼设备造锍熔炼通常采用电炉或转炉等设备进行。

电炉是一种通过电能将原料加热至高温并进行熔融的设备，转炉则是利用氧化铁矿进行燃烧反应产生高温的设备。

这两种设备都具有高温、高效的特点，能够满足镍的造锍熔炼需求。

三、工艺流程1. 原料预处理：将镍矿石进行破碎、磨细，以便提高矿石的表面积和反应速度。

2. 混合配料：按一定比例将破碎后的矿石、还原剂和辅助剂混合均匀，形成锍炉料。

3. 熔炼过程：(1) 炉料加入：将锍炉料逐步加入熔炼设备中，保持合适的料层厚度。

(2) 加热熔融：通过电能或燃烧反应使炉料加热至高温，使其熔融。

(3) 还原反应：在高温下，还原剂与镍矿石发生还原反应，使镍从矿石中析出，并与还原剂产生反应生成镍铁合金。

(4) 渣化分离：炉内的杂质和氧化物被转化为渣，通过合理的操作使渣与镍铁合金分离。

4. 精炼净化：对得到的镍铁合金进行进一步的精炼净化，去除杂质和不纯物质，提高镍的纯度。

5. 产品制备：经过精炼净化的镍铁合金可以用于制备各种镍合金产品，如不锈钢、合金钢等。

四、产品应用镍是一种重要的工业原料，广泛应用于冶金、化工、电子、航空航天等领域。

镍合金具有优异的耐腐蚀性、高温强度和磁性等特点，被广泛用于制造航空发动机、核能设备、化工设备等高端产品。

结论：镍的造锍熔炼是一个复杂而关键的工艺过程，需要严格控制原料配比、加热温度和熔炼时间等参数，以确保得到高质量的镍锍。

随着科技的进步和工艺的改进，镍的造锍熔炼技术将不断提高，为镍产业的发展和应用提供更多的可能性。

第 55 卷第 3 期2024 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.55 No.3Mar. 2024镍闪速熔炼过程数值仿真陈爱良1，王子彪1，刘瑶1，何利华1，张希军2，刘福林2，卢苏君2，HWANG Jiann-Yang 3，孙丰龙1(1. 中南大学 冶金与环境学院，湖南 长沙，410083；2. 镍钴资源综合利用国家重点实验室，甘肃 金昌，737100；3. Michigan Technological University ，Houghton ，MI 49931，USA)摘要：采用数值模拟软件对国内某大型镍厂闪速炉内气相的速度、温度、浓度及不同粒径颗粒的速度和温度分布特性进行研究。

研究结果表明：通过COMSOL 软件模拟后，喷嘴喷入的混合气流入炉后发生膨胀，在闪速炉内形成涡流，并会向反应塔上部运动发生回流；氧化反应主要发生在离反应塔中心1.2 m 区域内，在距塔顶5.59 m 处氧化反应基本完成，且氧气未被完全消耗，沉淀池出口氧气体积分数为7.70%；喷嘴下方和反应塔中下部存在局部高温区域，反应塔中上部区域出现低温区域；小粒径混合物料颗粒与大粒径混合物料颗粒相比受气体影响程度较大，达到的最大速度更大，且由于着火点低，温度上升较快，控制混合物料颗粒粒径在60~80 μm 之间熔炼反应效果较好。

关键词：镍闪速熔炼；数值模拟；分布特性；反应塔中图分类号：TF815 文献标志码：A 文章编号：1672-7207（2024）03-0871-11Numerical simulation of nickel flash melting processCHEN Ailiang 1, WANG Zibiao 1, LIU Yao 1, HE Lihua 1, ZHANG Xijun 2, LIU Fulin 2, LU Sujun 2,HUANG Jiann-Yang 3, SUN Fenglong 1(1. School of Metallurgy and Environment, Central South University, Changsha 410083, China;2. State Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Nickel and Cobalt Resources, Jinchang 737100, China;3. Michigan Technological University, Houghton, MI 49931, USA)Abstract: Numerical simulation software was used to study the velocity, temperature and concentration of the gas phase in the flash furnace of a large nickel plant in China, as well as the velocity and temperature distributioncharacteristics of particles of different particle sizes. The results show that after simulation by COMSOL software,收稿日期： 2023 −05 −01； 修回日期： 2023 −07 −10基金项目(Foundation item)：国家重点研发计划项目(2022YFC3902001)；国家自然科学基金资助项目(52374363，52004340)；甘肃科技重大专项(22ZD6GC018) (Project(2022YFC3902001) supported by the National Key Research and Development Program; Projects(52374363, 52004340) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project (22ZD6GC018) supported by Gansu Innovation-Driven Development Program)通信作者：孙丰龙，博士，副教授，从事冶金材料及相似元素分离研究；E-mail ：*******************.cnDOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2024.03.003引用格式： 陈爱良, 王子彪, 刘瑶, 等. 镍闪速熔炼过程数值仿真[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2024, 55(3): 871−881.Citation: CHEN Ailiang, WANG Zibiao, LIU Yao, et al. Numerical simulation of nickel flash melting process[J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2024, 55(3): 871−881.第 55 卷中南大学学报(自然科学版)the mixed gas stream injected by the nozzle expands after entering the furnace, it forms a vortex in the flash furnace, and moves towards the upper part of the reactor tower and causes backflow. The oxidation reaction mainly occurs in the area of 1.2 m radius from the center of the tower, and the oxidation reaction is basically completed at 5.59 m from the top of the tower. The oxygen is not completely consumed and the oxygen volume fraction at the outlet of the precipitation tank is 7.70%.There is a local high temperature region below the nozzle and in the middle and lower part of the reaction tower, and a low temperature region in the middle and upper partof the reaction tower. The small particle size mixture particles are affected by the gas to a greater extent than the large particle size mixture particles and reach a greater maximum velocity. And due to the low ignition point, the temperature increases faster. The melting reaction is more effective when the mixture particle size is controlled between 60−80 μm.Key words: nickel flash melting; numerical simulation; distribution characteristics; reaction tower镍是重要的战略储备金属，被广泛应用于不锈钢、电池、电镀、触媒、合金材料等行业。

世上无难事，只要肯攀登镍锍吹炼的基本反应火法炼镍流程中电炉、闪速炉等冶炼设备产生的低镍锍，由于其成分不能满足精炼工序的处理要求，因此必须进行低镍锍的进一步处理，这一过程大都在卧式转炉中进行。

低镍锍吹炼的任务是向转炉内低镍锍熔体中鼓入空气和加入适量的石英熔剂，将低镍锍中的铁和其他杂质氧化后与石英造渣，部分硫和其他一些挥发性杂质氧化后随烟气排出，从而得到含有价金属（Ni,Cu,Co 等）较高的高镍锍和含有价金属较的转炉渣,由于它们各自的密度不同而进行分层m 密度小的转炉渣浮于上层被排除。

高镍锍中的贵金属和部分钴也进入高镍锍中。

转炉吹炼是一个强烈的自热过程，所需要的热量全部由吹炼低镍锍过程中铁、硫及其他杂质的氧化放热和造渣反应放热来供给。

低镍锍吹炼与铜锍吹炼不同，只有第一周期，没有明显的第二周期，当低镍锍吹炼到含铁2%～4%时就作为转炉的产出物而倒出，因此低镍锍的吹炼只有造渣期，没有造金属镍期，在造渣过程中，分批加入低镍锍和生渣，保持炉内一定的液面，以保证操作的正常运行。

低镍锍的主要成分是FeS、Fe3O4、Ni3S2、Cu2S、ZnS 等，如果M 代表金属，MS 代表金属硫化物，MO 代表金属氧化物，在吹炼1250℃左右的高温下硫化物一般可按下列反应进行氧化：MS+3/2O2=MO+SO2 （1—1）MS+O2=M+SO2 （1—2）按(1—2)式进行吹炼镍锍产出金属镍要1650℃的温度，而一般卧式转炉炼不能达到如此高温,即(1—2)式不能顺利进行，（1—1）式便成为低镍锍吹炼的主要反应。

叛断一种硫化物沿何种方式进行氧化反应，较精确的方法是计算反应的自由能变化。

为简便起见，在生产实践中常常根据在该温度下金属对氧的亲和力以及硫对氧的亲和力大小来叛断。

铁对氧的亲和力最大,依次为钴、镍、铜，故在吹炼过程中铁最易被氧化。

铜、镍、钴、铁对硫的亲和力,恰与对氧的亲和力相反，故金。

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟硫化铜镍矿熔炼的概述（一）闪速熔炼是火法炼镍的熔炼新技术,它克服了传统熔炼方法未能充分利用粉状精矿的巨大的表面积和矿物燃料的缺点，大大减少了能源消耗，提高发硫的利用率,改善了环境。

闪速熔炼有奥托昆普闪速炉因科纯氧闪速炉两种形式。

目前国内外有5 台奥托昆普型镍闪速炉在运转(见下表)，因科型闪速炉炼镍仅作过试生产，但因镍在锍渣两相分配比较低（约65%），故一直未做工业应用。

下继续完成造锍与造渣反应,熔锍与溶渣在沉淀池进行沉降分离,熔渣流入贫化处理后弃,熔锍送转炉炊炼进一步富集成镍高锍。

熔炼产出的SO2 烟气经余热锅炉、电收尘后送制酸系统。

典型的工艺原则流程如图1 所示。

[next] 闪速熔炼系统包括熔炼、转炉吹炼等高温熔炼主系统和物料制备、配料、氧气制取、供水、供风、供电、供油以及炉渣贫化等辅助系统。

有关生产过程简要说明如下：（1）精矿干燥。

选矿精矿一般含水8%～10%,进入闪速炉前不少国家要进行干燥。

金川公司的精矿干燥采用“三段式”干燥方式,即回转窑、鼠笼、气流三段干燥。

在回转窑去除30%的水,鼠笼去掉40%的水,气流干燥去掉30%的水，得到的干精矿含水在0.3%以下,并要求粒度为-0.074mm 的碱于80%以上。

（2）粉煤与熔剂的制备。

粉煤与熔剂的制备大到相同。

煤经粗碎后,进球磨机并通入热风,磨细的煤由热风吹出分级后使用,不合格粗粒返回再磨。

石英熔剂加入球磨机后不通热风,直接用机械转换的热能把水分烘干破碎即可。

（3）返料。

闪速炉系统的自产冷料块经颚式破碎、圆锥破碎后分别送闪速炉贫化区和转炉进行处理,以回收其中的有价金属及控制转炉温度。

（4）氧气制备。

采用富氧鼓风可减少燃料的消耗,甚至实现自热熔炼。

金川公司闪速炉配备。

doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.05.002镍闪速熔炼新渣型的物化性质研究张振强1，赵俊学1，崔雅茹1，高晓婷2，路晓涛1，王鹏飞1，梁洪铭1（1.西安建筑科技大学冶金工程学院，西安710055；2.金川有色集团有限公司镍钴研究院，甘肃金昌737100）摘要：金川镍铜渣中铁的还原性差、难以作为炼铁炉料直接入炉冶炼。

提出了提高渣中CaO含量、降低SiO2含量为后续提铁创造条件的工艺设想，并利用FactSage计算模拟软件对金川镍闪速熔炼渣主要成分的相图进行模拟计算，通过试验考察了不同炉渣组分对熔渣物化性质影响的规律。

结果表明，适合的新渣型为Fe/SiO2=1.5，CaO 10%~15%，MgO 9%。

关键词：镍冶金；闪速炉渣；新渣型；熔化温度；黏度中图分类号：TF815 文献标志码：A 文章编号：1007-7545（2013）05-0000-00Study on Physico-Chemical Property of New Slag Type for Nickel Flash SmeltingZHANG Zhen-qiang1, ZHAO Jun-xue1, CUI Ya-ru1, GAO Xiao-ting2, LU Xiao-tao1,WANG Peng-fei1, LIANGHong-ming1(1. School of Metallurgical Engineering, Xi’an University of Architecture & Technology, Xi’an 710055, China;2. Institute of Nickel and Cobalt, JNMC, Jingchang 737100, Gansu, China)Abstract：Iron in nickel and copper slag mostly exists in the form of ferric metasilicate, which is difficult to be reduced and can’t be used as furnace charge directly. Improving content of CaO and reducing content of SiO2 in slag were put forward to create conditions for subsequent iron extraction. Main ingredients phase diagram of JNMC nickel and copper slag was simulation calculated with FactSage software, and the effects of components of slag on physico-chemical properties of smelting slag was investigated by experiments. The results show that the suitable slag type is Fe/SiO2 of 1.5, CaO of 10%~15%, MgO of 9%.Keyword：nickel metallurgy; flash smelting slag; new slag type; melting temperature; viscosity炉渣是含金属矿物在熔融状态下分离出有用组分后的固体废弃物[1]。

镍闪速熔炼渣组分调控及其对渣-锍平衡的影响研究镍闪速熔炼渣组分调控及其对渣-锍平衡的影响研究摘要：镍闪速熔炼是一种重要的冶炼方法，其渣-锍平衡对熔炼效率和产品质量具有重要影响。

本文通过对镍闪速熔炼渣组分的调控及其对渣-锍平衡的影响进行研究，以期提高镍闪速熔炼的效率和产品质量。

一、引言镍是一种重要的金属材料，广泛应用于制造业和电子工业中。

镍的熔点较高，在传统熔炼方法下，耗时耗能。

镍闪速熔炼是一种高效、节能的熔炼方法，能够有效提高镍的熔炼效率和产品质量。

然而，在镍闪速熔炼过程中，渣-锍平衡的控制是一个关键问题。

二、渣组分的调控渣组分的调控是实现渣-锍平衡的重要步骤。

根据镍闪速熔炼的特点，渣组分应具备高熔点、低粘度和良好的湿润性。

通过合理选择和调节熔剂、氧化剂和脱硫剂等添加剂，可以有效控制渣的组分，以满足镍闪速熔炼的要求。

1. 熔剂的选择和调节熔剂在镍闪速熔炼过程中起到溶解镍矿和调节渣的组分的作用。

常用的熔剂有碳酸钠、碳酸钙等。

根据不同的镍矿品位和成分，选择合适的熔剂，并根据需要进行适量的调节，以提高熔剂对镍矿的溶解效果。

2. 氧化剂的添加和控制氧化剂的添加可以改变渣的氧化还原性质，影响渣的组分和性质。

常用的氧化剂有空气、氧化铅等。

通过控制氧化剂的添加量和加入时间，可以调节渣的成分和性质，达到渣-锍平衡的要求。

3. 脱硫剂的选择和用量镍矿中常含有硫，脱硫剂的使用对渣的成分和性质有重要影响。

常用的脱硫剂有石灰石、氢氧化钠等。

选择合适的脱硫剂，并确定合理的用量，可以有效调节渣的硫含量，提高渣-锍平衡。

三、渣-锍平衡的影响渣-锍平衡是镍闪速熔炼过程的关键问题，对熔炼效果和产品质量有重要影响。

1. 渣的组分和性质对熔炼效果的影响渣的组分和性质直接影响到镍的熔点和熔化度，从而影响熔炼的效果。

渣的组分调控可以提高渣的熔点和熔化度，促进镍的熔化和分离，提高熔炼效率。

2. 渣的组分对产品质量的影响渣的组分对产品质量有直接影响。

镍闪速熔炼过程的模糊建模万维汉史维祥袁永发杨金义摘要针对冶金工业中镍闪速熔炼复杂工艺过程，提出了利用模糊理论建立镍闪速炉模型的方法。

一种方法是利用专家知识和操作经验(即IF-THEN规则)建立闪速炉的先验模型；另一种方法是利用自适应模糊神经网络方法建立闪速炉的学习模型。

综合考虑两种模型的建模结果，建立整个过程的模型。

经过两个月的现场离线指导表明：这种建模方法能够较为准确地反映镍闪速炉的运行过程。

关键词先验模型学习模型模糊逻辑系统镍闪速熔炼过程Fuzzy modeling of nickel flash smelting processWan Weihan Shi Weixiang(School of Mechanical Engineering, Xi'an Jiaotong University Xi'an 710049)Yuan Yongfa Yang Jinyi(Jinchuan Nonferrous Metals Complex)Abstract An approach that uses two fuzzy methods to model complicated nickel flash smelting process is presented. The first fuzzy model named prior model is built by using expert knowledge and skilled operating experiences of the flash furnace(that is, fuzzy IF THEN rules); the second fuzzy model named learning model is built by using adaptive fuzzy neural network system. Two results are combined as general modeling results of the flash furnace. Through the analysis of the two months industrial site off line modeling experiment, the results show that the modeling methods can describe exactly the real time production process of nickel flash furnace. Key words prior model; learning model; fuzzy logic system; nickel flash smelting process0 引言闪速熔炼是冶金工业中非常复杂的火法冶炼过程，它由许多非常复杂的化学反应过程组成。