鎳鐵冶煉中硫的控制探討

張偉

摘 要：本文結(jié)合既往研究資料，首先簡要分析了硫在鎳鐵當(dāng)中的基本結(jié)構(gòu)形式，探討了鎳鐵在冶煉時(shí)的硫平衡情況，最后剖析了工藝對(duì)產(chǎn)品含硫的影響與控制，望能為此領(lǐng)域研究有所借鑒。

關(guān)鍵詞：鎳鐵；冶煉；硫

硫是一種比較典型的雜質(zhì)元素，大多存在于鎳鐵當(dāng)中；當(dāng)前，各個(gè)國家所制定的鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中，都對(duì)其含量有明顯的限制，其等級(jí)不同，那么其含量便會(huì)存在差異，通常情況下，要求硫小于0.02%。針對(duì)我國鎳鐵生產(chǎn)而言，有著比較晚的起步，現(xiàn)階段，還沒有制定比較詳細(xì)、全面的鎳鐵國家標(biāo)準(zhǔn)。部分廠家根據(jù)自身發(fā)展需要，圍繞其內(nèi)部制定了鎳鐵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與供貨標(biāo)準(zhǔn)，硫通常需要滿足≤0.1%與≥0.04%這兩個(gè)等級(jí)。而對(duì)于生產(chǎn)廠家而言，其所生產(chǎn)的產(chǎn)品含硫量一般為0.01～0.6%之間，依據(jù)供貨實(shí)況，鎳鐵含硫多位于0.05～0.16%這一期間內(nèi)。在實(shí)際鎳鐵冶煉時(shí)，硫與諸如Fe、Ni等物質(zhì)之間，容易發(fā)生穩(wěn)定化合物，并且還能溶于鎳鐵當(dāng)中，使其有著比較高的含硫量，因此，怎樣控制留含量，意義重大。

1.硫在鎳鐵當(dāng)中的基本結(jié)構(gòu)形式

在整個(gè)鎳鐵當(dāng)中，含有許多元素，且含量不同，比如Mn、Cr、C、Fe及Ni等，其中一些元素與硫相融合，能夠構(gòu)建不同的結(jié)構(gòu)形式的硫化物，而且其穩(wěn)定性也存在差異；此外，還需要指出的是，一些元素還會(huì)將硫在鎳鐵當(dāng)中的活性予以改變，從多方面對(duì)鎳鐵含硫量產(chǎn)生影響。當(dāng)硫于鎳相融合，便會(huì)生成許多硫化物，比如NiS2、Nis及NI3S2等。一般情況下，主要存在Ni3S2，而對(duì)于NiS來講，其小于熔點(diǎn)便能夠開始分解，但在論述控制鎳鐵的各種資料中，許多研究將NiS當(dāng)作分析依據(jù)。在大多鎳鐵產(chǎn)品當(dāng)中，F(xiàn)E這一元素的含量最高，典型硫化物為FeS2、FeS等。當(dāng)Mn、Cr與硫相融合，能夠生成多種硫化物，比如MnS、CrS等，但通常情況下，在生產(chǎn)鎳鐵時(shí)，上述物質(zhì)會(huì)影響鎳鐵的含硫量。還需要指出的是，針對(duì)CaS來講，其相比于其它硫化物，有著最高的穩(wěn)定性，而且大部分不溶于鎳鐵而MgS為其次，此物質(zhì)對(duì)冶煉有利，或者是在精煉過程中，有助于鎳鐵含硫量的降低。此外，還需強(qiáng)調(diào)的是，在鎳鐵當(dāng)中，如果存在C、Ni元素，那么能夠增大S的活動(dòng)系數(shù)，并且對(duì)鎳鐵含硫量的降低有利。

2.鎳鐵在冶煉時(shí)的硫平衡

在鎳鐵冶煉時(shí)，通常情況下，主要有3個(gè)環(huán)節(jié)的硫平衡，其一為鎳礦預(yù)處理過程當(dāng)中的硫平衡，其二是粗鎳冶煉時(shí)的硫平衡，其三則為粗鎳鐵精煉時(shí)的硫平衡。基于硫平衡的系統(tǒng)化分析過程可知，受鎳鐵冶煉所采用工藝方式、原料及具體操作方面所存在不同等因素影響，在具體的硫平衡分析結(jié)果上，同樣會(huì)存在差異。此外，還需要指出的是，在冶煉鎳鐵過程中，尤其是在精煉時(shí)，所采用的主料、敷料在具體的含硫范圍上，有著比較大的波動(dòng)。因此，對(duì)主輔料進(jìn)行合理控制，能夠更好的控制產(chǎn)品的含硫量。

2.1鎳礦預(yù)處理硫平衡

針對(duì)鎳礦燒結(jié)余出來來分析，其主要有兩大類，其一為動(dòng)態(tài)預(yù)處理，其二是靜態(tài)預(yù)處理。針對(duì)靜態(tài)預(yù)處理而言，實(shí)際就是在預(yù)處理鎳礦時(shí)，以一種相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行燃燒的預(yù)處理方法，比如帶燒、土燒、箱燒等；而對(duì)于動(dòng)態(tài)預(yù)處理而言，及鎳礦在實(shí)際預(yù)處理時(shí)，與燃料始終處于一種相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，比如回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)等。需要指出的是，因相關(guān)數(shù)據(jù)比較缺乏，沒有對(duì)那些動(dòng)態(tài)預(yù)處理鎳礦展開硫平衡分析，但有學(xué)者經(jīng)實(shí)驗(yàn)得知，在燒結(jié)礦當(dāng)中（礦煤與高硫煤相混合），在鎳礦當(dāng)中，其含硫從之前的0.005%，推升到燒結(jié)之后的0.32%，而對(duì)于那些不混合煤的大塊鎳礦，完成燒結(jié)后，其含硫則會(huì)升高到0.11%，因此，針對(duì)爐氣當(dāng)中的硫來講，其在燒結(jié)時(shí)，會(huì)增加鎳礦當(dāng)中的硫含量。

2.2熱電爐冶煉鎳鐵過程硫平衡

所選用的工藝不同，那么會(huì)存在不同的硫平衡情況，現(xiàn)以國內(nèi)有長為例，就其在現(xiàn)實(shí)慎重中所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行硫平衡計(jì)算。計(jì)算依據(jù)為（1）燒結(jié)礦含有硫0.166%；（2）冶煉所用焦當(dāng)中的硫含量為0.550%，而H2O的含量為13.52%。（3）石灰當(dāng)中的硫含量為0.091%，每噸燒結(jié)礦當(dāng)中加入石灰80kg。（4）精鎳當(dāng)中含硫0.166%，各噸燒結(jié)礦當(dāng)中能夠生成208.4kg，鎳鐵能夠產(chǎn)生爐渣805kg，而爐渣當(dāng)中的硫含量為0.112%。由于在實(shí)際冶煉時(shí)，對(duì)鎳鐵含硫量控制有高有低，受此影響，進(jìn)入含金硫的占比，通常情況下，占硫帶入總量當(dāng)中的比重為15～24%。

3.工藝對(duì)產(chǎn)品含硫的基本影響分析

3.1輔料、原料當(dāng)中硫含量對(duì)產(chǎn)品含硫所產(chǎn)生的影響

產(chǎn)地不同，鎳鐵當(dāng)中的含硫量會(huì)存在比較大的差別。在燒結(jié)冶煉過程中，如果選用的是炭質(zhì)原料，那么硫最高與最低之間可相差10倍，通常情況下，以相差3倍最為多見。此外，還需要指出的是，重油含硫高低同樣會(huì)有明顯的差異。因此，如果相關(guān)操作與冶煉工藝相同，那么原輔料當(dāng)中含硫量的高低，會(huì)較大程度影響到冶煉粗鎳當(dāng)中的硫含量。有學(xué)者研究指出，將硫帶入到鎳礦燒結(jié)燃料當(dāng)中，通常情況下，其占粗鎳冶煉硫帶入總量當(dāng)中的比重為60%。伴隨鎳礦燒結(jié)所用燃料當(dāng)中含硫量的持續(xù)增加，粗鎳硫呈現(xiàn)出同比例升高情況。在精煉粗鎳鐵的一些環(huán)節(jié)當(dāng)中，會(huì)有鎳鐵返硫的情況發(fā)生，精煉過程所用輔料當(dāng)中會(huì)有比較高的含硫量，而返硫情況也會(huì)越發(fā)凸顯，因此，不能輕視主輔料含量的作用。

3.2焦炭、鎳礦成分特性對(duì)粗鎳含流量所產(chǎn)生的影響

鎳礦當(dāng)中有著越高的Fe、Ni含量，在還原條件下，便會(huì)有著越多的金屬量生成，而且礦耗也就越低，尤其是采用高鐵鎳礦，且在鎳礦含硫與敷料含硫比較相近的情況，粗鎳礦在含硫量上會(huì)出現(xiàn)大幅下降。在用含鉻鎳礦進(jìn)行粗鎳礦生產(chǎn)過程中，伴隨粗鎳礦的持續(xù)升高，含硫量也會(huì)隨之而偏高。

4.結(jié)語

綜上，針對(duì)鎳礦冶煉來講，其中的硫控制實(shí)為一個(gè)較為特殊的控制過程，無論從原料選擇上，還是在鎳礦預(yù)處理方面，再或者是在選擇各種冶煉工藝上，運(yùn)用同一工藝而選擇各種具體操作，均會(huì)影響到鎳礦含硫的控制。因此，需要準(zhǔn)確分析各類影響，從根本上消除不良因素，提高鎳鐵冶煉中硫的有效控制。

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