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1、第1 页10 万吨 / 年电镍的镍电解精炼车间设计摘 要本论文主要设计了年产 10万吨电解镍的精炼车间，通过查阅相关资料，基本了 解熔炼硫化铜镍矿的准备工作及整个从熔炼到精炼流程工艺，重点介绍了硫化 镍可溶阳极电解精炼的工艺流程，主要进行了厂址的选择、工艺流程的确定及 相关冶金计算，包括金属平衡和热量平衡及主要设备的选择计算，以及对炼镍 厂的安全技术的相关了解，同时描述了镍冶炼厂的三废状况及治理关键词：镍电解净化工艺第2 页引言.镍资源概况及镍资源发展透视镍在地球上是储量丰富的一种金属。据美国地质调查报导，2006世界镍储量为 6200 万吨，储量基础为14000万吨。世界陆地查明含镍品位在1
2、%左右的资源为 1.3 亿吨，其中 60%属于红土镍矿床，共伴生矿产主要有铜、钴、金、银及铂族元素，主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、中国、南非等国，这是目前主要开采的镍矿床。另外大洋深海底和海山区的锰结核和锰结壳中还含有大量镍资源，其储量在1 亿吨以上。 由于海洋镍资源还无法积极有效地利用，因此陆地镍资源成为当前各国开发的重点。世界陆地镍资源储量的分布情况如表所示。国家和地区储量/10kt 国家和地区储量/10kt 古巴2267.5 南非263.0 加拿大1342.3 美国253.9 印度尼西亚1269.8 希腊90.7 菲律宾1210.0 哥伦比亚73.9 俄罗斯734.6 多米尼加63
3、.19 中国670.0 博茨瓦纳45.35 澳大利亚480.7 前南斯拉夫20.4 巴西426.3 阿尔巴尼亚18.14 我国镍工业始于 1957 年四川省力河镍矿的开采。 虽然生产规模较小，但填补了我国镍工业的空白。 1958年甘肃省地质局发现金川镍矿， 并与 60 年代投产，这在很大程度上中解决壳我国对镍的需要。到了90年代，由于新疆镍矿，云南金平矿及吉林镍矿的开发和投产使我国镍工业的发展上了一个新台阶。我国镍矿区共有93 处，镍矿资源储量分布于19 个省。 70%的镍矿资源集中在甘肃。其次， 27%的分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西、青海和湖北7第3 页个省其余镍资源分布在江西，福建，
4、广西、湖南、内蒙古、黑龙江、浙江、河北、 海南、贵州、山东 11 个省。这些地区的镍资源合计的储量占总储量的3.7%。从世纪年代开始，通过几十年的努力，我国镍资源的开发与利用得到飞速发展，逐步形成了比较完整的镍工业体系。年国内精炼镍产量近万吨，世界排名上升至第五位；消费量达到.万吨，成为仅次于日本的世界第二大镍消费国。我国是近年来全球镍消费增长最快的国家。 8年，我国钢铁、水泥、电解铝列为国家过度投资重点调控的产业，先后对项目审批清理、银行贷款、土地征用、投资资本、出口退税率、电价等方面采取了调控措施，这些措施的实施产生了有效的调控作用。虽然国家宏观调控政策限制了一批钢铁项目的上马，但是对不锈
5、钢行业的影响程度相对较小。2008 年 111月份， 我国共进口不锈钢262 万吨，同比下降3.26%，出口不锈钢 30.7万吨，同比增长 296%。随着世界经济形势的好转，国际贸易更加活跃，我国对能源、矿产品、投资设备的需求强劲不减，国家将更注重扩大消费需求，居民消费品价格涨幅逐步回落，对有色金属的需求也将更加旺盛。预计到2010年，我国镍消费量将达到24万吨。国产镍原料供应紧张，对海外镍原料依赖程度越来越高。由于我国经济发展水平还不高，镍的消费量长期处于比较低的水平，因此，国内含镍废料的蓄积量不多，经济和社会发展所需要的镍，主要来自矿产原料，而再生原料所占比例很小。随着我国经济的发展，国内
6、含镍废料的蓄积量将逐渐增加。但是，从不锈钢、镍氢电池等产品的使用寿命周期分析，我国含镍废料的大规模使用要到2010 年以后。在 2010 年以前，国内镍生产和消费主要还是依靠矿产原料和进口废料。受矿产资源条件限制，我国矿山镍原料短期内难以大幅度增加。 长期以来我国矿山镍的年产量一直徘徊5 万吨左右，2004 年受国内外市场镍价接近历史前期高点的刺激，国内矿山镍产量才达到创记录的 6.5 万吨。镍矿山原料生产和供给不足， 已经成为制约我国镍工业发展的关键性因素。为了缓解国内镍原料供应紧张的局面，国内主要镍生产企业开始采取进口镍精矿原料的措施，增加国内镍冶炼产品生产。最近几年，镍精矿进第4 页口量
7、逐年上升。.炼镍原料据估计，镍在地壳中的平均含量为0.01%，与铜的含量相当，但富集成可以开采的矿床并不多。目前世界上开采的镍矿有硫化矿和氧化矿。另外，海底锰结核中也赋存丰富的镍。硫化矿中最主要的矿物是镍黄铁矿和含镍磁硫铁矿，其次是针硫镍矿，辉铁镍矿，钴镍黄铁矿等。在硫化矿中都有黄铜矿伴生，此外还含有不同数量的钴，金及铂族元素。脉石中存在有较多的镁化合物，故交难熔。现代炼镍原料中，硫化矿所占比重较大，大约有70%的镍是以硫化镍矿产出。镍矿开采品味为 0.32%镍，随开采条件而定。 在通常情况下， 还镍高于 3%的硫化镍矿称为富矿，可不经选矿直接冶炼。含镍较低的贫矿通常用浮选出含镍 48%的混合
8、精矿再行冶炼。值得注意的镍矿物主要是红土矿，它是由铁和镍的氧化物组成的次生共生矿，其特点是硬度小，易泥化，含水高，品味约为1%。据估计，红土矿一类镍矿占世界镍处量 75%以上，是非常有价值的镍资源。而硫化镍阳极所需原料是转炉吹炼产出的高镍锍主要是镍和铜的硫化物，还含有少量的铁，钴及极少量的贵金属硒、碲等元素，其中还铁量已降至约3% 高镍锍通常采用缓冷和选矿分离工艺得出二次镍精矿，在熔铸成硫化镍阳极。含铜低的高镍锍直接浇铸成硫化镍阳极进行电解。为了得到良好的溶解性能，硫化镍阳极的还锍量不宜低于20%。当含低于20%时，凝固时会析出金属相，溶解时这种金属相优先溶解，产出大量含镍很高的阳极泥。铜是硫
9、化镍阳极的主要有害杂质。铜以 Cu2S形态存在于硫化镍阳极中， 还铜低时，对硫化镍阳极溶解影响很小；当铜高于10%时，硫化亚铜将会优先于Ni3S2 溶解，对硫化镍阳极溶解和阴极镍沉积物质量有极不利的影响。第5 页1.3 我国镍冶炼技术发展镍冶金工业是我国的新兴工业, 年以前没有独立完整的镍冶金工业, 只是在铜冶炼过程中回收镍 , 生产少的电镍和硫酸镍产品。 年, 沈阳冶炼厂首次用国产硫化镍矿作原料 , 生产电镍。建设现代化镍企业是从年代金川镍矿、会理镍矿的开发建设开始的 , 经过不过年的迅速发展, 我国已成为世界镍生产大国一目前拥有镍冶金生产能力约万吨年, 除不锈钢外 , 基本可满足国民经济建
10、设和社会发展的需要。镍冶金工艺技术的进步也分突出。生产高冰镍工艺由年建成投产的四川会理镍矿的鼓风炉, 到年投产的金川有色金属公司电炉工艺, 标志粉我国规模化、大型化镍工业的形成。 发展到年月日 , 以闪速熔炼工艺为中心的金川二期工程建成投产 , 标志普我国火法炼镍技术的巨大进步。 高冰镍两段硫酸选择性浸出一黑镍沉钻一电积制取镍的阜康冶炼厂于年末建成, 是我国开发的具有国际先进水平的精炼新工艺。至此, 我国独立完整的镍工业已经形成。此外,近十年来我国还先后取得了镍精矿微波一热等离子体熔炼制取高冰镍、高冰镍抓化精炼新工艺 , 加压氢还原制取超细镍粉、 大洋多金属结核回收镍钻等有价金属的湿法冶金工艺
11、流程的试验成果。 通过近年的迅速发展 , 我国镍冶金的工艺技术目前已接近和达到国际先进水平。1.3.1 镍冶金工艺技术发展概况目前, 我国镍冶金技术已达到一定的水平, 某些领域已接近和达到国际水平。具有采、选、冶联合生产能力的厂矿有金川有色金属公司、吉林镍业公司和四川会理镍矿。而有我国镍都之誉的金川有色金属公司是从原料到产出电镍, 以及各种镍产品和其它金属产品的大型企业, 工艺比较先进 , 具有雄厚的技术力和经济实力。吉林镍业公司除采、选以外,高冰镍生产和含硫烟气制取硫酸都有较大规模 , 会理镍矿具有镍的采、选和粗炼能力, 但由于近年来镍矿床枯竭, 发展受到限制。我国具有从高冰镍或其它镍原料包
12、括综合回收生产电镍或镍制品的厂家有余家 , 其中重庆冶炼厂、成都电冶厂等具有成熟的镍冶炼和精炼技术手段和生产设备。上海冶炼厂、沈阳冶炼厂、天津电解铜厂等具有精炼和综合第6 页回收镍的成熟技术手段和生产潜力, 镇江冶炼厂、义乌冶炼厂、福州冶炼厂等也可用含镍原料生产多类镍产品。 只要我国镍矿的采、 选和镍的粗炼能力扩大 , 供给足够的高冰镍和其它含镍原料, 上述工厂不需花大的投资就可增加镍的产, 满足国内工业建设用镍的需要。1.3.2镍的粗炼工艺技术发展我国镍矿多属于硫化矿, 经采、选作业产出镍精矿, 利用火法熔炼成高冰镍。目前, 我国镍矿的火法粗炼主要有闪速熔炼、矿热电炉熔炼以及鼓风炉熔炼镍精矿
13、。 金川有色金属公司是我国特大型有色金属联合企业, 该公司的镍矿属多金属硫化矿 , 除主金属镍外 , 尚伴生大最的铜、钻、金、银及铂族金属。其镍储和产分别占我国已探明的总储及镍冶金产品产的及以上, 铂族金属产占全国的以上, 同时也是我国矿产钻的主要生产基地。因此, 金川有色金属公司镍冶金特别是冰镍生产工艺的不断发展, 集中体现了我国镍冶金生产工艺技术的进步与发展。金川有色金属公司矿热电炉的工艺进步金川有色金属公司一期工程原设计规模为年产镍万吨, 冶炼工艺流程为镍精矿回转窑焙烧一电炉熔炼一低冰镍转炉吹炼一高冰镍磨浮一硫化镍熔铸一电解精炼。但在年前 , 由于工艺落后 , 装备差, 加上管理方面的原
14、因 , 一直未达到设计规模, 金属回收率低 , 镍不到 , 钻只有, 能耗高, 综合利用水平低下。年代以来, 金川有色金属公司把依靠科技进步皿于发展生产的首位, 改造落后的工艺技术, 解决制约生产发展和影响提高技术经济指标的关链问题 ,开展了卓有成效的联合攻关。年实现了电解镍万吨年的设计指标 , 年突破了万吨 , 各项技术经济指标有明显的改善和提高, 年建成两座耐的沸腾炉取代大部分回转窑的生产能力, 其流程为精矿制粒一沸腾炉半氧化自然焰烧一高浓度焙烧制酸的新工艺, 大幅度降低了焙烧能耗, 又大大提离了硫的利用率。转炉吹炼高冰镍采用吨密闭转炉取代吨旧式转炉,新增了转炉渣电炉贫化 , 实现了1.3
15、.3 高冰镍精炼工艺技术的发展我国高冰镍主要用于生产电镍, 并回收其中的铜、 钻和贵金属。高冰镍精炼第7 页工艺技术经过三十年的发展改进, 已成为成熟的、 经济效益好的冶炼技术。 各厂家根据处理原料的特点、 原有基础、市场产品需求等具体情况, 因地制宜地选择精炼工艺。高冰镍生产电镍的工艺有两大类一类是可溶阳极电解精炼,另一类为选择性浸出一净液一电积湿法精炼工艺,其介质分为硫酸盐和抓化物两种体系。高冰镶精炼技术发展我国金川有色金属公司的铜镍高冰镍精炼生产是“ 高毓磨浮一硫化镍阳极电解精炼”传统工艺 , 电解质为硫酸盐、级化盐混合系统。年代后, 根据科技攻关取得的成果 , 采用高值、 高电流密度、
16、阳极液三段连续净化及优化电解技术条件的电解工艺对原设计工艺进行了改造, 大大提高了产 , 和经济效益。但是该过程不但铜镍及贵金属分离不彻底, 且流程长 , 操作复杂 , 消耗高, 金属走向分散流失严贡。 为了加快发展和综合利用铜镍矿的矿资源, 根据国际铜镍高冰镍精炼新工艺的发展, 我国加强了铜镍高冰镍硫酸选择性浸出一黑镍除钻一不溶阳极电积镍工艺技术的研究, 并于年底在新获阜康冶炼厂建成了该工艺体系的生产线并投入生产, 改变了我国沿用传统工艺精炼高冰镍的历史, 其研究和实践都是成功的。 该工艺不但具有流程简单、 金属回收率高、 药剂耗少、 能耗低、无环境污染等特点 , 而且通过高冰镍选择性浸出, 将原料中的铜、铁、硫及贵金属都留在终渣里, 省去了电积脱铜工序 , 并采用特殊结构的电氧化槽制取黑镍 , 使电流效率提高一 , 这表明该工艺研究在国际镍精炼领域又有了新的进展。1.4 镍的市场（一）国际市场20世纪 90 年代，世界镍的生产和消费都比较平稳，略有增长，没有大起大落的现象。1996年起世界镍矿山产量突破100 万吨，达到历史上最高产量水平
