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**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**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)需要克服的技術(shù)難關(guān)。據(jù)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。
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(guò)渡金屬。鎳的應(yīng)用在于鎳的抗腐蝕性，合金中添加鎳可增強(qiáng)合金的抗腐蝕性能。不銹鋼與合金生產(chǎn)領(lǐng)域是鎳廣泛應(yīng)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(duì)鎳消費(fèi)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(gè)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(fèi)量?jī)H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(guó)所重視。
鎳鐵主要成分為鎳與鐵，同時(shí)還含有Cr、Si、S、P、C等雜質(zhì)元素。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（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(guó)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(shí)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(kāi)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(lái)源于硫化鎳礦。而世界上鎳儲(chǔ)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(duì)氧化鎳礦中的NiO及其他氧化物（如FeO）進(jìn)行還原而得。同時(shí)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(jìn)行還原反應(yīng)。
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(guò)程中，其實(shí)際反應(yīng)較復(fù)雜。反應(yīng)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(yīng)式中可看出：NiO、FeO還原反應(yīng)開(kāi)始溫度較低，而且，NiO的開(kāi)始反應(yīng)溫度比FeO約低200℃；因而，火法冶煉鎳鐵過(guò)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(guò)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(duì)較低。
三、紅土鎳礦預(yù)處理
紅土鎳礦屬非結(jié)晶型礦種。不同鎳礦類型，成分波動(dòng)范圍為：Ni 0.87％～3.85％，F(xiàn)e 6％～50％，MgO 1.5％～32％，Si025％～58％，Al2o3 1％～15％，P 0.000 4％～0.000 2％，S 0.00l％～0.08％。
紅土鎳礦另一個(gè)特點(diǎn)是水分較高，尤其是目前我國(guó)紅土鎳礦主要進(jìn)口國(guó)菲律賓和印尼兩國(guó)氣候多雨潮濕，鎳礦中水分基本在30~35％范圍波動(dòng)。為確保鎳鐵冶煉爐況穩(wěn)定，鎳礦在入爐前必須進(jìn)行脫水，造塊處理。不同的鎳鐵生產(chǎn)廠家對(duì)入爐前鎳礦的脫水燒結(jié)處理普遍使用如下幾種預(yù)處理方式：
①回轉(zhuǎn)窯烘干→造塊→回轉(zhuǎn)窯高溫脫水、預(yù)熱。
②回轉(zhuǎn)窯烘干→造塊→豎爐燒結(jié)、預(yù)還原。
③回轉(zhuǎn)窯烘干→脫水、燒結(jié)（包括預(yù)還原）。
不同的鎳礦處理工藝的投資費(fèi)用及工藝操作難度不同，對(duì)整個(gè)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(guó)鎳鐵生產(chǎn)的規(guī)模化，選擇何種鎳礦預(yù)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(tuán)→預(yù)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(qiáng)磁選等多級(jí)渣鐵分離→細(xì)粒鎳鐵→電爐重熔→精煉脫硫→鎳鐵。
該工藝?yán)没剞D(zhuǎn)窖全程對(duì)鎳團(tuán)礦進(jìn)行脫水、焙燒，NiO、FeO等氧化物還原，金屬物聚集，后生成融態(tài)海綿狀?yuàn)A渣鎳鐵。熔煉過(guò)程熱能來(lái)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(shè)備簡(jiǎn)單、生成金屬流程短、綜合能耗低的生產(chǎn)工藝。
2、鼓風(fēng)爐法
鎳礦→回轉(zhuǎn)窯烘干→制塊→配入焦炭→鼓風(fēng)爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、C、P、S→鎳鐵。
該工藝在冶煉設(shè)備結(jié)構(gòu)方面與高爐法冶煉鎳鐵有相似之處。冶煉過(guò)程中以焦炭燃燒放熱作為熱源，但反應(yīng)機(jī)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(fēng)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(fēng)爐工藝是早出現(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(yīng)用，后法國(guó)也有采用，但該法因消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)焦炭、污染嚴(yán)重而為人詬病。終該工藝在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)保壓力下停止，1985年日本礦業(yè)公司佐賀關(guān)冶煉廠的后一座鎳鐵高爐熄火，標(biāo)志著鼓風(fēng)爐冶煉鎳鐵技術(shù)在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)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(guó)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(guó)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(duì)鎳礦中的NiO、FeO等氧化物進(jìn)行還原，冶煉出鎳鐵，因而，在電爐冶煉過(guò)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(guó)外火法冶煉鎳鐵主要采用此工藝，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)含Ni大于10％的產(chǎn)品時(shí)亦普遍采用。主要冶煉設(shè)備為礦熱電爐，國(guó)內(nèi)個(gè)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(shè)備大容量為9 MVA），其鎳礦預(yù)處理方式，冶煉工藝的具體操作，精煉工藝設(shè)備配套情況及精煉效果均不盡相同，各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)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(yīng)包→向反應(yīng)包加入45％硅鐵→倒包反應(yīng)→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(duì)NiO、FeO等氧化物進(jìn)行還原，生成鎳鐵。
據(jù)資料介紹，國(guó)外電硅熱法工藝是在爐外，通過(guò)倒包操作，使加入的Si對(duì)熔體中的NiO進(jìn)行還原，生成鎳鐵，與熱兌法生產(chǎn)微碳鉻鐵的反應(yīng)機(jī)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(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平提高，不銹鋼生產(chǎn)消費(fèi)快速增長(zhǎng)。鉻鎳系不銹鋼是消費(fèi)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(yīng)用，占不銹鋼總產(chǎn)量的60％～75％。不銹鋼產(chǎn)量的增長(zhǎng)將拉動(dòng)鎳金屬消費(fèi)量增長(zhǎng)。隨著金融危機(jī)影響的漸漸消退，鎳價(jià)重回2萬(wàn)美元以上，鎳鐵合金對(duì)降低不銹鋼冶煉成本的優(yōu)勢(shì)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(guó)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(lái)了另一個(gè)發(fā)展良機(jī)。
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(zhǎng)時(shí)間的大量開(kāi)采使得世界近期可供開(kāi)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(shè)周期均較長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)和利用相對(duì)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(chǔ)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。
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北京礦冶研究總院以公司為工程化和產(chǎn)業(yè)化實(shí)施主體，依托北京礦冶研究總院的人才和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，針對(duì)紅土鎳礦利用的重大技術(shù)問(wèn)題，開(kāi)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(kāi)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(shí)驗(yàn)，對(duì)不同成分紅土鎳礦的配型混合、壓團(tuán)，以及無(wú)熔劑煤基回轉(zhuǎn)窯直接還原生產(chǎn)鎳粒鐵試驗(yàn)，有效減輕粉塵率和回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈，確保回轉(zhuǎn)窯穩(wěn)定操作，達(dá)到了批量生產(chǎn)的條件。該項(xiàng)目工藝特點(diǎn)是以廉價(jià)的煤為還原劑，以回轉(zhuǎn)窯為主要生產(chǎn)設(shè)備，具有工藝簡(jiǎn)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(diǎn)。使用該技術(shù)冶煉1噸鎳合金僅需要15噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而國(guó)內(nèi)其他廠家則需要28噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可大限度降低產(chǎn)品成本，減少紅土鎳礦資源的浪費(fèi)。同時(shí)又可滿足不銹鋼行業(yè)對(duì)鎳鐵的需求，取得了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙贏。技術(shù)成熟可靠，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場(chǎng)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(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。
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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。
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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(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)。
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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(yù)干燥礦石。
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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。
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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(diǎn)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(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?；山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(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^(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，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。
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