课程设计说明书题目名称： 10万吨镍冶炼厂工艺流程系部：机械工程系专业班级：冶金技术12-1班学生姓名：周进学号：2012232076指导教师：赵宝平完成日期：2014.6.27新疆工程学院课程设计评定意见设计题目10万吨镍冶炼厂工艺流程系部___机械工程系__ 专业班级冶金技术12-1班学生姓名____周进_______ 学生学号2012232076 评定意见：评定成绩：指导教师（签名）：2014年6月27日新疆工程学院机械工程系(部)课程设计任务书2013—2014学年2 学期2014年 6 月20 日专业冶金技术班级12-1 课程名称重金属冶金设计设计题目10万吨镍冶炼厂工艺流程指导教师赵宝平起止时间2014.06.22～2014.06.29周数1周设计地点学校设计目的：1、通过课程设计能让学生系统的了解有色金属冶金原理、设备选型、工艺流程，培养学生发现问题，解决问题的能力，满足工程应用型人才培养需求。

2、设计过程中，培养了学生查找、甄别、运用相关资料的能力。

3、提高学生的运算能力，以及阅读图纸和绘制图纸的能力。

设计任务：1、完成整个相关金属冶炼工艺的介绍。

2、完成配料计算。

3、完成物料平衡计算。

4、设计进度与要求：2014.06.22～2014.06.23 研究任务书，查阅相关资料，提出设计构思和方案；2014.06.24～2014.06.26 指导老师讲解设计和计算方法；2014.06.27～2014.06.28 完成设计和计算，期间指导老师答疑问题；2014.06.29～2014.06.29 答辩。

主要参考书及参考资料：刘秉义.《有色金属工业设计总设计师手册》第一版（第二册）.北京：冶金工业出版社1989.8张健.《重有色金属冶炼设计手册》第一版.北京：冶金工业出版社.1996.5 教研室主任（签名）系（部）主任（签名）目录摘要: (1)第二章镍的综述 (2)2.1镍的性质，用途： (2)2.1.1镍的性质 (2)2.1.2镍的用途： (2)2．1．3不锈钢中镍的作用及需求 (2)2.2硫化镍矿的分类和冶炼方法 (2)2.2.1硫化镍矿的分类 (2)2.2.2硫化镍精矿的火法冶炼 (3)2.2.3 镍硫的吹炼 (4)2.2.4 高镍硫缓冷工序的目的 (4)2.3 硫化镍的电解精炼 (5)2.3.1 工艺原理 (6)2.3.2 羰化反应时各元素的行为 (6)2.3.3羰基法生产镍的实践 (6)2.4 硫化镍精矿的湿法冶炼 (7)2.4.1 硫化镍精矿的加压氧氨浸出 (7)2.4.2 硫化镍精矿的硫酸化焙烧-浸出法： (8)2.5 氧化镍矿（红土矿）的湿法浸出： (8)2.5.1 红土矿的还原-氨浸 (8)2.5.2 红土矿的热压酸浸： (9)第三章镍火法冶炼电炉熔炼 (9)3.1设计的冶炼方法 (9)3.2 物料的熔化 (9)3.3 熔炼反应及产物 (11)3.3.1熔炼反应 (11)3.3.2熔炼产物 (11)第四章镍冶炼的冶金计算 (14)4.1硫化铜镍精矿流态化焙烧冶金计算 (14)4.1.1 精矿物相组成计算 (14)4.1.2 焙烧矿产量及脱硫率计算 (15)4.1.3焙烧矿物相组成计算 (16)4.1.4 焙烧反应及物料量 (17)摘要:目前，由于不锈钢产业的迅猛发展，全球对金属镍的需求不断增加，然而硫化镍矿资源日益匮乏，使得镍产量的扩大将主要来源于红土镍矿。

红土镍矿大致分为铁含量高的褐铁矿型和腐植土型两类，前者镍含量较低，宜采用高压酸浸湿法冶金工艺处理，而对于镍含量较高的腐植土型红土镍矿，电炉还原熔炼是其主流工艺。

采用电炉还原熔炼工艺从红土镍矿中提取用于制造不锈钢的镍铁合金，研究了还原剂(焦粉)用量、熔剂(石灰石)用量、熔炼温度和熔炼时间对合金中镍的品位和金属回收率的影响在自然界中，镍主要以硫化镍矿和氧化镍矿状态存在。

由于元素亲氧及亲硫性的差异，在熔融岩浆中，当有硫元素存在时，镍能优先形成硫化矿物，并富集形成硫化物矿床。

硫化镍矿如镍黄铁矿、紫硫镍铁矿中的镍以游离硫化镍形态存在，有相当一部分以类质同象赋存于磁黄铁矿中。

部分氧化镍矿是由硫化镍矿岩体风化浸淋蚀变富集而成，镍主要以镍褐铁矿(很少结晶或不结晶的氧化铁)形式存在。

红土镍矿是含镁铁硅酸盐矿物的超基性岩经长期风化产生的矿石，在风化过程中，镍自上层浸出，而后在下层沉淀，NiO取代了相应硅酸盐和氧化铁矿物晶格中的MgO和FeO。

第二章镍的综述2.1镍的性质，用途：2.1.1镍的性质镍是一种银白色的铁磁性金属。

镍的熔1453±1℃，沸点约2800℃。

比重为8.9g/cm3。

具有良好的导电导热性。

具有良好的延展性，可制成很薄的镍片（厚度小于0.02mm）。

镍能与许多金属组成合金，这些合金包括耐高温合金、不锈钢、结构钢、磁性合金和有色金属合金等。

化学性质：镍能抗氧锈蚀，因为其表面生成致密薄膜，能阻止进一步氧化。

也能抗强碱腐蚀，它在稀盐酸和硫酸中溶解很慢，但稀硝酸能与之作用。

镍与氧生成三种化合物，即氧化亚镍(NiO)，四氧化三镍(Ni3O4)和三氧化二镍(Ni2O3)，只有NiO 在高温下稳定；镍与硫生成四种化合物，即NiS2, Ni6S5,Ni3S2和NiS，在冶炼高下只有Ni3S2稳定。

冶金上最有意义的是镍与CO生成的羰基镍Ni(CO)4，它是挥发性化合物，沸点为43℃，分解温度为180℃。

2.1.2镍的用途：(1)作金属材料。

镍具有良好的机械强度和延展性，难熔耐高温，并能在表面形成致密的氧化镍膜，因此具有很高的化学稳定性，是一种十分重要的有色金属原料，被用来制造包括不锈钢、耐热合金钢、合金结构钢等3000多种合金，广泛用于飞机、雷达、导弹、坦克、舰艇、宇宙飞船、原子反应堆等领域。

(2)用作镀镍，主要是在钢材及其他金属材料的基体上覆盖一层耐用、耐腐蚀的表面层，其防腐蚀性要比镀锌层高20～25％。

(3)用作催化剂，应用于石油化工的氢化等过程。

(4)用作化学电源，如工业上已生产的Cd-Ni、Fe-Ni、Zn-Ni等电池和H2-Ni 密封电池。

这类电池充电性能好，理论比能量较高，价格较便宜。

(5)制作颜料和染料，其最重要的是制作一种以钛酸镍为主要组分的黄橙色颜料，该颜料覆盖能力强，不易被其他颜料污染且化学性能稳定。

(6)镍钴合金是一种永磁材料，广泛用于电子遥控、原子能工业等领域。

2．1．3不锈钢中镍的作用及需求镍对钢的性能有良好的影响，钢中加入镍后，强度显著提高。

镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构——从体心立方(BCC)结构(铁氧体)转变为面心立方(FCC)结构(奥氏体)，从而改善不锈钢的主要性能：可成形性、焊接性、韧性、耐腐蚀性、光泽和高温性能等，因此镍被称为奥氏体形成元素，成为不锈钢中必不可少的添加元素2.2硫化镍矿的分类和冶炼方法2.2.1硫化镍矿的分类硫化镍矿约占20%，主要为镍黄铁矿和镍磁黄铁矿。

含有铜、钴和铂族元素。

硫化矿为主要炼镍原料，矿石品位为0.3%~1.5%，冶炼前需经选将品位提高到4%~8%。

氧化矿占80%，分两类，一类是高硅镁质的镍矿，包括硅酸镁镍矿和暗蛇纹石（ NiSO3.mMgSiO3.nH2O）；另一类为红土矿是镍（含量1%）铁（含量40%~50%）氧化物组成的共矿。

氧化镍矿难选，故它目前占镍产量比重不大（只有40%），但氧化矿占镍储藏量大，特别是红土矿（占氧化矿的80%），因此它是未来镍的主要来源。

镍的生产方法分为火法和湿法。

2.2.2硫化镍精矿的火法冶炼占硫化矿提镍的86%，其处理方法是先进行造锍熔炼制取低镍硫，然后再送转炉对低镍硫进行吹炼产出高镍硫；经缓冷后进行破碎、磨细；通过浮选、磁选产出高品位硫化镍精矿、硫化铜精矿和铜镍合金。

类似于火法炼铜工艺。

生产熔炼（1）鼓风炉熔炼：鼓风炉熔炼是最早的炼镍方法，我国在20世纪60~70年代主要采用此方法，目前随着生产规模的扩大，冶炼技术的进步以及环保要求，此法已逐步被淘汰。

（2）电炉熔炼：主要用于低镍锍的生产，我国的金川公司也用矿热电炉处理硫化镍精矿。

（3）闪速熔炼：我国熔炼硫化镍精矿生产低镍锍的主要方法。

生产工艺包括精矿的深度干燥、配料、闪速熔炼、转炉吹炼和炉渣贫化等过程。

2.2.2.1 闪速熔炼原理镍闪速熔炼与铜的闪速熔炼基本相同，闪速冶炼工厂将闪速炉与炉渣贫化炉合为一体，反应塔尺寸（直径×高）为ф600×6400mm、沉淀池面积为98m2。

2.2.2.2 闪速熔炼产物闪速熔炼的产物为铜镍锍和炉渣。

（1）铜镍锍铜锍镍主要由Ni3S2、Cu2S和FeS组成，含少量钴的硫化物、游离金属和铂族元素。

铜镍硫的性质与铜锍大致相同，Ni+Cu的总含量为45%~50%。

（2）炉渣炼镍炉渣中含FeO、CaO、SiO2和大量MgO，熔点为1473K。

2.2.2.3 镍闪速熔炼的技术指标镍闪速熔炼的主要指标为：（1）精矿处理量50t/h。

（2）反应塔耗油量1733kg/h，沉淀池耗油1400kg/h。

（3）主要金属回收率为：Ni97.16%，Cu98.48 % ，Co65.46 %，硫回收率高于95%。

2.2.3 镍硫的吹炼镍锍的吹炼是使其中的FeS 氧化造渣，除去铁和部分硫，产出主要与Ni2S2和Cu2S组成并富集了贵金属的高镍锍。

一般高镍锍含Ni+Cu的总和为70%~75%，含硫为18%~24%。

镍锍吹炼原理镍锍吹炼只有造渣过程：2Fe+O2+SiO2=2FeO.SiO22FeS+3O2+SiO2=2FeO.SiO2+2SO2吹炼直到产出高镍锍为止，而没有造金属过程，因为反应：Ni3S2+4NiO=7Ni+2SO2要在1773K高温才能进行，而空气吹炼温度为1623K。

2.2.4 高镍硫缓冷工序的目的高镍锍的缓冷是将转炉产出的高镍锍熔体注入8~20t的保温模内，缓冷72h，以使其中的铜锍化物和镍锍化物和铜镍合金相分别结晶，有利于下一步相互分离。

2.2.4.1 高镍硫缓冷过程的降温秩序（1）温度在1200K以上时，锍镍中的各组分完全混熔。

温度降到1200K以下时，Cu2S开始结晶，温度越低，液相中Cu2S析出的越多，缓冷使Cu2S趋向于生成粗粒晶体。

（2）熔体降温到约973K时，金属相铜、镍合金开始结晶。

（3）当温度降到848K时，Ni3S2开始结晶。

同时液态熔体完全冷固。

该温度点为铜、镍、硫三元共晶液相的共晶点。

此时，镍在Cu2S中含量<0.5%，铜在Ni3S2中含量约6%。

（4）固体温度降到793K时，Ni3S2完成结构转化，由高温的β型转化为低温的β′型。

析出部分Cu2S和Cu-Ni合金，铜在β′基体中的含量下降为2.5%，793K 也是三元系共晶点。

（5）温度继续下降，Ni3S2相中不断析出Cu2S和Cu-Ni合金相，直至644K为止。