回轉(zhuǎn)窯冶煉紅土鎳礦礦石生產(chǎn)鎳生鐵。
1、鎳鐵的來歷、成分和消費市場
我國不銹鋼和電池行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)鎳產(chǎn)品供應將面臨長期短缺的局面。2005年以來國際市場鎳價非理性的不斷上漲對國內(nèi)鋼鐵業(yè)發(fā)展構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。我國民營企業(yè)使用火法冶煉從菲律賓和印度尼西亞進口的紅土鎳礦礦石，大量生產(chǎn)鎳鐵合金作為冶煉不銹鋼的配料，成功狙擊了國際市場的瘋狂炒作，鎳價大幅下降，市場將逐步恢復理性。
我國鎳金屬生產(chǎn)技術(shù)已有重大突破，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，紅土鎳礦經(jīng)高爐冶煉鎳鉻生鐵，生產(chǎn)出大批鎳生鐵的實際成效。技術(shù)變革及其快速進入生產(chǎn)應用領(lǐng)域，成功狙擊了國際市場的瘋狂炒作，2007年6月國際市場鎳價大幅下降。在市場高鎳價的情況下，2005年開始，國內(nèi)民營企業(yè)開始利用煉鋼高爐轉(zhuǎn)產(chǎn)冶煉紅土鎳礦礦石生產(chǎn)鎳生鐵。
我國民營企業(yè)開始大規(guī)模利用從菲律賓和印度尼西亞進口的紅土鎳礦礦石冶煉鎳生鐵，此后進口礦石量逐月增加，到2007年底利用進口礦石約300多萬噸，產(chǎn)出鎳生鐵的含鎳量約3萬噸。2007年全國生產(chǎn)鎳生鐵的中小企業(yè)達到100多家，l～9月進口礦石1200萬噸左右。
目前我國中小企業(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，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到l2％～15％，才能在冶煉不銹鋼時完全替代純鎳。這就是產(chǎn)生礦石積壓在港口的原因，也是今后民營企業(yè)需要攻克的技術(shù)難關(guān)。據(jù)最新資料，個別技術(shù)先進的企業(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l8萬噸／年。另外，該集團正在印尼OBI島籌建鎳生鐵新項目，圖謀在海外的創(chuàng)業(yè)和發(fā)展。
我國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，翻開了我國不銹鋼生產(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，可以進一步擴大紅土礦火法鎳的市場容量。
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)窯是整個紅土鎳礦冶煉工藝流程中關(guān)鍵設備之一，礦石經(jīng)干燥后進入回轉(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：
（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）、同時可作為鋼水熔煉時的冷卻劑。
熔煉方法和工藝如下：
預處理步驟是將原料紅土鎳礦磨細后, 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)生的熱氣流逆流運動,經(jīng)受所有熔煉步驟--干燥, 脫水, 還原和金屬成長。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)窯出來就將它水碎,磨細后, 用重選和磁選機將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來。分離出來的鎳鐵呈直徑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程, 因煉鋼時有很好的脫硫能力。沙狀顆粒在煉鋼過程中相當有利于連續(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、財務分析
目前鎳市場處于低谷，電解鎳大約10萬元/噸，相當于鎳鐵為1000元/噸度（1%Ni或稱一個Ni，相當于10Kg鎳）。
當前進口紅土鎳礦國內(nèi)港口價為400元左右/濕噸（低鐵高鎳礦，約2%左右Ni，10%左右Fe），相當于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)總費用約250元/噸礦，礦石成本500元（加運費），噸成品約需10噸原礦，總成本約7500元，售價約2萬元左右（20%Ni），利潤1萬元以上，利潤率100% 。有適合鎳鐵生產(chǎn)的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線，無須固定資產(chǎn)投資，投資1000萬元流動資金即可租賃生產(chǎn)線生產(chǎn)（租金極其低廉）。該生產(chǎn)線年加工能力為原礦10萬噸，可生產(chǎn)高鎳鎳鐵1萬噸，產(chǎn)值2億元，利潤1億元。
鎳鐵生產(chǎn)工藝
一、鎳、鎳鐵與鎳礦
鎳是略帶黃色的銀白色金屬，是一種具有磁性的過渡金屬。鎳的應用在于鎳的抗腐蝕性，合金中添加鎳可增強合金的抗腐蝕性能。不銹鋼與合金生產(chǎn)領(lǐng)域是鎳最廣泛應用領(lǐng)域。全球約2／3的鎳用于不銹鋼生產(chǎn)，因此不銹鋼行業(yè)對鎳消費的影響居第l位。鎳在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)。在不銹鋼中增加鎳的一個主要原因就是形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)，從而改善諸如可塑性、可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性，所以鎳被稱為奧氏體形成元素。目前全球有色金屬中，鎳的消費量僅次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第5位。因此，鎳被視為重要戰(zhàn)略物資，一直為各國所重視。
鎳鐵主要成分為鎳與鐵，同時還含有Cr、Si、S、P、C等雜質(zhì)元素。根據(jù)國際標準（ISO）鎳鐵按含鎳量分為FeNi20（Ni 15％～25％）、FeNi30（Ni 25％～35％）、FeNi40（Ni 35％～45％）和FeNi50（Ni 45％～60％）。又再分為高碳（C 1.0％～2.5％）、中碳（C 0.030％～1.0％）和低碳（C <0.03％）；低磷（P <0.02％）與高磷（P <0.030％）鎳鐵。目前國內(nèi)廠家生產(chǎn)的鎳鐵品位主要集中在1.6～2.0％、4～8％以及10～15％，同時也有小部分廠家能生產(chǎn)含鎳量在20％以上的鎳鐵。
世界上可開采的鎳資源有二類，一類是硫化礦床，另一類是氧化礦床。由于硫化鎳礦資源品質(zhì)好，工藝技術(shù)成熟，現(xiàn)約60％~70％的鎳產(chǎn)量來源于硫化鎳礦。而世界上鎳儲量的65％左右貯存在氧化鎳礦床中，由于其因含有氧化鐵的緣故而呈紅色，因此也俗稱紅土鎳礦。目前發(fā)現(xiàn)的紅土鎳礦多分布在南、北回歸線一帶，如澳大利亞、巴布亞新幾內(nèi)亞、新喀里多尼亞、印度尼西亞、菲律賓和古巴等地。
二、工藝原理
雖然紅土鎳礦處理工藝主要分為濕法冶煉工藝和火法冶煉工藝，但目前世界范圍內(nèi)比較成熟的利用紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金的工藝方法仍舊以火法冶煉為主。
火法冶煉鎳鐵是在高溫條件下，以C（或Si）作還原劑，對氧化鎳礦中的NiO及其他氧化物（如FeO）進行還原而得。同時采用選擇性還原工藝，合理使用還原劑，按還原順序NiO、FeO、Cr2o3、SiO2進行還原反應。
因不同產(chǎn)地的鎳礦成分不同，NiO及各種氧化物之間組成的化合物也有所不同，因而，在鎳鐵冶煉過程中，其實際反應較復雜。反應生成的Ni和Fe能在不同比例下互溶，生成鎳鐵。
從上述（1）、（2）反應式中可看出：NiO、FeO還原反應開始溫度較低，而且，NiO的開始反應溫度比FeO約低200℃；因而，火法冶煉鎳鐵過程中，盡管所采用的鎳礦NiO含量較低，但NiO 90％以上被還原，而且，在Ni／Fe很低的情況下，可通過不同的工藝操作，使產(chǎn)品含Ni量提高到較高水平，與鐵合金其他產(chǎn)品（如高碳鉻鐵、錳硅合金等）相比，電爐粗鎳冶煉難度相對較低。
三、紅土鎳礦預處理
紅土鎳礦屬非結(jié)晶型礦種。不同鎳礦類型，成分波動范圍為：Ni 0.87％～3.85％，F(xiàn)e 6％～50％，MgO 1.5％～32％，Si02 5％～58％，Al2o3 1％～15％，P 0.000 4％～0.000 2％，S 0.00l％～0.08％。
紅土鎳礦另一個特點是水分較高，尤其是目前我國紅土鎳礦主要進口國菲律賓和印尼兩國氣候多雨潮濕，鎳礦中水分基本在30~35％范圍波動。為確保鎳鐵冶煉爐況穩(wěn)定，鎳礦在入爐前必須進行脫水，造塊處理。不同的鎳鐵生產(chǎn)廠家對入爐前鎳礦的脫水燒結(jié)處理普遍使用如下幾種預處理方式：
①回轉(zhuǎn)窯烘干→造塊→回轉(zhuǎn)窯高溫脫水、預熱。
②回轉(zhuǎn)窯烘干→造塊→豎爐燒結(jié)、預還原。
③回轉(zhuǎn)窯烘干→脫水、燒結(jié)（包括預還原）。
不同的鎳礦處理工藝的投資費用及工藝操作難度不同，對整個鎳鐵冶煉工藝綜合能耗及產(chǎn)品質(zhì)量的影響也有所不同，因而，隨著我國鎳鐵生產(chǎn)的規(guī)模化，選擇何種鎳礦預處理方式，值得分析。
四、數(shù)種工藝流程
1、回轉(zhuǎn)窯直接還原法
鎳礦→烘干→破碎→配入焦炭、熔劑混合制團→預熱→回轉(zhuǎn)窯脫水、還原→固融態(tài)渣鐵混合物→水淬→磨碎→跳汰、強磁選等多級渣鐵分離→細粒鎳鐵→電爐重熔→精煉脫硫→鎳鐵。
該工藝利用回轉(zhuǎn)窖全程對鎳團礦進行脫水、焙燒，NiO、FeO等氧化物還原，金屬物聚集，最后生成融態(tài)海綿狀夾渣鎳鐵。熔煉過程熱能來自煤粉（或重油）燃燒放出的熱量，其是火法冶煉鎳鐵生產(chǎn)中，設備最簡單、生成金屬流程最短、綜合能耗最低的生產(chǎn)工藝。
2、鼓風爐法
鎳礦→回轉(zhuǎn)窯烘干→制塊→配入焦炭→鼓風爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、C、P、S→鎳鐵。
該工藝在冶煉設備結(jié)構(gòu)方面與高爐法冶煉鎳鐵有相似之處。冶煉過程中以焦炭燃燒放熱作為熱源，但反應機理有所不同。高爐直接冶煉出的鎳鐵，其含Ni量基本取決于入爐鎳礦中的Ni／Fe比值，而鼓風爐法生產(chǎn)的粗鎳，其含Ni量，不只受限于該比值的大小。
鼓風爐工藝是最早出現(xiàn)的紅土鎳礦冶煉鎳鐵的技術(shù)，1875年，在新喀里多尼亞小高爐就已應用，后法國也有采用，但該法因消耗大量優(yōu)質(zhì)焦炭、污染嚴重而為人詬病。最終該工藝在市場競爭和環(huán)保壓力下停止，1985年日本礦業(yè)公司佐賀關(guān)冶煉廠的最后一座鎳鐵高爐熄火，標志著鼓風爐冶煉鎳鐵技術(shù)在歐美、日本等發(fā)達國家壽終正寢。
3、高爐法
鎳礦→脫水、燒結(jié)、造塊→配入焦炭、熔劑→高爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、C、P、S→鎳鐵。
在國內(nèi)，近年采用的火法冶煉鎳鐵較為普遍，主要是借用于現(xiàn)有煉鐵小高爐直接轉(zhuǎn)產(chǎn)，具體操作與小高爐生產(chǎn)生鐵操作相似，特別適合于使用低Ni、高Fe鎳礦生產(chǎn)低Ni鎳鐵（含鎳生鐵）。
該工藝仍以焦炭燃燒放熱作為冶煉熱能，入爐鎳礦中FeO可被焦炭中的C充分還原，故粗鎳鐵中的Ni含量高低基本受限于入爐鎳礦Ni／Fe的比值大小。
由于國家限制400 m3以下小高爐的使用，而使用礦熱電爐，利用低鎳高鐵鎳礦，直接生產(chǎn)低Ni鎳鐵，其工藝的合理性和易操作性，似乎不及高爐法，因而采用大容量高爐冶煉低Ni鎳鐵值得關(guān)注和研究。
4、電碳熱法
鎳礦→脫水、造塊→配入焦炭、熔劑→電爐冶煉→粗鎳鐵→降C、Si、P、S精煉→鎳鐵。
電碳熱法是以C作還原劑，在電能高溫條件下，對鎳礦中的NiO、FeO等氧化物進行還原，冶煉出鎳鐵，因而，在電爐冶煉過程中，調(diào)整合適的配炭量，限制FeO還原，可生產(chǎn)出Ni含量較高的電爐鎳鐵。
國外火法冶煉鎳鐵主要采用此工藝，國內(nèi)廠家生產(chǎn)含Ni大于10％的產(chǎn)品時亦普遍采用。主要冶煉設備為礦熱電爐，國內(nèi)個別廠家也有使用與電弧爐結(jié)構(gòu)相似的電爐生產(chǎn)（其設備最大容量為9 MVA），其鎳礦預處理方式，冶煉工藝的具體操作，精煉工藝設備配套情況及精煉效果均不盡相同，各項指標對比也存在一定差異。
5、電硅熱法
鎳礦→烘干→破碎→高溫脫水煅燒成塊→配入熔劑→礦熱電爐熔化→NiO熔體→倒人反應包→向反應包加入45％硅鐵→倒包反應→粗鎳鐵→降P、Si精煉→鎳鐵。
電硅熱法工藝是以Si作還原劑，在高溫條件下，對NiO、FeO等氧化物進行還原，生成鎳鐵。
據(jù)資料介紹，國外電硅熱法工藝是在爐外，通過倒包操作，使加入的Si對熔體中的NiO進行還原，生成鎳鐵，與熱兌法生產(chǎn)微碳鉻鐵的反應機理和工藝操作基本相同，因而，可稱之為熱兌法工藝。
五、鎳鐵產(chǎn)業(yè)的意義
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平提高，不銹鋼生產(chǎn)消費快速增長。鉻鎳系不銹鋼是消費鎳的主要不銹鋼品種，由于其優(yōu)異的綜合性能，得到廣泛應用，占不銹鋼總產(chǎn)量的60％～75％。不銹鋼產(chǎn)量的增長將拉動鎳金屬消費量增長。隨著金融危機影響的漸漸消退，鎳價重回2萬美元以上，鎳鐵合金對降低不銹鋼冶煉成本的優(yōu)勢逐漸得到體現(xiàn)，鎳鐵在不銹鋼原料中占據(jù)了重要的地位，國內(nèi)的鎳鐵冶煉行業(yè)在經(jīng)歷了08年的蕭條衰敗后重新迎來了另一個發(fā)展良機。
此外，由于電解鎳主要是由硫化鎳礦冶煉所得，而硫化礦提取工藝成熟，長時間的大量開采使得世界近期可供開發(fā)的硫化礦資源已經(jīng)不多，加之硫化礦資源勘探周期和建設周期均較長，開發(fā)和利用相對比較困難，與硫化鎳礦情況相反的是紅土鎳礦資源豐富，貯存在紅土礦中鎳金屬量占據(jù)了鎳儲量的65％，而每年從氧化鎳礦中提取的鎳只占世界鎳產(chǎn)量的30％，因此隨著世界上硫化鎳礦資源的逐步減少，從氧化鎳礦中提取鎳金屬將具有極大的發(fā)展前景。
| 北京礦冶研究總院以公司為工程化和產(chǎn)業(yè)化實施主體，依托北京礦冶研究總院的人才和技術(shù)優(yōu)勢，針對紅土鎳礦利用的重大技術(shù)問題，開展前瞻性技術(shù)研發(fā)和行業(yè)共性關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)合作。該院多年從事紅土鎳礦冶煉工藝技術(shù)開發(fā)和回轉(zhuǎn)窯直接還原鎳粒鐵科技攻關(guān)和研發(fā)工作，經(jīng)多年的研究實驗，對不同成分紅土鎳礦的配型混合、壓團，以及無熔劑煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原生產(chǎn)鎳粒鐵試驗，有效減輕粉塵率和回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，確�；剞D(zhuǎn)窯穩(wěn)定操作，達到了批量生產(chǎn)的條件。該項目工藝特點是以廉價的煤為還原劑，以回轉(zhuǎn)窯為主要生產(chǎn)設備，具有工藝簡單、能耗小、成本低、不受規(guī)模限制、產(chǎn)品質(zhì)量好（含鎳高）等優(yōu)點。使用該技術(shù)冶煉1噸鎳合金僅需要15噸標準煤，而國內(nèi)其他廠家則需要28噸標準煤，可最大限度降低產(chǎn)品成本，減少紅土鎳礦資源的浪費。同時又可滿足不銹鋼行業(yè)對鎳鐵的需求，取得了經(jīng)濟效益和社會效益的雙贏。技術(shù)成熟可靠，符合國家產(chǎn)業(yè)政策，具有良好的經(jīng)濟效益和廣闊的市場前景 。 |
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氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵(production of ferronickel from nickel oxide ore)
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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。
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自20世紀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，此法已在全世界獲得廣泛應用。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。
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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％)，在熔煉時形成熔點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施和可產(chǎn)生高溫的電爐。生產(chǎn)流程包括干燥、煅燒與預還原、熔煉和精煉等環(huán)節(jié)。
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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％的預干燥礦石。
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煅燒與預還原 用回轉(zhuǎn)窯除去礦石中的化學結(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)的預干燥礦石與煙氣逆向運行，隨著爐料向窯頭方向移動，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)域開始被還原。排料端窯溫控制在1073～1173K，此時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。
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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1513K；爐渣一般含F(xiàn)eO 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。
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精煉 除去粗鎳鐵中的硫、硅、碳、鉻和磷等雜質(zhì)使之達到產(chǎn)品標準的作業(yè)。例如中國1號鎳鐵產(chǎn)品標準要求這些雜質(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入爐渣。粗鎳鐵經(jīng)鑄錠或�；勺罱K產(chǎn)品。
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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。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饕袃煞N：一種是用鼓風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)濟性，通常要求礦石達到一定品位，所以在開始熔煉前，首先需對礦石進行篩選，排除風化程度低，品位低的礦石。爐料需預先在回轉(zhuǎn)窯中干燥脫水，在700～800℃條件下進行預焙燒。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行還原熔煉，產(chǎn)出粗鎳鐵合金。在電爐還原熔煉的過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還原劑的加入量加以調(diào)節(jié)。粗鎳鐵合金再經(jīng)過精煉產(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%，鈷進入合金。 此外硅鎂鎳礦也可以采用外加硫化劑的方法進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爐中進行，也可以用電爐。鎳锍的成分可以通過還原劑(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。其最大特點是處理工藝簡單，流程短。缺點是鈷也進入鎳鐵合金或鎳锍中，失去了鈷應有的價值。 2 濕法冶煉工藝 褐鐵礦類型的紅土鎳礦和含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(簡稱RRAL)，另一種是加壓酸浸工藝(簡稱HPAL)。近年來，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行，流程見圖XX。為了防止?jié)窳显诒簾^程中結(jié)團，在焙燒之前用回轉(zhuǎn)窯干燥，除去95%的水分，其還原焙燒時間為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。浸出過程在鼓空氣浸出槽中進行，金屬鎳、鈷浸出進入溶液并形成鎳、鈷氨絡離子。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改進。 在Towsville 鎳冶煉廠，還原焙燒設備使用層式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： （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，并認為是最好的化學沉鈷劑。 （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。 |
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