氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵

(production of ferronickel from nickel oxide ore)
硅鎂鎳礦中的鎳和部分鐵在高溫下被還原劑選擇性還原成金屬，產(chǎn)出鎳鐵的過(guò)程，為氧化鎳礦處理的一種方法。產(chǎn)品供合金鋼生產(chǎn)使用。
自20世紀(jì)50年代新喀里多尼亞多尼安博(Doniambo)冶煉廠首先采用回轉(zhuǎn)窯–電爐熔煉氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵以來(lái)，此法已在全世界獲得廣泛應(yīng)用。1988年世界鎳鐵產(chǎn)品的含鎳量約占氧化鎳礦總產(chǎn)鎳量的65％。降低電爐熔煉的電耗是該法需待解決的重要課題。
典型的硅鎂鎳礦含鎳量較低(Ni l.8％～3.5％)，水分含量很高(30％～45％)，在熔煉時(shí)形成熔點(diǎn)較高的爐渣和金屬相。在鎳鐵生產(chǎn)中必須配有完善的干燥設(shè)施和可產(chǎn)生高溫的電爐。生產(chǎn)流程包括干燥、煅燒與預(yù)還原、熔煉和精煉等環(huán)節(jié)。
干燥   用直接加熱的干燥窯除去礦石表面水分的作業(yè)。窯溫維持在523K左右，得到含水分15％～20％的預(yù)干燥礦石。
煅燒與預(yù)還原   用回轉(zhuǎn)窯除去礦石中的化學(xué)結(jié)合水并選擇性地將鎳氧化物還原成金屬的作業(yè)。在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)混有還原劑(碎煤或焦)的預(yù)干燥礦石與煙氣逆向運(yùn)行，隨著爐料向窯頭方向移動(dòng)，其溫度和被還原程度逐漸提高。礦石在673K溫度區(qū)域內(nèi)完全脫水，在773～873K溫度區(qū)域開(kāi)始被還原。排料端窯溫控制在1073～1173K，此時(shí)礦石中絕大部分鎳的氧化物被還原成金屬，而鐵的氧化物只有一部分被還原成金屬，其余成為氧化亞鐵。
熔煉   在電爐內(nèi)直接處理熱燒礦，產(chǎn)出粗鎳鐵和爐渣的作業(yè)。電爐產(chǎn)出粗鎳鐵一般含Ni 25％、C 2.5％、S 0.4％、Si 1.5％、P 0.15％，熔點(diǎn)1513K；爐渣一般含FeO 12％、SiO2 45％、MgO 30％，液化溫度1858K。電爐熔煉每噸爐料的電耗通常為450～500kW•h。
精煉   除去粗鎳鐵中的硫、硅、碳、鉻和磷等雜質(zhì)使之達(dá)到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的作業(yè)。例如中國(guó)1號(hào)鎳鐵產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)要求這些雜質(zhì)含量各小于0.03％。通常在鎳鐵包中加入純堿、石灰或碳化鈣進(jìn)行爐外精煉除硫。脫硫鎳鐵注入轉(zhuǎn)爐內(nèi)，向金屬爐體鼓入空氣或工業(yè)氧氣，氧化殘留的雜質(zhì)。碳成為CO氣體除去，而硅、鉻、磷等則形成氧化物進(jìn)入爐渣。粗鎳鐵經(jīng)鑄錠或�；�成最終產(chǎn)品。

 氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵 重有色金屬  
氧化鎳礦的冶煉提取方法，可分為火法和濕法兩大類(lèi)。前者又可分為鎳鐵法和造硫熔煉法，后者有還原焙燒—常壓氨浸法和加壓酸浸法。
  1 火法冶煉工藝
  硅鎂鎳礦通常采用火法冶金工藝處理�；鸱ㄖ饕�有兩種：一種是用鼓風(fēng)爐或電爐還原熔煉得到鎳鐵，又稱鎳鐵法；另一種是添加硫化劑進(jìn)行硫化熔煉生產(chǎn)鎳硫，又稱鎳锍法。
鎳鐵法是采用電爐熔煉，可以達(dá)到較高的溫度，爐內(nèi)的氣氛也比較容易控制。但為了保證礦石處理的經(jīng)濟(jì)性，通常要求礦石達(dá)到一定品位，所以在開(kāi)始熔煉前，首先需對(duì)礦石進(jìn)行篩選，排除風(fēng)化程度低，品位低的礦石。爐料需預(yù)先在回轉(zhuǎn)窯中干燥脫水，在700～800℃條件下進(jìn)行預(yù)焙燒。所得焙砂與粒度在10～30mm的揮發(fā)性煤混合一起加入電爐進(jìn)行還原熔煉，產(chǎn)出粗鎳鐵合金。在電爐還原熔煉的過(guò)程中幾乎所有鎳和鈷的氧化物都被還原成金屬，而鐵則不必全部還原成金屬，鐵的還原程度可通過(guò)還原劑的加入量加以調(diào)節(jié)。粗鎳鐵合金再經(jīng)過(guò)精煉產(chǎn)出成品鎳鐵合金，鎳鐵合金主要供生產(chǎn)不銹鋼，其生產(chǎn)工藝原則流程，如圖XX所示。采用該法生產(chǎn)鎳鐵合金的工廠主要有法國(guó)的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠、哥倫比亞塞羅馬托莎廠和日本住友公司的八戶冶煉廠，鎳鐵產(chǎn)品中含鎳20～30%，全流程回收率為90～95%，鈷進(jìn)入合金。
  此外硅鎂鎳礦也可以采用外加硫化劑的方法進(jìn)行硫化熔煉得到鎳锍，石膏是最常用的硫化劑。造锍熔煉一般在鼓風(fēng)爐中進(jìn)行，也可以用電爐。鎳锍的成分可以通過(guò)還原劑(焦粉)和硫化劑(石膏)的加入量加以調(diào)整。得到的低鎳锍(通常含Ni+Co=20~30%)再送到轉(zhuǎn)爐中吹煉成高鎳锍。
   生產(chǎn)高鎳锍的工廠主要有印度尼西亞的蘇拉威西梭羅阿科冶煉廠。高鎳锍產(chǎn)品一般含鎳79%，含硫19.5%。全流程鎳回收率70～85%。
火法工藝主要應(yīng)用于處理硅鎂鎳礦，適合于處理鎳含量>1%，鐵含量30%左右，鈷含量低的紅土鎳礦。其最大特點(diǎn)是處理工藝簡(jiǎn)單，流程短。缺點(diǎn)是鈷也進(jìn)入鎳鐵合金或鎳锍中，失去了鈷應(yīng)有的價(jià)值。
  2 濕法冶煉工藝
   褐鐵礦類(lèi)型的紅土鎳礦和含MgO比較低的硅鎂鎳礦通常采用濕法冶金工藝處理。濕法主要形成了兩種工藝，一 種是還原焙燒—氨浸工藝(簡(jiǎn)稱RRAL)，另一種是加壓酸浸工藝(簡(jiǎn)稱HPAL)。近年來(lái)，紅土鎳礦的濕法冶金技術(shù)有了很大的發(fā)展，特別是加壓浸出技術(shù)和各種溶劑萃取技術(shù)。
   RRAL工藝由Caron教授發(fā)明，又稱為Caron流程，適合于處理含鎂較高(MgO>10%)，含鎳1%左右的硅酸鹽型紅土礦，基本流程是還原焙燒—氨浸。還原焙燒的目的是使硅酸鎳和氧化鎳最大程度地還原成金屬，同時(shí)控制還原條件，使Fe還原成Fe3O4。焙砂中的鎳、鈷采用氨性溶液浸出，浸出渣中的鐵可以通過(guò)磁選回收。
     古巴尼加羅(Nicaro)冶煉廠是最早使用還原焙燒—氨浸工藝回收低品位紅土鎳礦中鎳、鈷的冶煉廠，還原焙燒在多膛式反射爐中進(jìn)行，流程見(jiàn)圖XX。為了防止?jié)窳显诒簾�過(guò)程中結(jié)團(tuán)，在焙燒之前用回轉(zhuǎn)窯干燥，除去95%的水分，其還原焙燒時(shí)間為90min，還原氣體由煤氣發(fā)生器供給，控制爐膛底部還原氣氛CO/CO2或H2/H2O為1：1，焙燒溫度730～760℃。焙砂在還原氣氛下冷卻至150℃左右后，在含NH3 6.5%，CO2 3.5%，Ni 1%的碳銨溶液(ACC溶液)中淬冷。浸出過(guò)程在鼓空氣浸出槽中進(jìn)行，金屬鎳、鈷浸出進(jìn)入溶液并形成鎳、鈷氨絡(luò)離子。除鐵后液直接蒸氨，得堿式碳酸鎳，煅燒得到最終產(chǎn)品NiO。在此，氧化鎳產(chǎn)品中含有大量鈷，這種氧化鎳產(chǎn)品即不符合各種鎳合金生產(chǎn)要求，鈷的回收率又非常低，只有40%左右。
 鑒于Nicaro冶煉廠鈷沒(méi)有得到充分利用的缺陷，Caron法在相繼建成的澳大利亞昆士蘭州Townsville鎳冶煉廠和菲律賓的Marinduque冶煉廠分別得到了相應(yīng)改進(jìn)。
  在Towsville 鎳冶煉廠，還原焙燒設(shè)備使用層式Herreschoff還原焙燒爐，入料前混入礦重4%的重油。在燃燒室內(nèi)還原氣體將逐層向下走的物料加熱至焙燒溫度760℃。淬冷后在ACC體系溶液中浸出，浸出液用H2S沉鈷得到Ni/CoS產(chǎn)品(含Ni約39%，Co約13%)，沉鈷后液蒸氨，煅燒，在帶式還原爐中用H2還原焙燒得含鎳90%的鎳粉，最后在980℃，惰性氣氛條件下壓制成Ni塊。采用化學(xué)沉淀法分離鈷后得到的鎳產(chǎn)品中鈷含量較低，適合鎳合金生產(chǎn)要求，鈷也得到了有效富集。
  Marinduque冶煉廠與Townsvillen鎳冶煉廠流程相似，不同之處主要表現(xiàn)在以下兩點(diǎn)：
 （1） 還原焙燒還原劑和沉鈷劑不同：Marinduque冶煉廠使用的還原劑是含H2 75%，N2 25%的氣體，還原溫度較低，才650℃。在浸出液鎳、鈷粉分離工序中，沉鈷劑使用的是(NH4)2S，并認(rèn)為是最好的化學(xué)沉鈷劑。
 （2） Marinduque冶煉廠將蒸氨所得堿式碳酸鎳用AAC溶液再溶解，部分蒸氨除雜后，在165℃，3.5MPa條件下用H2還原制鎳粉產(chǎn)品。

   回轉(zhuǎn)窯冶煉紅土鎳礦礦石生產(chǎn)鎳生鐵。                                         

    1、鎳鐵的來(lái)歷、成分和消費(fèi)市場(chǎng)

    我國(guó)不銹鋼和電池行業(yè)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)鎳產(chǎn)品供應(yīng)將面臨長(zhǎng)期短缺的局面。2005年以來(lái)國(guó)際市場(chǎng)鎳價(jià)非理性的不斷上漲對(duì)國(guó)內(nèi)鋼鐵業(yè)發(fā)展構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。我國(guó)民營(yíng)企業(yè)使用火法冶煉從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石，大量生產(chǎn)鎳鐵合金作為冶煉不銹鋼的配料，成功狙擊了國(guó)際市場(chǎng)的瘋狂炒作，鎳價(jià)大幅下降，市場(chǎng)將逐步恢復(fù)理性。

    我國(guó)鎳金屬生產(chǎn)技術(shù)已有重大突破，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，紅土鎳礦經(jīng)高爐冶煉鎳鉻生鐵，生產(chǎn)出大批鎳生鐵的實(shí)際成效。技術(shù)變革及其快速進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，成功狙擊了國(guó)際市場(chǎng)的瘋狂炒作，2007年6月國(guó)際市場(chǎng)鎳價(jià)大幅下降。在市場(chǎng)高鎳價(jià)的情況下，2005年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)民營(yíng)企業(yè)開(kāi)始利用煉鋼高爐轉(zhuǎn)產(chǎn)冶煉紅土鎳礦礦石生產(chǎn)鎳生鐵。

    我國(guó)民營(yíng)企業(yè)開(kāi)始大規(guī)模利用從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石冶煉鎳生鐵，此后進(jìn)口礦石量逐月增加，到2007年底利用進(jìn)口礦石約300多萬(wàn)噸，產(chǎn)出鎳生鐵的含鎳量約3萬(wàn)噸。2007年全國(guó)生產(chǎn)鎳生鐵的中小企業(yè)達(dá)到100多家，l～9月進(jìn)口礦石1200萬(wàn)噸左右。

    目前我國(guó)中小企業(yè)生產(chǎn)的鎳生鐵的含鎳量多在4％～ 8％，只能用作冶煉不銹鋼的配料，在冶煉不銹鋼時(shí)，尚需加入一定量的精煉純鎳。只有提高技術(shù)使鎳生鐵中的含鎳量達(dá)到l2％～15％，才能在冶煉不銹鋼時(shí)完全替代純鎳。這就是產(chǎn)生礦石積壓在港口的原因，也是今后民營(yíng)企業(yè)需要攻克的技術(shù)難關(guān)。據(jù)最新資料，個(gè)別技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)已經(jīng)可以生產(chǎn)出鎳含量10％以上的鎳生鐵了。

    成功的案例：福建頂新、浙江青山、山東臨沂。鎳生鐵項(xiàng)目使用的生產(chǎn)流程為：礦石→礦石+生石灰→脫水→燒結(jié)→燒結(jié)礦石冷卻破碎→燒結(jié)破碎礦石+石灰石+焦炭→高爐冶煉→鑄錠→鑄錠精整包裝。產(chǎn)品為鎳鐵(鎳含量4％～7％)，產(chǎn)量l8萬(wàn)噸／年。另外，該集團(tuán)正在印尼OBI島籌建鎳生鐵新項(xiàng)目，圖謀在海外的創(chuàng)業(yè)和發(fā)展。

    我國(guó)使用火法利用紅土鎳礦冶煉鎳生鐵，使不銹鋼生產(chǎn)原料構(gòu)成發(fā)生了重大變革，改變了全球不銹鋼生產(chǎn)原料鎳的供需格局，也改變了世界不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局。低成本利用礦石質(zhì)量較差的紅土鎳礦資源，符合資源節(jié)約型的歷史發(fā)展趨勢(shì)，翻開(kāi)了我國(guó)不銹鋼生產(chǎn)史的新篇章。目前，高爐法的低品位產(chǎn)品市場(chǎng)容量已經(jīng)飽和，加快發(fā)展10％以上品位的回轉(zhuǎn)窯工藝，可以進(jìn)一步擴(kuò)大紅土礦火法鎳的市場(chǎng)容量。

 

2、紅土鎳礦用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)鎳鐵的工藝和技術(shù)

   大型焙燒還原回轉(zhuǎn)窯是整個(gè)紅土鎳礦冶煉工藝流程中關(guān)鍵設(shè)備之一，礦石經(jīng)干燥后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加熱到800℃后去除礦石表面水分及結(jié)晶水，并部分還原礦石中的鐵、鎳和鈷氧化物，進(jìn)入電爐熔煉。 回轉(zhuǎn)窯工藝與高爐法或電爐法等工藝相比有如下優(yōu)點(diǎn)：

    （1）、熔煉的主要能源為煤, 而不是昂貴的焦炭或電能。

    （2）、原料的自由選擇, 可用東南亞的各種紅土鎳礦。

    （3）、所產(chǎn)高鎳鎳鐵質(zhì)量高（含Ni20%左右），可直接用作不銹鋼的生產(chǎn)原料。

  （4）、同時(shí)可作為鋼水熔煉時(shí)的冷卻劑。

    熔煉方法和工藝如下：

    預(yù)處理步驟是將原料紅土鎳礦磨細(xì)后, 與含碳物料和熔劑石灰石混合, 然后連續(xù)給入回轉(zhuǎn)窯。在回轉(zhuǎn)窯中, 物料與煤燃燒所產(chǎn)生的熱氣流逆流運(yùn)動(dòng),經(jīng)受所有熔煉步驟--干燥, 脫水, 還原和金屬成長(zhǎng)。金屬是在窯中半熔融條件下生成的。燒成的物料熔塊從回轉(zhuǎn)窯出來(lái)就將它水碎,磨細(xì)后, 用重選和磁選機(jī)將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來(lái)。分離出來(lái)的鎳鐵呈直徑2~3毫米的沙狀顆粒, 并夾帶1~2%爐渣, 其化學(xué)組成為C0.1%, Ni18~22%, S0.45%, P0.015% 。  此產(chǎn)品不管含硫多高均適用于煉鋼過(guò)程, 因煉鋼時(shí)有很好的脫硫能力。沙狀顆粒在煉鋼過(guò)程中相當(dāng)有利于連續(xù)加料和作為冷卻劑物料快速溶解。

回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝鎳和鐵的回收率都很高，均在90%以上。

 

3、財(cái)務(wù)分析

目前鎳市場(chǎng)處于低谷，電解鎳大約10萬(wàn)元/噸，相當(dāng)于鎳鐵為1000元/噸度（1%Ni或稱一個(gè)Ni，相當(dāng)于10Kg鎳）。

當(dāng)前進(jìn)口紅土鎳礦國(guó)內(nèi)港口價(jià)為400元左右/濕噸（低鐵高鎳礦，約2%左右Ni，10%左右Fe），相當(dāng)于200元/噸度Ni。

以上述紅土鎳礦為例，加工一噸紅土鎳礦可得20%左右高鎳鎳鐵100Kg左右，生產(chǎn)總費(fèi)用約250元/噸礦，礦石成本500元（加運(yùn)費(fèi)），噸成品約需10噸原礦，總成本約7500元，售價(jià)約2萬(wàn)元左右（20%Ni），利潤(rùn)1萬(wàn)元以上，利潤(rùn)率100% 。有適合鎳鐵生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，無(wú)須固定資產(chǎn)投資，投資1000萬(wàn)元流動(dòng)資金即可租賃生產(chǎn)線生產(chǎn)（租金極其低廉）。該生產(chǎn)線年加工能力為原礦10萬(wàn)噸，可生產(chǎn)高鎳鎳鐵1萬(wàn)噸，產(chǎn)值2億元，利潤(rùn)1億元。

河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�司在國(guó)內(nèi)有30余條大大小小紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線業(yè)績(jī)，處理量有300-1000噸每天產(chǎn)能，回轉(zhuǎn)窯規(guī)格從φ3.5---φ4.8米，長(zhǎng)度52米--68米的。在國(guó)內(nèi)內(nèi)蒙、唐山、福建頂新、浙江青山、山東臨沂有大量成功案例，可技術(shù)轉(zhuǎn)讓，可出售設(shè)備，產(chǎn)品。

河南華冠環(huán)�？萍加邢薰�司專業(yè)致力于鎳鐵生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率可提高10%以上，產(chǎn)量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產(chǎn)能達(dá)到300-1000t/d，更加節(jié)能環(huán)保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號(hào))，華冠環(huán)�？萍脊�司為您竭誠(chéng)服務(wù)，隨時(shí)歡迎前來(lái)參觀!

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