摘要
闪速炉熔炼是镍冶炼的主要方式，其原料以硫化镍矿为主，产物为镍渣和镍锍。随着镍含量高、杂质含量较低的高品位硫化镍矿逐年消耗，镁含量高的劣质镍矿逐渐成为镍冶炼过程中的主要原料。镁含量高会导致炉渣的熔点和黏度发生变化，使镍闪速炉冶炼过程偏离正常的最佳控制点。在实际生产中主要通过大幅提高冶炼温度维持过程顺行，但这种策略会导致能耗增加，提高了企业生产成本。 本课题以金川镍闪速炉熔炼所用的高镁镍矿为研究对象，提出在镍闪速炉熔炼过程中添加B2O3来改善熔渣的黏流特性；探讨CaO-SiO2-FeO-MgO-Al2O3-B2O3熔炼渣系黏流特性的变化，初步确定了符合镍闪速熔炼工艺条件的熔炼渣成分范围；同时采用单因素实验及响应曲面法对渣锍分离过程的工艺参数进行了优化及预测，确定了最佳的熔炼条件，为添加B2O3改善熔渣黏流特性提供理论依据，实现降低冶炼温度、减少冶炼能耗的目的。获得的主要研究结果如下： （1）含硼镍闪速炉熔炼过程中主要物相为含铁橄榄石相（Fe2SiO4）、（Fe,Mg）2SiO4）和含镁辉石相（Mg2Si2O6），同时含有部分共氧化物（MgxFexO）。随着B2O3含量增加，渣中（Fe,Mg）2SiO4和Mg2Si2O6逐渐演变为Mg2B2O3，渣的液相线温度逐渐降低。渣中B2O3含量为4wt%时，液相线温度降低至1150~1200℃范围内。 （2）渣的黏度和熔化性温度随B2O3含量增加而降低；当渣中B2O3添加量大于3wt％后，对黏度影响逐渐减弱。B2O3含量由0wt％增加至4wt％时，渣的黏流活化能从157.90kJ/mol降至141.84kJ/mol；B2O3带来了简单的三面体结构，形成更多的非桥氧（NBO）和不对称的Si-O-B结构单元，并与渣中的含镁氧化物结合成低熔点物质，导致渣系黏度降低；采用修正后的Urbain模型估算本文所研究的渣系黏度，预测结果良好，修正模型的平均偏差约为15.8%。 （3）采用单因素实验和响应曲面法对渣锍分离过程的工艺参数进行了优化及预测，得到了四种因子对渣中镍含量的影响程度分别为：沉降温度＞MgO含量＞Fe/SiO2＞B2O3含量；在此基础上选择最优的分离条件为：沉降温度1300℃、MgO含量8wt%、Fe/SiO21.55且B2O3含量2.4wt%，此条件下模型预测渣中镍含量低至了0.56wt%。
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