红土镍矿冶炼工艺制造镍铁

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RKEF火法冶炼镍铁实用工艺介绍---王群红整理

RKEF火法冶炼镍铁实用工艺介绍---王群红整理

国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。

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。

目前国生产厂家生产的镍铁品位10~15%,也有局部厂家生产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,以与针铁矿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°以的热带国家,其可开采局部一般由三层组成: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。

红土镍矿湿法冶炼工艺

红土镍矿湿法冶炼工艺

红土镍矿湿法冶炼工艺
红土镍矿湿法冶炼工艺是一种将红土镍矿通过湿法冶炼过程转化为镍、钴等金属的工艺。

该工艺在冶炼过程中使用酸或碱溶液作为浸出剂,将红土镍矿中的有价金属溶解出来,再通过沉淀、萃取等步骤将金属分离出来。

红土镍矿湿法冶炼工艺通常包括以下步骤:
1. 破碎与磨矿:将红土镍矿破碎成小块,然后通过磨矿机将其磨成细粉,以便于后续的浸出过程。

2. 酸或碱浸出:将破碎磨细后的红土镍矿与酸或碱溶液混合,通过搅拌浸出一段时间,使有价金属溶解在溶液中。

3. 固液分离:浸出后的溶液经过固液分离,将固体残渣与溶液分离。

4. 金属分离与提纯:通过沉淀、萃取等步骤将溶液中的金属分离出来,并进行提纯。

5. 电解精炼:对于纯度较高的金属溶液,可以通过电解精炼的方法将其转化为金属。

红土镍矿湿法冶炼工艺具有流程短、能耗低、污染小等优点,因此在全球范围内得到了广泛应用。

然而,该工艺也存在一些缺点,如浸出剂的消耗量大、废渣处理难度大
等。

为了提高红土镍矿湿法冶炼工艺的经济效益和环保性能,需要不断改进和优化工艺流程,如开发高效低耗的破碎磨矿设备、优化浸出剂配方、提高金属回收率等。

同时,也需要加强废渣处理和资源综合利用的研究,以实现红土镍矿湿法冶炼工艺的可持续发展。

红土镍矿冶炼化学方程式

红土镍矿冶炼化学方程式

红土镍矿冶炼化学方程式
红土镍矿是一种重要的镍资源,其主要成分为镍、铁、镁、铝等
元素,广泛存在于我国的南方地区。

而红土镍矿的开采和冶炼,是我
国镍工业的重要组成部分之一。

在红土镍矿的冶炼过程中,重要的化学反应方程式如下:
经过选矿等工序处理后的含有镍、铁、镁等元素的红土镍矿,在
高温高压条件下,经过还原反应和氧化反应,可以得到目标产物——
镍铁共生合金。

其中,还原反应如下:
FeO+SiO2+C=FeSi+CO↑
这一反应主要是为了将含有氧化铁的矿石还原成铁硅合金,以便
于后续步骤提取铁和镍。

而氧化反应如下:
2NiO+SiO2+C=2Ni+SiO2+CO↑
这一反应则是为了将含有氧化镍的矿石转化为铁硅合金中的铜、
镍等有用元素,从而达到提取真正目标产物镍和铁的目的。

此外,在红土镍矿的冶炼过程中,还需要进行配料、烧结、熔炼、转炉吹氧等复杂的工序,才能最终得到优质的镍铁共生合金。

红土镍矿的冶炼过程中,还需要注意掌握温度、压力、比例等多个参数的控制,以确保反应的准确性和反应产物的高纯度。

红土镍矿的冶炼过程,在我国镍工业的发展中具有重要的地位,为我国经济和工业的发展做出了重要贡献。

未来,我们还需要进一步加强技术创新、环境保护等方面的工作,保障冶炼过程的高效和可持续性发展。

红土镍矿用回转窑生产高镍镍铁

红土镍矿用回转窑生产高镍镍铁

红土镍矿用回转窑生产高镍镍铁回转窑冶炼红土镍矿矿石生产镍生铁。

1、镍铁的来历、成分和消费市场我国不锈钢和电池行业的快速发展,国内镍产品供应将面临长期短缺的局面。

2005年以来国际市场镍价非理性的不断上涨对国内钢铁业发展构成了新的挑战。

我国民营企业使用火法冶炼从菲律宾和印度尼西亚进口的红土镍矿矿石,大量生产镍铁合金作为冶炼不锈钢的配料,成功狙击了国际市场的疯狂炒作,镍价大幅下降,市场将逐步恢复理性。

我国镍金属生产技术已有重大突破,拥有自主知识产权,红土镍矿经高炉冶炼镍铬生铁,生产出大批镍生铁的实际成效。

技术变革及其快速进入生产应用领域,成功狙击了国际市场的疯狂炒作,2007年6月国际市场镍价大幅下降。

在市场高镍价的情况下,2005年开始,国内民营企业开始利用炼钢高炉转产冶炼红土镍矿矿石生产镍生铁。

我国民营企业开始大规模利用从菲律宾和印度尼西亚进口的红土镍矿矿石冶炼镍生铁,此后进口矿石量逐月增加,到2007年底利用进口矿石约300多万吨,产出镍生铁的含镍量约3万吨。

2007年全国生产镍生铁的中小企业达到100多家,l~9月进口矿石1200万吨左右。

目前我国中小企业生产的镍生铁的含镍量多在4%~ 8%,只能用作冶炼不锈钢的配料,在冶炼不锈钢时,尚需加入一定量的精炼纯镍。

只有提高技术使镍生铁中的含镍量达到l2%~15%,才能在冶炼不锈钢时完全替代纯镍。

这就是产生矿石积压在港口的原因,也是今后民营企业需要攻克的技术难关。

据最新资料,个别技术先进的企业已经可以生产出镍含量10%以上的镍生铁了。

成功的案例:福建顶新、浙江青山、山东临沂。

镍生铁项目使用的生产流程为:矿石→矿石+生石灰→脱水→烧结→烧结矿石冷却破碎→烧结破碎矿石+石灰石+焦炭→高炉冶炼→铸锭→铸锭精整包装。

产品为镍铁(镍含量4%~7%),产量l8万吨/年。

另外,该集团正在印尼OBI 岛筹建镍生铁新项目,图谋在海外的创业和发展。

我国使用火法利用红土镍矿冶炼镍生铁,使不锈钢生产原料构成发生了重大变革,改变了全球不锈钢生产原料镍的供需格局,也改变了世界不锈钢产业发展的格局。

RKEF冶炼工艺概述

RKEF冶炼工艺概述

RKEF冶炼工艺概述RKEF法冶炼工艺概述前言目前,国内外红土镍矿的处理方法主要有火法和湿法两种冶炼工艺,湿法工艺是使用硫酸、盐酸或者氨水溶液作为浸出剂,浸出红土镍矿中的镍和钴金属离子,常见的湿法处理工艺有高压酸浸工艺(HPAL)、常压酸浸工艺(PAL)和氨浸工艺(Caron)。

火法工艺是在高温条件下,以C作还原剂,对氧化镍矿中的NiO及其他氧化物进行还原而得。

火法冶炼因具有流程短、三废排放量少、工艺成熟等特点,已成为红土镍矿冶炼的主要工艺。

目前国内外主要有4种火法工艺:烧结—高炉流程(BF法);回转窑—电炉熔炼流程(RKEF法);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。

其中,RKEF 法是当今世界上火法处理红土镍矿的先进及成熟工艺,广泛地应用于各国冶炼厂家。

RKEF(Rotary Kiln-Electric Furnace)法始于上世纪50年代,由Elkem公司在新喀里多尼亚的多尼安博厂开发成功,具有产品质量好、生产效率高、节能环保等优点。

在不锈钢产量大幅增幅的驱动下,RKEF法镍铁的生产能力急剧增加。

我国冶炼镍铁电炉炉容在不断地扩大。

额定容量25MVA的炉型已经逐步退出主体炉型,进而33MVA、36 MVA、48MVA、51MVA成为主体炉型。

与此同时,我国矿热炉生产镍铁的工艺流程更加合理,矿热电炉的总体装备水平大幅度提高,冶炼工艺技术更加成熟。

下面将概括介绍和讨论矿热电炉利用红土镍矿采用RKEF法冶炼镍铁的工艺技术。

1工艺流程概述利用红土镍矿生产镍铁的RKEF冶炼工艺流程如图1.1:图1.1RKEF工艺流程图工艺流程主要包含以下几个阶段:(1)在露天料场进行红土矿的晾晒;大块红土矿的破碎、筛分、混匀。

(2)应用干燥窑对红土矿进行干燥;应用回转窑进行红土矿的焙烧预还原。

以此获得焙砂。

(3)矿热电炉熔炼焙砂生产含镍生铁。

(4)回转窑与电炉余热的利用。

(5)粉尘的收集与再利用。

对RKEF法工艺的流程,矿石内部的成分尤为重要,其中有至少3个指标,在生产时需要关注:(1)Ni品位,控制在1.5以上,最好2.0以上。

基于红土镍矿的镍铁和不锈钢冶炼工艺装备技术

基于红土镍矿的镍铁和不锈钢冶炼工艺装备技术

1、红土镍矿矿床形成过程
1.2 形成红土镍矿应具备的条件
自然界各类岩石中,以超基性岩-橄榄岩含镍最 高,但也只有0.2%左右,不具工业意义。要形成具 有经济价值的镍矿,必须经天然的富集作用,提高 品位。 红土镍矿床是特殊地质基础和特定地表环境共 同耦合作用的产物。
1、红土镍矿矿床形成过程
1)富镁超基性岩并出露是形成红土镍矿的物源基础。 (地盾、岛弧) 2)气候因素是红土化作用的表生营力,它促成镍元素 从母矿中活化释放。赤道附近热带气候,温度大致 在30℃以上,年降雨量需500~2540mm。气温越高、 湿度越大,化学反应越强烈,有利于岩石风化淋滤。 3)旱、湿季明显。旱季地下水位下降,湿季上升。由 于地下水的上下循环,促使岩石分解、交替。
1、红土镍矿矿床形成过程
1)腐岩化阶段 出露地表的超基性岩-橄榄石矿物遭受风化,风化作 用自基岩节理和裂隙逐渐向节理块核心发展。由于受氧化 作用、水解作用、碳酸作用等表生作用影响,造成红土化 过程中元素迁移行为产生差异。 Ni品位可由基岩增高至0.6%~0.8%。 (2)红土化阶段 由于风化作用继续发展,岩石孔隙度增高加快了表 层淋滤液流动,水解淋滤作用进一步增强。进而使基岩结 构完全得到破坏,沿节理破碎的岩石碎块全部变成粘土粒 级矿物,完成了红土化过程。 Ni矿品位在0.5%~1%左右。
Hale Waihona Puke 2、冶炼镍铁的工艺装备2.1高炉法 高炉法基本与高炉炼铁法一样,只是有红土镍矿综 合品位(含Ni+Fe品位)低,烧结矿强度低,透气性不好, 焦比高,渣量大,渣碱度低等不同点。 由于高炉法是剩碳操作,不能控制氧化铁的还原量, 使铁几乎全部进入镍铁中,因此镍铁品位除与矿中的镍含 量有关外,主要取决于矿的含铁量,所以高品位的镍铁对 矿的成分要求是高镍、低铁。有工业价值的红土镍矿的镍 含量为1.0~3%,与其对应的铁含量是49~10%,由于高 品位镍铁要求矿镍高铁低,进而使得镍矿的综合品位较低, 造成炉渣量大、烧结矿强度低,使得综合品位低的红土镍 矿在大高炉上几乎不能顺行,必须使用中小高炉 (≤450m3)。这就是高炉生产镍铁的品位越高,反而使 用的高炉容积越小的原因。

国外红土镍矿冶炼处理工艺

国外红土镍矿冶炼处理工艺

常见的红土镍矿冶炼处理工艺主要有湿法工艺和火法工艺。

湿法工艺是使用硫酸、盐酸或者氨水溶液作为浸出剂,浸出红土镍矿中的镍和钴金属离子。

常见的湿法处理工艺有高压酸浸工艺(HPAL)、常压酸浸工艺(PAL)和氨浸工艺(Caron)。

硅镁质型红土镍矿中镁含量高,浸出过程酸耗大,目前较多采用火法工艺处理。

常用的红土镍矿火法处理工艺有:电炉溶炼、高炉镍铁工艺、硫化熔炼等。

目前国外大部分采用湿法工艺冶炼红土镍矿。

美国:新型还原焙烧-氨浸法回收率提高还原焙烧-氨浸工艺又称为Caron流程,属于湿法冶炼工艺。

其主要流程为:矿石经破碎、筛分后在多膛炉或回转窑中进行选择性还原焙烧,还原焙砂用氨-碳酸铵溶液进行逆流浸出,经浓密机处理后得到的浸出液经净化、蒸氨后产出碳酸镍浆料,再经回转窑干燥和煅烧后,得到氧化镍产品,并用磁选法从浸出渣中选出铁精矿。

焙烧过程采用的还原剂主要是煤或还原性气体,其主要目的是将矿石中的镍和钴还原,而三价铁大部分被还原为磁性的Fe3O4,少数被还原成金属铁。

氨浸的主要目的是将焙砂中的镍和钴以络氨离子的形式进入溶液,而铁、镁等主要杂质仍以单质或氧化物的形式留在浸出渣中,从而实现镍、钴与铁等杂质的初步分离。

该工艺的优点是常压操作,浸出液杂质含量较少,浸出剂中的氨可回收;主要缺点是镍、钴回收率较低,镍的回收率为75%~80%,钴的回收率低于50%。

截止到目前,全球只有少数几家工厂采用该法处理红土镍矿。

为提高镍、钴回收率,美国矿物局最近发展了还原焙烧-氨浸法处理红土矿回收镍的新流程,简称USBM法。

该法的要点在于还原焙烧前加入了黄铁矿(FeS2)进行制粒,还原时用的是纯CO。

浸出液用LIX64-N作为萃取剂实现钴、镍分离,整个系统为闭路循环,有效地利用了资源。

据报道,用该法处理含镍1%、钴0.2%的红土矿时,镍、钴的回收率分别为90%和85%。

若处理含镍0.53%、钴0.06%的低品位红土矿时,钴的回收率亦能达到76%。

红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用关键技术及应用

红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用关键技术及应用

红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用关键技术及应用红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用关键技术及应用一、引言红土镍矿是一种含有镍、铁和其他有价值金属的矿石,其冶炼过程既能从镍铁中提取镍,又能通过冶炼渣的增值利用实现多种金属的回收。

红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用是一个综合性的工程,需要涉及到多个环节和关键技术。

本文将从矿石的处理、冶炼流程和冶炼渣的回收利用等方面,深入探讨红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用的关键技术及应用。

二、矿石的处理红土镍矿的矿石处理是冶炼镍铁的第一步,也是非常关键的环节。

矿石通常含有一定的硫和镍、铁、镉等有价值金属,因此需要通过浮选、磁选等方法进行处理。

通过浮选将矿石中的硫分离出来,以减少后续冶炼过程中的硫含量。

通过磁选将矿石中的铁和镍分离出来,以获取纯度较高的镍铁。

三、冶炼流程1. 溶铁炉冶炼红土镍矿的冶炼过程主要包括溶铁炉冶炼和转炉冶炼两个阶段。

溶铁炉冶炼是将经过处理的矿石和焦炭一同放入回转炉中进行还原冶炼的过程。

在溶铁炉中,焦炭还原矿石中的氧化铁和氧化镍,生成还原铁和还原镍。

在这个阶段,需要控制好还原温度、气氛和加入剂的配比,以确保得到高品位的镍铁。

2. 转炉冶炼转炉冶炼是将溶铁炉产出的还原镍和还原铁进一步处理的过程。

在转炉中,加入适量的石灰和石油焦油,进行还原和熔化反应,以得到定性更好的镍铁。

在转炉冶炼过程中,需要控制好还原反应的温度、时间和氧气的输入量,以最大限度地提高镍铁的纯度。

四、冶炼渣的回收利用冶炼渣是红土镍矿冶炼过程中产生的一种副产物,其中富含镍、铁、镉等有价值金属。

冶炼渣的回收利用是提高资源利用率和环境保护的重要手段之一。

目前,常见的冶炼渣回收利用方式包括水洗法、浮选法和磁选法等。

1. 水洗法水洗法是利用渣浆的比重差异,通过水洗将冶炼渣中的有价值金属部分分离出来。

将冶炼渣与水进行混合,形成含有不同密度的浆料。

通过重力作用和水洗的方式,将其中的矿石颗粒和有价值金属部分分离出来。

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红土镍矿冶炼工艺制造镍铁摘要:通过对国内在建和筹建的4个镍铁项目的技术经济分析,认为在非正常低镍价形势下,采用先进的RKEF技术,建设现代化镍铁生产基地,仍有很大利润空间。

分析指出了在异常市场条件下我国镍行业的发展途径。

关键词:镍铁RKEF法红土镍矿一、前言受经济危机影响,镍价在2008年急速下滑,国内成交价一度降到8万元/t,红土镍矿价格也随之狂跌,1.8%品位红土镍矿的港口价跌至每1千吨180~500元。

目前水泥、钢材和机电设备的价格处于低位,这正是建设现代化镍铁厂的好时机。

镍的表观消费量中,不锈钢消费约占总消费量的50~65%,电镀行业约占20%,在研究镍的消费量时首先要分析不锈钢的生产、消费所产生的影响。

二、我国原生镍市场巨大(一)不锈钢消费量的快速增长将拉动镍消费量的提高随着我国经济的发展和人民生活水平提高,不锈钢生产消费快速增长。

铬镍系不锈钢是消费镍的主要不锈钢品种,由于其优异的综合性能,得到广泛应用,占不锈钢总产量的60~75%。

近年镍价和铬价高启,不锈钢企业着力开发铁素体不锈钢和节镍不锈钢,已取得一定成果。

但业内普遍认为,300系不锈钢仍将占据不锈钢总产量50%以上。

预计2010年我国不锈钢粗钢消费量将达1100万t,其中Cr-Ni系不锈钢占600万t以上。

不锈钢产量的增长将拉动镍金属消费量增长。

不锈钢生产所需镍金属主要来源于金属镍、镍铁和不锈钢废钢。

随着不锈钢产量增加,我国镍金属依赖进口的局面短期内不会改变。

据海关统计,2007年我国净进口镍金属量15万t(包括精炼镍、镍铁、不锈废钢中含镍等),加上国内镍金属产量13万t,镍铁200万t,不锈废钢182万t,三者合计折合镍金属供应量约26万t,总的镍供应量约41万t。

(二)预计2010年,镍金属供应将继续依靠进口1、20l0年将比2007年增产150万t铬镍系锈钢,镍需求量将增加10~15万t。

2、我国不锈钢社会积存量低,而且不锈钢生产周期长,国内不锈废钢资源难以快速增加,不锈废钢进口也不可能大量增加,不锈钢废钢紧缺的局面将继续存在。

3、目前国内多家企业在海内外筹建镍(铁)厂,将会增加镍的供应。

但总体上看,由于受到基础设施、技术、资金、人文环境等方面的限制,进展较慢,规模偏小。

我国还没有现代化镍铁厂,不锈钢厂年消耗约8万t低品位含镍生铁,主要产自高污染的小高炉和低效率、高能耗的小型矿热炉,产品质量不符合ISO6501标准。

随着环保政策落实和市场竞争加剧,这种工艺将在近年内淘汰。

三、国家政策积极支持“开发低品位红土镍矿高效利用关键技术”长期以来,我国镍的生产以金川公司为主,其原料是当地产硫化镍矿,是不可再生资源,资源量渐少、开采难度增大,从国家战略储备考虑,应对金川镍矿这一宝贵资源进行保护性开发,而从国际市场购买硫化镍矿解决国内不足的可能性很小,因此应借鉴国际上成熟的镍铁冶炼技术,开发适合国内原料和能源条件的技术,利用国际上容易购得的氧化镍矿生产镍铁,满足经济发展要求。

2008年发改办高技【2008】301号《国家发革委办公厅关于组织实施2008年度重大产业技术开发专项的通知》第三条中明确指出:“资源综合利用关键技术方面:开发复杂多金属共伴生矿高效开发利用技术、冶炼过程中稀有稀散元素提取技术、低品位红土镍矿高效利用关键技术、金属矿山二次资源中有价元素高效捕收技术”。

将高效利用低品位红土镍矿关键技术列为国家重大产业技术开发专项内容之一。

国家《有色金属工业长期发展规划(2006~2020年)》中也指出:“由于硫化镍矿资源紧缺,开发镍土矿具有重要意义”。

可见,利用国外氧化镍矿资源,借鉴国际上成熟先进、节能环保的火法冶炼镍铁技术,开发适合国情的红土镍矿高效利用技术,建设现代化镍铁厂,是受国家政策支持、市场潜力大的好项目,也是我国镍工业发展的必然趋势。

四、借鉴国际上成熟的RKEF工艺,开发低品位红土镍矿高效利用技术湿法冶炼工艺适合高镍、高钴,低镁的红土镍矿,以液态酸(或氨)作浸出剂,提取Ni和Co,其余大量的铁和少量的铬全部成为固体废弃物。

浸出剂仅部分回收利用,其余经处理后以液态形式排入江河或废液池,湿法冶炼中还产生大量Co。

这些废固、废液、废气无法循环利用,环境危害大,目前我们还没有掌握相关的无害化处理技术。

以低品位红土镍矿为原料,采用高压酸浸工艺生产镍硫,进而生产电解镍的工艺在世界上已经成熟,但是受投资、技术引进、环境保护措施的限制,在国内建设这种工艺的镍厂还需进行技术开发和研究,建厂条件还不成熟。

现实的做法是消化国外先进成熟的火法冶炼镍铁的技术,按中国的能源条件对这种工艺技术进行改进。

建设适合中国国情的现代化镍铁厂。

(一)国内以红土镍矿为原料的镍(铁)冶炼工艺现状中国的现代化镍铁冶炼还处于空白状态,目前生产低镍生铁的小高炉和小矿热炉工艺由于高能耗、高污染,在激烈的市场竞争下正逐渐退出历史舞台。

1、鼓风炉(小高炉)工艺鼓风炉工艺是最早出现的红土镍矿冶炼镍铁的技术,1875年,在新喀里多尼亚小高炉就已应用,后法国也有采用,但该法因消耗大量优质焦炭、污染严重而为人诟病。

最终该工艺在市场竞争和环保压力下停止,1985年日本矿业公司佐贺关冶炼厂的最后一座镍铁高炉熄火,标志着鼓风炉冶炼镍铁技术在欧美、日本等发达国家寿终正寝。

前几年我国快速发展的不锈钢生产拉动了镍铁需求,在高镍价、低价焦炭、低环保门槛的条件下,部分投资者利用钢铁产业政策淘汰的炼铁高炉冶炼镍铁,获得暴利。

但随着焦炭价位回归合理、镍价下跌和环保政策落实,目前高炉镍铁厂大部分已停产。

高炉冶炼镍铁技术必将被淘汰的主要原因是:(1) 原料适应性差、高炉无法大型化红适用“高铁低镁(低镍)”红土镍矿,当红土矿含镍1.5%、含铁35%时可得到含镍约4%的低镍生铁。

如果用低铁高镁(高镍)矿,高炉渣量大、粘度大炉况顺行难以保证。

由于炉料强度低,只能采用小型高炉(矮高炉)生产镍铁。

(2) 产品质量难以符合炼钢要求高炉含镍生铁品位低,一般在2~8%,大多在5%以下,冶炼不锈钢时需要配合加入较多的镍板,这提高了单位原料镍的成本。

该工艺焦炭、熔剂的用量大,P、S大部分进入产品,镍铁品位低、ω(S)、ω(P)含量高,增加了不锈冶炼的负担。

(3) 生产工艺不稳定镍铁的成分波动大,不易控制,难以大批量稳定供货。

(4) 焦比高生产含镍2%的镍铁,每吨镍铁的焦炭消耗大于1.0t;生产含镍5%的镍铁,每吨镍铁的焦炭消耗量约2.0t。

(5) 污染严重除去传统高炉污染,氟化物的污染更严重。

为保持高炉顺行,必须加入萤石以提高炉渣流动性,萤石加入量占炉料总量的8~15%,国内镍铁小高炉没有脱氟设备,全部放散,对人和环境伤害巨大。

2、冷料入炉“烧结机-矿热炉”镍铁工艺由于焦炭涨价和用户要求高含镍量的镍铁,国内建设了一些用烧结机生产红土镍矿烧结矿,冷却后入矿热炉冶炼镍铁的工厂。

其中很多是改造旧的铁合金电炉来生产镍铁,变压器容量多为6.3MV A、9MV A和12.5MV A,最大的为25MV A。

该工艺不用焦炭,原料适应性比小高炉好,产品镍含量更高,但仍存在能耗高、效率低的缺陷。

某厂用2%品位的镍矿,生产含镍11~14%的粗镍铁,每吨粗镍铁冶炼电耗(1~1.2)×104kWh/t,折合吨金属镍电耗8.8万kWh,是RKEF工艺的2倍多。

原因在于:“烧结机-矿热炉”工艺无法为矿热炉提供预还原的高温料。

25MV A矿热炉4h出一次铁,每次出铁量约15t,折合lMW功率年产镍金属量仅140t。

高电耗和低效率与冷料入炉相关,大量时间和电力用于炉料升温。

笔者所见的“烧结机(有的还采用土法烧结工艺和烧结锅工艺准备矿热炉用原料)-矿热炉”工艺的产镍铁厂都没有完善的环保设备,特别是矿热炉为敞开式或者半密闭的小烟罩式,不能回收煤气,不但污染环境,还造成煤气浪费。

烧结机也全部没有安装余热回收利用设施,这类工厂不具备现代化、大规模的镍铁生产条件。

有的工厂利用电弧炉处理烧结矿,生产镍铁,效益更差,基本上已停产。

3、还原造锍工艺最初在鼓风炉内进行生产,由于能耗高遭到淘汰。

目前有些企业在电炉内进行造锍熔炼,得到低钢冰镍。

该工艺与传统硫化镍处理工艺相同。

由于红土矿品位低,低冰镍产品含镍少,渣量巨大,并且能耗高,使得该工艺无法与硫化镍矿传统处理流程进行竞争。

采用该工艺的企业不多。

(二)RKEF工艺技术成熟,在镍铁冶炼领域占主导地位RKEF工艺技术(“回转窑-矿热炉”法)始于20世纪50年代,由Elkem公司在新喀里多尼亚的多尼安博厂开发成功,由于产品质量好、生产效率高、而且节能环保,RKEF工艺很快取代了鼓风炉工艺。

随着冶金科学技术的发展,RKEF工艺也吸纳了包括自动化、清洁生产在内的众多最新技术成果,在设计制造、安装调试和生产操作上日臻成熟,已成为世界上生产镍铁的主流工艺技术,占据统治地位。

目前全球采用RKEF工艺生产镍铁的公司有十几家,生产厂遍及欧美、日本、东南亚等地,其中最大年产能达7~8万t金属镍,在长期的经营中,尽管世界镍行业风云变幻、镍价大起大落,但这些镍铁厂大都保持着良好的业绩。

2005年美国金属学会调查了世界红土镍矿冶炼厂及年产量,见表1。

表1 2005年美国金属学会调查的世界红土镍矿冶炼厂及年产量这13家镍冶炼厂的年产量总计约36.5 万t,约占世界原生镍总产量的30%,占红土矿火法冶炼镍铁产量的8l%(2007年世界总产镍量142万t,氧化镍矿的贡献为42%,以镍铁形式生产金属镍量约45万t)。

可见,在世界范围,以廉价的红土镍矿为原料,采用RKEF火法冶炼镍铁的工艺技术具有很强的适用性和经济性。

(三)RKEF工艺介绍1、对原料的要求对于“回转窑(RK)-矿热炉(EF)”流程,矿石成分很重要,有3个指标是采用RKEF工艺应该关心的:(1) Ni品位,希望在1.5以上,最好2.0以上。

(2) Fe/Ni,希望在6~10,最好接近6,中Ni品位高;如果Fe/Ni>10,则很难冶炼出含20%的镍铁,因为原料中Fe过高,很难在回转窑中控制氧化铁的还原度。

(3) MgO/SiO2,在0.55~0.65较合适,少量加入熔剂就可以得到低熔点的炉渣结构。

以上3个条件只是合适的条件,而不是必须的条件,在矿石条件不符合上述要求时,可以生产品位较低的镍铁,技术经济指标将受到影响。

还原剂(烟煤或无烟煤均可)和石灰石也是RKEF工艺所必需的,这两种原料在我国资源丰富,容易得到。

2、典型工艺流程、主体设备结构(1) 生产流程原料场→筛分、破碎和混匀配料→回转窑→矿热炉→铁包脱硫→精炼转炉→浇铸。

在这个基础上,发展了对原料预干燥、原料制球、回转窑节能和余热发电、矿热炉高效冶炼和低熔点渣系配料、采用底吹或侧吹精炼转炉替代顶吹转炉、镍铁粒化等技术,适用于不同条件的工厂。

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