RKEF火法冶炼镍铁工艺介绍王群红整理

国内红土镍矿冶炼镍铁主流工艺技术

RKEF火法冶炼镍铁介绍

1 镍、镍铁和镍矿

1.1镍

镍是略带黄色银白色金属，是一种具有磁性的过渡金属。镍的应用在于镍的抗腐蚀性，合金中添加镍可增强合金的抗腐蚀性。不锈钢与合金生产领域是镍最广泛应用领域。全球约2/3的镍用于不锈钢生产，因此不锈钢行业对镍消费的影响居第一位。捏镍不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢属性，所以，镍被称为奥氏体形成元素。目前全球有色金属中，镍的消费仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位。因此，镍被称为战略物资，一直被各国所重视。

1.2镍铁

镍铁主要成分为镍与铁，同时还含有Gr、Si、S、P、C等杂质元素。根据国际标准（ISO）镍铁按含镍量分为FeNi20(Ni15~25%)、FeNi30(Ni25~35%)、FeNi40(Ni35~45%)、FeNi50(Ni45~60%),又再分为高碳（1.0~2.5%）、中碳（0.030~1.0%）和低碳（1＜0.030%）；低磷（P＜0.02%）与高磷（P＜0.02%）镍铁。目前国内生产厂家生产的镍铁品位10~15%，也有部分厂家生产20%或25%以上的镍铁。

1.3 镍矿

世界上可开采的镍资源主要有两类，一类是流化矿床，另一类是氧化矿床。由于硫化镍矿资源品质好，工艺技术成熟，现约60~70%的镍来源于硫化镍

矿。而世界上镍的储量80%为氧化镍矿，矿物组成主要是含水镍镁硅酸盐（xNi.yMgO）2Si2n H2O,以及针铁矿Fe2O3.H2O、赤铁矿Fe2O3和磁铁矿Fe3O4，由于铁的氧化，矿石呈红色，所以通称红土镍矿。

世界上的红土镍矿分布在赤道线南北纬30°以内的热带国家，其可开采部分一般由三层组成：褐铁矿层、过渡层和腐殖土层。其化学成分组成见表1.

褐铁矿层，含铁多、硅镁少、镍低、钴较高，一般采用湿法工艺回收金属；再下层是混有脉石的残积层（过渡层和腐殖土层）矿，含硅镁高、铁较低、钴较低、镍较高，这类矿一般采用火法工艺处理。具体情况见表2?。

2镍的冶炼工艺

现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。根据世界上主要两类含镍矿物（含镍的硫化物和氧化物）的不同，冶炼方法各异。

镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解的金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿，其褐铁矿层，含铁多、硅镁少，镍低、钴较高，一般采用湿法工艺处理，主要方法有氨浸法和硫酸法两种。下层是混有脉石的腐植土层（包括硅镁性镍矿），含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低，这类矿一般采用火法工艺处理。

2.1湿法工艺流程介绍

目前成熟的湿法工艺流程有还原焙烧氨浸流程、高压酸浸流程和常压酸浸流程。

2.1.1还原焙烧氨浸流程

还原焙烧氨浸流程处理褐铁矿或褐铁矿和残积层矿的混合矿矿石先干

燥然后矿石中的镍在700℃时选择性还原成金属镍钴和一部分铁被一起还原还原的金属镍经过氨浸回收。还原焙烧氨浸流程的缺点有矿石处理采用干燥、还原、焙烧等工序消耗能量大消耗多种化学试剂镍和钴的回收率比火法流程和高压酸浸流程低。

2.1.2高压酸浸流程

高压酸浸流程主要处理褐铁矿和一部分绿脱石或蒙脱石。加压酸浸一般在衬钛的高压釜中进行浸出，温度245℃-260℃，通过液固分离、镍钴分离，生产电解镍、氧化镍或镍冠，有些工厂生产中间产品，如混合硫化镍钴或混合镍钴氢氧化物。

高压酸浸流程处理的红土矿要求含MgO/Al2O3低，通常含MgO＜4%（含MgO越高,耗酸越高）,含Al 低的矿石。

2.1.3其他湿法工艺流程有些湿法工艺流程正在进行试验和进一步评估如强化高压酸浸工艺、常压酸浸工艺、硫酸堆浸工艺和氯化浸出工艺。

2.2火法工艺流程

现有的火法工艺处理红土矿工艺流程有传统的回转窑—电炉工艺；多米尼加鹰桥竖炉—电炉工艺；日本大江山回转窑直接还原法。

多米尼加鹰桥竖炉——电炉工艺流程是红土矿经过干燥脱水、制团、采用竖炉煅烧生产部分还原煅烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁，粗镍铁在钢包炉中精炼。

日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁，该流程分为三个步骤：（1）物料预处理：磨矿、混合与制团，以提高回转窑操作效果；（2）冶炼工艺：回转窑煅烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集；（3）分离处理：回转窑产出的熟料采用重选与磁选分离出镍铁合金。这是世界上唯一采用回转窑

直接还原熔炼氧化镍的方法。

RKEF 流程是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程，该工艺流程已在世界上被广泛地采用，技术成熟可靠，项目投资风险低。该工艺主要工序：干燥、煅烧和预还原——电炉熔炼等。

2.2.1回转窑—电炉工艺

（此工艺图摘自《7200+kVA狂热电炉冶炼镍铁生产工艺》）

回转窑—电炉工艺是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程该工艺主要分为几个工序干燥、焙烧—预还原、电炉熔炼、精炼等工序简述如下：1.干燥采用回转干燥窑主要脱出矿石中的部分自由水。 2.焙烧——预还原采用回转窑主要是脱出矿石中剩余的自由水和结晶水预热矿石选择性还原部分镍和铁。3.电炉熔炼还原金属镍和部分铁将渣和镍铁分开生产粗镍铁。4.精炼一般采用钢包精炼脱出粗镍铁中的杂质如硫、磷等满足市场要求。如果生产镍锍需要在焙烧回转窑的出料口喷入硫磺将镍转变成低铁的镍锍。

2.1.2 多米尼加鹰桥竖炉—电炉工艺

多米尼加鹰桥竖炉—电炉工艺流程包括红土矿干燥脱水、制团、竖炉焙烧生产部分还原焙烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁、粗镍铁在钢包炉中精炼。

（摘自资料3）

（摘自资料2）

（摘自资料2）

2.2.3日本大江山回转窑直接还原法日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁该工艺包括物料预处理、回转窑焙烧和还原、回转窑产出的熟料采用重