回转窑还原—磁选分离生产镍铁工艺解析与探讨

2016-05-04   作者：佚名   网友评论 0 条

 　　赵庆杰

　　东北大学钢铁冶金研究所

　　1、前言

　　回转窑还原——磁选分离生产镍铁工艺的原型是上世纪30年代德国开发的一种古老的非高炉炼铁技术，即“克虏伯-雷恩法(Krupp--Renn法)”。我国依据该工艺产品是颗粒状铁将该工艺译称为”回转窑粒铁法“，简称为“粒铁法”。 “粒铁法”原来是处理不可选的低品位酸性脉石的铁矿生产颗粒状铁的工艺技术。

　　日本金属公司大江山厂自上世纪四、五十年代开始，采用该工艺以红土镍矿为原料生产镍铁，该厂对原材料的预处理、工艺设备、操作做了大量研究和改进，生产取得较好的成效，通常在镍铁行业将该法称为“大江山法”，或“回转窑还原——磁选分离法”。

　　该法以非结焦煤为还原剂和加热的能源，红土镍矿在回转窑内经过干燥、预热;镍、铁矿物的固态还原;镍、铁矿物还原为金属态的镍、铁;红土镍矿中脉石固相造渣;还原新生成的镍、铁聚合长大成1.20～30.0mm的镍铁颗粒，镍铁颗粒悬浮在高粘度的熔渣中，并随同炉渣一块排出回转窑。回转窑排出的炉料经水淬—选择性破碎—重选、磁选获得颗粒状含Ni 10～20%的镍铁。纯净的大颗粒镍铁直接供不锈钢生产使用，含有部分渣的细颗粒镍铁作为镍的捕捉剂和返料重新加入回转窑的配料。

　　该工艺的特点是：冶炼温度远低于矿热炉，产品中非铁杂质元素含量低;以廉价动力煤为还原剂和加热的能源，生产无需加入过多的添加剂、造渣剂，单位产品的渣量低，能耗低、生产成本低。与矿热炉法、回转窑预热预还原——电炉熔炼法(RKEF法)相比具有：能耗低、顿镍产品电耗低、对电网容量要求低、镍回收率高(≯92%)、投资低等优点。

　　但该法物料在回转窑内最终呈半熔融态，操作稍有波动极易产生回转窑内粘结、结圈等故障;回转窑的操作难度大，且难以实现操作自动化;回转窑的作业率低;耐火材料消耗高;单机生产能力小，扩大单机生产能力困难等问题。加之日本的技术封锁，该工艺长期以来未得到推广应用。

　　随着，世界镍资源供应情况的变化，红土镍矿(低品位氧化镍矿)成为我国镍金属生产的主要原料，从能耗、环境友好、生产成本、综合利用低品位镍资源等角度的综合分析，回转窑还原——磁选分离法生产镍铁是业内公认的最经济的沉积型红土镍矿处理方法，虽然，该工艺存在某些缺欠，但从技术层面是红土镍矿冶炼的最佳工艺之一。

　　近年来，我国建成“回转窑还原——磁选分离工艺”红土镍矿生产镍铁生产线数十条，生产线分布于黑龙江、辽宁、河北、河南、山东、山西、江苏、浙江、福建、广东、广西、云南、贵州、四川等地。但这些生产线多数未能顺利投入正常生产运行，或生产效果不理想。存在的主要问题有：工艺流程不顺畅，入窑的炉料处理困难;回转窑“粘结”，“结圈”事故频发，生产稳定性差;镍的回收率低，远未达到预期;甚至，有的生产线经多次开炉未能获得合格产品，生产线处于闲置状态，经济损失巨大，急切寻求解决方案。

　　通过对部分生产线装备情况及生产情况的调研、了解和分析，发现许多生产线的设计、设备的选型、操作控制等方面有值得分析和探讨的必要。

　　作者依据上世纪七十年代，我国“粒铁法”试验、工业化生产的设计、建设、生产操作，以及我国回转窑直接还原技术开发研究、生产运行的的经验和教训。结合“粒铁法”回转窑和直接还原回转窑操作的体会，对回转窑还原—磁选分离生产镍铁工艺生产运行中的一些问题进行解析和探讨，期望能为推动我国回转窑还原—磁选分离镍铁生产发展尽一点绵薄之力。但受学识水平的限制，文中错误和认识的偏颇在所难免，恳请批评、指正。

　　2、回转窑还原—磁选分离工艺过程和特征

　　回转窑还原—磁选分离工艺，即“粒铁法”是一个古老、成熟的工业化生产技术，在上世纪40年代，世界曾有数十条“粒铁法”回转窑在生产。以红土镍矿为原料，采用“粒铁法”工艺生产镍铁在日本、希腊已成功生产数十年。尤其是目前朝鲜有数十条“粒铁法”回转窑在长期稳定生产，生产的粒铁是朝鲜钢铁工业的主要铁源材料。生产实践证明：“粒铁法”是一种可以驾驭的工业化生产方法。

　　1970年，我国在辽阳建成￠2.30×33.8m“粒铁法”回转窑，处理含铁～35%的磁铁矿，生产TFe>95%的颗粒状“粒铁”，成功连续生产4年。1972年广东梅州钢铁厂建成￠3.60×60.0m“粒铁法”回转窑，处理低品位磁铁矿生产TFe>95%的 颗粒状“粒铁”，用于电炉炼钢，连续生产多年。这两个厂后均因高炉生产的发展而转产。1973年，沈阳钢铁总厂进行了采用“粒铁法”处理鼓风炉铜冶炼渣回收铁的￠1.60×18.0m半工业化试验，试验获得成功。但因经济效益难以达到预期而终止研究。以往的我国“粒铁法”的研究、生产为我国直接还原回转窑的发展奠定了基础。

　　2.1、回转窑还原—磁选分离的工艺过程

　　以红土镍矿为原料，采用回转窑还原—磁选分离工艺，即“粒铁法”工艺生产镍铁包括：红土镍矿入回转窑前的预处理;回转窑内的镍矿物、铁矿物的还原，还原出来的金属镍、铁的聚合长大;回转窑还原产品的分离等三个环节。

　　1)、红土镍矿入回转窑前的预处理

　　红土镍矿入回转窑前必须进行预处理。预处理通常有：原材料经破碎、整粒，配料，混合后以散料状态直接入窑法;湿法压块或造球法：半干法压块或造球法等三种方法。

　　散料直接入窑法：将红土镍矿加工成一定粒度的颗粒(≯25mm)，配入适量的还原剂、造渣剂、添加剂，混合均匀后，准确定量的、连续加入回转窑还原。该法适用于可以直接破碎、整粒的红土矿。对于含水高的沉积型红土矿，因红土矿多呈泥状，破碎、整粒困难，入窑物料粒度难以控制，易引发回转窑内物料偏析，破坏生产的稳定性等事故，通常不采用散料直接入窑法。

　　红土镍矿采用与还原剂、造渣剂混合制块，可大幅度改善含铁、含镍矿物的还原动力学条件，是改善、强化回转窑还原的有效方法。

　　但因红土矿湿磨后无法有效脱水，压块强度达不到生产需求，且磨矿、混合、压球、干燥生产成本过高，无法实现稳定生产，多条生产线遭遇被迫放弃红土矿湿法造块工艺的困境。日本大江山厂采用湿法造块生产多年，后因造块成本高等原因改为“半干法压块”工艺。我国在小型试验回转窑生产线中，采用“半干法压块“工艺即：红土矿干燥——破碎—配料(配入还原剂、添加剂、粘结剂)—压块—压块干燥后入窑的方法获得成功，生产顺行，表明采用“半干法压球“工艺是可行的，是应予以尝试的方法。

……