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一、导语

高冰镍生产工艺采用火法冶炼中的“富氧密闭鼓风炉熔炼-双侧吹炉吹炼的还原 造铳熔炼工艺”。主要生产环节包括：原料制 备(含红土镍矿破碎筛分，含镍电镀污泥、废物等混捏、原辅材料配料),富氧密闭鼓风炉造锍熔炼，双侧吹炼炉吹炼等。生产原理是原料在鼓风炉熔炼过程中，镍、铜、铁 离解、氧化后发生硫化，形成镍、铜、铁金属共熔体，同时石英、石灰石等造渣剂与熔 融状的铁、钙、镁的氧化物反应生成炉渣与共熔体分离，达到除杂提纯的目的，形成低 冰镍(含镍8~15%);低冰镍从鼓风炉前床虹吸道流入吹炼炉中，在高温有氧的条件下， 加入造渣剂进一步去除杂质形成高冰镍(含镍62%左右)。危险废物原料镍金属含量较高，采用火法冶炼不仅能有效回收金属，而且可在很短的时间内内破坏有机物质，迅速和最大限度减小危险废物体积和降低其毒性成分。

二、主要原辅材料消耗

主要原料为红土镍矿，含镍电镀污泥(表面处理废物)、含镍废物(镍化合物);辅料有硫铁矿、石英石、石英砂、焦炭等，原辅材料使用情况详见表。

三、主要原辅材料成分及性质

(2)含镍电镀污泥

含镍电镀污泥主要是①使用镍和电镀化学品进行镀镍产生的槽渣和废水处理污泥， ②使用镀镍液进行镀镍产生的槽渣和废水处理污泥，属于《国家危险废物名录》(2016) 中的HW17 表面处理废物。

(3)含镍废物

含镍废物主要是①镍化合物生产过程中产生的反应残余物及废品，②报废的镍催化 剂，属于《国家危险废物名录》(2016)中的HW46 含镍废物，危险废物原料由有 资质的危险废物经营单位提供，含镍废物危废来源于南宁、柳州以及广东地区的镍生产 和使用企业，该部分含镍废物采用吨袋包装，由有资质运输单位运输至。含镍废 物入厂含水率为30.9%,需求31117t/a, 干物质量21502t/a。采用的含镍废物样品来源于电池有限公司镍镉电池、镍氢电池生产产生含镍废物，电池生产企业产 生含镍废物属于来源广泛，数量较多的含镍废物，因此选择样品具有代表性，含镍废物 代表性样品成分分析见表。

(4)硫铁矿

硫铁矿来源于广东肇庆，主要提供硫元素、铁元素，使用量10300/a,干矿量10000t/a, 主要成分见下表。

(5)焦炭

焦炭作为生产的还原剂和燃料，来源于贵州、河南，使用量为37800t/a

四、经济技术指标（略）

五、工艺流程

以红土镍矿、含镍电镀污泥及含镍废物为原料，焦炭为燃料及还原剂，硫铁 矿、石灰石、石英石、石英砂为辅料，采用火法冶炼中的“还原造铳熔炼工艺”生产高冰 镍，工艺流程主要为原料制备→还原造铳熔炼→吹炼→高冰镍。在工艺参数上，使红土镍矿较传统工艺具有更好的熔炼效果，制备出低冰镍，然后以较高回收率将低冰镍中的镍富集制备出高冰镍。

整个生产工艺可分为原料制备、鼓风炉熔炼、吹炼炉吹炼三个生产环节，辅助生产 的有制氧站制氧工艺。

一、原料制备

原辅材料汽运进场后，分类堆放于相应的堆场。

原料红土镍矿形状为1mm~200mm土块矿，进入鼓风炉的设计粒度为20~120mm,  因此，红土镍矿用铲车投入上料仓，先经条筛筛分出>120mm 、20~120mm 、<20mm 三种粒度，>120mm块矿进入颚式破碎机，破碎成100mm 以下粒度后与20~120mm的 红石块进入鼓风炉；粒度<20mm 块矿则经细碎机细碎后形成红土面，与含镍电镀污泥 及含镍废物、硫铁矿、返收尘灰、返除尘灰等进入混捏机，必要时加入少量水分充分搅 拌混合挤压成团状混合料。

红石块、团状混合料与焦炭、石灰石、石英石、返吹炼炉渣分别经各自下料仓斗，

由计算机控制系统，按一定顺序均匀加入密闭鼓风炉熔炼。为减少原料制备工序的粉尘 无组织排放，将皮带机及落料点、破碎筛分等产尘部位加装密封罩体，粉尘引至布 袋收尘器处理排放。

二、鼓风炉熔炼

1、鼓风炉熔炼过程

生产线设一台富氧密闭鼓风炉，炉床面积为：15m²(以风口中心截面积为 炉床面积)。鼓风量：36000m³/h, 入炉含氧率：28.9%,炉内温度：达1200℃以上。鼓 风炉系统由侧水套、炉顶水套、加料斗、风眼座(风阀)、本床、前床、虹吸道、水循 环系统、供风系统、进料大车等组成。

原料经制备后(红石块、团状混合料),由计算机上料控制系统按一定的比例，与 硫铁矿(提供硫、铁元素)、燃料(焦碳)、造渣剂(石灰石、石英石等)通过计量装置、 传输皮带给进料大车(往复皮带),均匀分布于鼓风炉加料斗内；供风系统由风眼阀将富氧空气(28.9%)送入炉内，使焦碳与空气中的氧燃烧反应，产生一氧化碳和二氧化  碳及热量，将炉料融化，成液相。

在高温氧化的气氛中，液相炉料依次进行高价硫化物的分解、硫化物的氧化、硫化 物和氧化物的相互反应。一氧化碳作为还原剂，与氧化镍发生反应，生成二氧化碳和单 质镍，单质镍在高温状态下，很快被硫化，生成二硫化三镍 (Ni₃S₂);  铁、铜硫化物、氧化物、以及碳酸盐发生离解反应，离解反应产生的低价硫化物会发生氧化反应，最后 反应趋于稳定，稳定的化合物有Ni₃S₂ 和 NiO,FeO 与FeS,Cu₂S 和 CuO,这些稳定化 合物进一步相互反应形成了共熔体——低镍铳。

在造铳熔炼的过程中，石英(SiO₂) 、 石灰石 (CaCO₃),   他们将与低镍铳中铁、钙、镁的氧化物进行反应，形成复杂的铁硅酸盐炉渣(熔渣)去除，提高低镍铳品位，形成 低冰镍(含镍8~15%)。

熔渣和低镍铳两个互不相容的相从咽喉口一同流入前床，在前床中短暂停留。由于 熔渣和低镍锍的比重不同，低镍铳沉积前床底部，而熔渣在熔池表面随着量的增加，从 渣溜子逸出，用高压循环水将其水淬(0.7-3mm),   由捞渣机捞起后，集中存放出售。

熔炼中产生的烟气，经出口烟道，通过重力除尘、旋风除尘、布袋收尘后，送入脱 硫系统，经气动乳化石灰-石膏法脱硫除尘、文丘里双碱法脱硫除尘处理后，尾气达标排放。

2、反应原理及反应方程式

(3)硫化物氧化

高价硫化矿物也会被直接氧化： 

离解反应产生的低价硫化物会产生氧化反应： 

吹炼的目的是进一步去除低镍铳熔体的铁，提高镍含量。

低镍锍从鼓风炉前床虹吸道流入吹炼炉中，当熔体界面超过风眼座后，供风系统将 普通压缩空气由风眼阀送入炉体；同时，装有石英砂的加料斗开始通过给料机，定时、 定量加入连续吹炼炉内。在高温有氧的条件下(1600℃以上),铁的硫化物发生氧化反  应，二氧化硅与熔硫中铁的氧化物反应，通过造渣反应将铁分离出来，由于镍和渣的比  重不同，镍沉于底、渣浮在上，渣随渣溜子流进铸渣机铸成等同小块，返回重新配料； 高冰镍由镍口放入镍模铸成镍块(含镍：62%左右),冷却后由铸镍小车拉走入库销售。

2、反应原理及反应方程式

制氧站富氧空气鼓风量4000m³/h,富氧空气氧气纯度为28.9%,使用压力为1.4MPa。 制氧站年工作日330天，3班连续工作。

原料空气在袋式过滤器中去除灰尘和机械杂质后，进入空气透平压缩机，将空气压 缩至约为0.62MPa后进入空气冷却塔中冷却。空气在直接接触式空气冷却塔中与水进行 热交换。用于冷却空气的水有两部分：一部分为常温冷却水，由泵加压后进入空冷塔中 部；另一部分冷却水(4℃左右)则送入空冷塔塔顶。将压缩空气冷却至15℃左右进入分 子筛吸附器。水冷塔则利用分馏塔来的废气(污氮)冷却去空冷塔的循环冷却水。分子 筛吸附器是用于吸附空气中的水份、二氧化碳和一些碳氢化合物，从而获得干净而又干 燥的空气。净化后的压缩空气进入增压透平膨胀机增压端增压后，再通过冷却器进一步 降温，其中一部分压缩空气进入膨胀机，膨胀降温后进入分馏塔作为冷源。大部分压缩 空气直接进入分馏塔，分馏塔利用氧、氮气体沸点不同进行分馏，液氧和液氮经过气化 器回收冷量后气化，气化后的氧气和氮气分别送至氧压机和氮压机加压后送至用户。为 保证氧枪继续供氧和氮，还设有氧气和氮气储罐。

五、相关平衡

1、物料平衡

物料投入主要有红土镍矿、电镀污泥、含镍废物、硫铁矿、石灰石、石英砂(该6 种原辅材料统称为炉料),此外还有焦炭、制氧系统提供的富氧空气、以及烟气湿法脱 硫系统使用的生石灰、烧碱 (NaOH)。

物料产出，主要有产品高冰镍；固废废物有鼓风炉渣、脱硫石膏；排放的烟(粉)尘、SO₂ 、O₂ 、CO 、NOx等等。物料平衡见表,物料走向见图

2、水平衡（略）

3、镍平衡

镍主要由原料红土镍矿、含镍电镀污泥、含镍废物带入，总金属量5555.21t/a;  产出方面，高冰镍金属回收率≥90%,有90%镍进入产品高冰镍中，9.95%进入到鼓风炉渣， 仅有少部分通过废气排放。

由于镍熔点1453℃,沸点在2700℃以上，属于难挥发的金属，废气中的镍均匀分 布在固态物(颗粒物)中，可通过各除尘器一起去除(镍去除效率无限接近于颗粒物去 除效率，布袋收尘器取99%,“气动乳化石灰-石膏法脱硫除尘+文丘里双碱法脱硫 除尘”去除效率取90%)。在原料制备工序中，伴随着破碎筛分粉尘，有组织排放的镍为 0.147t/a,  无组织形式排放为0.074t/a;  在冶炼工序，伴随着熔炼、吹炼烟尘，有组织排 放的镍量为0.223t/a, 无组织形式排放为0.012t/a。镍平衡见表

4、铬平衡（略）

5、铅平衡（略）

6、砷平衡（略）

7、镉平衡（略）

8、汞平衡（略）

9、硫平衡（略）

七、三废来源及处理（略）

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