硫化镍矿鼓风炉熔炼(blast furnace smelting of nickel sulphide ore)

硫化镍块矿或精矿在鼓风炉中熔炼成低镍锍的过程，为硫化镍矿处理方法之一。是以硫化镍矿为原料生产低镍锍应用最早的传统火法冶炼工艺。通常，入炉矿石或精矿含镍3％～10％，产品低镍锍含镍和铜共15％～30％，送转炉吹炼产出高镍锍后再分离铜、镍，并精炼产出电解镍或其他镍产品。

20世纪初在加拿大萨德伯里地区发现大硫化铜镍矿，加拿大国际镍公司(INCO)在其所属的科尼斯顿(Coniston)冶炼厂首建鼓风炉熔炼富块矿，继而鹰桥镍矿业公司(Falconbridge Nickel Mines Ltd.)也在该地区建一镍鼓风炉熔炼厂，苏联1939年在北方镍公司()，用鼓风炉熔炼镍矿。上述工厂的鼓风炉熔炼现都已被电炉熔炼所取代。日本住友公司1971年开始在四阪岛冶炼厂采用料封式密闭鼓风炉，镍精矿直接入炉熔炼，称为百田法。中国会理镍矿于1958年开始用烧结和鼓风炉流程熔炼硫化镍精矿和块矿。金川有色金属公司早期也曾用烧结机鼓风炉流程处理硫化镍精矿和块矿。1989年新疆哈拉通克铜镍厂也建成一座硫化铜镍矿熔炼鼓风炉，并已投产。

原理   鼓风炉是竖式炉型，矿石、熔剂和焦炭从炉顶加入，从炉子下部风口鼓入空气，燃烧焦炭与矿石发生氧化反应，产生的热量使炉料熔化并完成熔炼过程。因此，鼓风炉炼镍属于氧化半自热熔炼，其主要反应为：

反应产生的Ni₃S₂、Cu₂S和一部分未氧化的FeS结合成镍锍；(FeO)₂•SiO₂、CaO•SiO₂和MgO•SiO₂结合成炉渣；气体SO₂、CO₂、CO进入烟气。产出的镍锍的典型成分(质量分数ω／％)为：(Ni+Cu) 15～30，Fe 40～50，S 25～26。炉渣的典型成分(质量分数ω／％)为：FeO 18～34，SiO₂ 39～43，MgO 8～15，CaO 5～12。

工艺和设备   早期用的鼓风炉是炉顶加料口敞开的(见图1)，将破碎到80mm以下的矿石和块状熔剂、焦炭直接加入鼓风炉熔炼，熔炼的产物镍锍和炉渣可以在炉内沉淀分离分别排出，也可以一同排出到炉外前床内再沉淀分离。反应产生的炉气在上升过程中和炉顶加入的冷料形成逆流通过热交换，烟气被冷却到573～773K温度，从炉顶排出。由于炉顶加料门不密封，漏风严重，烟气含SO₂浓度低，不适于制酸回收硫，只得排空。粉状浮选镍精矿用敞开式鼓风炉处理时，一般要经过烧结，以烧结块入炉。日本住友公司四阪岛冶炼厂采用的密闭式鼓风炉(图2)可以直接处理镍精矿，其炉型和铜熔炼密闭鼓风炉相同(见鼓风炉炼铜)。湿精矿经混捏后从鼓风炉顶中心加料斗间断加入，在炉顶形成湿精矿密封层。块状熔剂、块状转炉渣和焦炭也从加料口分批加入形成另一多孔性炉料层。在炉料下降过程中，块料偏析滑到炉子两侧形成能透气的料层，湿精矿下降逐渐遇热烧结形成炉中心较密实的柱状烧结料层，两种炉料下降到熔融带混合熔化并反应生成镍锍和炉渣。炉气从炉身两侧透气料层上升通过两侧烟道排出。这种炉型备料过程简单，炉顶漏风少，烟气含SO₂浓度较高可以制酸回收硫，但生产能力较敞开式鼓风炉低。不同类型的炼镍鼓风炉主要技术经济指标列举于表。

展望   硫化镍矿鼓风炉熔炼工艺过程简单，投资省，热效率高，特别适合处理小规模富块矿。但鼓风炉不能直接大量处理精矿粉，生产能力比较低，烟气制酸条件不理想，需消耗价格高的焦炭，因而已逐渐被电炉(见硫化镍矿电炉熔炼)或闪速炉熔炼(见硫化镍矿闪速熔炼)所取代。然而，在20世纪80年代苏联进行的鼓风炉自热熔炼处理硫化精矿的工业试验中，当采用料钟式密闭炉顶、精矿压团后入炉、鼓入富氧空气时，达到自热熔炼，烟气SO₂浓度高适于制酸，技术经济指标较好，显示了鼓风炉熔炼硫化镍矿仍有一定发展的潜力。