红土镍矿直接还原冶炼技术

2015-05-06

范云铎
　　上海火红冶炼技术服务有限公司

　　镍是十种常用有色金属之一，镍及镍合金具有优异的工艺性能及极可贵的物理化学性质，在有色金属及合金中占有相当重要的地位。目前镍元素被视为重要战略物质，其资源一直为各国所重视。镍的应用是由镍的抗腐蚀性决定的，目前广泛用于航天、国防、军工、核电工业、冶金工业、石油化工工业、及民用工业中。

　　介绍回转窑直接还原镍铁冶炼技术：

　　一、国内镍铁生产现状

　　红土镍矿处理工艺主要分为湿法冶炼工艺和火法冶炼工艺，但世界范围内比较成熟的利用红土镍矿冶炼镍铁合金的工艺方法仍旧以火法冶炼为主。自20世纪50年代新喀里多尼亚多尼安博(Doniambo)冶炼厂首先采用回转窑–电炉熔炼(RKEF法)氧化镍矿生产镍铁以来，此法目前仍在全世界获得广泛应用。随着冶金科学技术的发展，RKEF工艺也引用了自动化控制技术及矿热炉容量有很大的增加，其他工艺变化很少，没有从根本上改变工艺及流程。我国是最大的镍铁生产国，国内红土矿镍铁冶炼技术已是相当成熟，目前回转窑—电炉冶炼法(RKEF)生产镍铁已是国内镍铁生产主流工艺技术，国内红土矿回转窑直接还原(大江山法)只有部分厂家应用，工艺技术仅限于水淬技术，其他大部分厂家受工艺、控制的影响还是存在一些问题，很是不理想。

　　二、镍铁生产存在的主要问题

　　回转窑—电炉还原(RKEF)生产工艺仍然存在的不足之处，投资金额比较大;电炉冶炼的电耗较大，占生产成本的40%～50%左右，以电作为主要能源，不符合国家节能、减排、降耗的产业政策，其缺点是(1)大江山法：a、镍铁中的镍、铁的含量不稳定。b、镍铁精粉含水分较多。选矿过程繁琐。c、控制不当造成结圈事故。(2)RKEF法：投资和冶炼成本大，高电耗、高污染，工艺流程长。

　　研发以煤代电，当前对改进和完善镍铁生产技术的研究势在必行，研究新工艺、新思路解决现有火法冶炼RKEF工艺中普遍存在的高能耗、高污染等难题。大力发展煤基还原技术有着现实意义。

　　三、回转窑红土镍矿直接还原技术的主要工艺特点

　　回转窑—电炉还原(RKEF)生产工艺中的矿热炉，它的作用就是将还原后的镍、铁与炉渣经过高温实现分离，实现所选矿种目的。在这里介绍红土镍矿直接还原冶炼技术就是没有矿热炉，在回转窑分离段也同样实现炉渣与镍铁分离，同样实现选矿目的，冶炼出来的产品也同样是(含镍)镍铁水，镍铁水进入铸铁机浇注成锭，或着进入铁水包转运到下一步不锈钢生产用原料，它的优势就是：冶炼用的能源不是电能而是燃煤，生产成本比RKEF工艺至少降低40%～50%、铁水的镍和铁的成分可有效控制。

　　冶炼原理

　　(一)、氧化镍、铁的还原反应为：

　　红土矿中的镍是以氧化物状态存在，铁为多价元素，存在Fe2O3、Fe3O4F、FeO等多价氧化物，根据逐级反应的原则，其还原过程应为：Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe。

　　而镍是以氧化物状态存在
 

　　NiO+C=Ni+CO↑

　　NiO+CO=Ni+CO2 (1)

　　3 Fe2O3+CO=2 Fe3O4+CO2

　　Fe3O4+CO=3FeO+CO2

　　FeO+CO= Fe+CO2 (2)

　　火法冶炼镍铁是在高温条件下，以C(或Si)作还原剂，对氧化镍矿中的NiO及其他氧化物(如FeO)进行还原而得。同时采用选择性还原工艺，合理使用还原剂，按还原顺序NiO、FeO、Cr2O3、SiO2进行还原反应。 因不同产地的镍矿成分不同，NiO及各种氧化物之间组成的化合物也有所不同，因而，在镍铁冶炼过程中，其实际反应较复杂。反应生成的Ni和Fe能在不同比例下互溶生成镍铁。从上述(1)、(2)反应式中可看出：NiO、FeO还原反应开始温度较低，而且NiO的开始反应温度比FeO约低200℃;因而火法冶炼镍铁过程中，尽管所采用的镍矿NiO含量较低，但NiO 90%～95%以上被还原，可通过不同的工艺操作，使产品含Ni量提高到较高水平，与铁合金其他产品(如高碳铬铁、锰硅合金等)相比，电炉粗镍冶炼难度相对较低。

　　红土镍矿属非结晶型矿种。不同镍矿类型，成分波动范围为：

　　Ni 0.87%～3.85%，Fe 6%～50%，MgO 1.5%～32%，Si02 5%～58%，Al2O31%～15%，P 0.000 4%～0.000 2%，S 0.00l%～0.08%。

　　以下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

　　(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。

　　(二)产品类型

　　1、图(1)所显示的产品是回转窑红土矿直接还原水淬(大江山法)后经磁选所选出镍铁粒子。图(2)所显示的产品是回转窑红土矿直接还原水淬选出镍铁粒子后再经磨机后磁选所选出镍铁精粉，图(3)所显示的产品是回转窑-矿热炉(RKEF)法