回转窑预还原-侧吹熔分处理红土镍矿的新工艺

2017-08-28 作者：佚名网友评论 0 条

中国恩菲提出采用回转窑预还原-侧吹熔分炉处理红土镍矿新工艺。该创新工艺的侧吹熔分炉可替代红土矿回转窑直接还原工艺磨矿选矿段，该工艺较回转窑直接还原-磨矿磁性工艺吨镍铁成本降低约1400元。

　　徐小锋，邬传谷

　　中国恩菲工程技术有限公司

　　1、概述

　　目前世界上几个传统的硫化镍矿矿山的开采深度日益加深，矿山开采难度加大。世界上硫化镍矿资源紧缺，而镍消费量却不断攀升。中国是镍资源贫乏国家，大量红土镍矿从离中国较近的东南亚各国进口，随着各国红土矿出口产业政策的调整，在当地建冶炼厂的需求不断增加。但东南亚红土矿主要产出国如印尼、菲律宾等国基础设施较弱，缺电、缺焦。采用电炉法必须配备电厂，存在投资大和建设周期长等问题；采用高炉法受制于焦炭供应，还存在原料要求严格、污染大、规模小等问题。直接还原工艺近几年获得长足发展，但仍存在规模小、作业率低、回收率低、选矿工艺繁琐和产品品质低等问题。

　　针对目前各工艺存在的问题，中国恩菲以红土镍矿冶炼和侧吹熔融还原炉等技术优势，结合国内直接还原处理红土镍矿的生产经验，提出富氧侧吹熔池熔炼技术（DK-SSC）：首先通过焙砂热送，利用焙砂显热；其次侧吹熔分炉充分利用磁选抛弃的焙砂内残留的固定碳，通过燃烧放热，降低燃料率。DK-SSC技术具备燃料适应性强、投资低、成本低和产品质量好等优势，具有广阔的发展前景。

　　2、工艺方案

　　富氧侧吹熔池熔炼技术（DK-SSC）的工艺流程在焙砂加入侧吹炉之前的工艺和原有的直接还原工艺保持基本一致，回转窑生产的焙砂不进行磁选，而是热态加入侧吹炉进行熔池熔炼生产镍铁，与原工艺流程的比较见图2-1。总体工艺主要为原料准备系统、配料和制团系统、回转窑焙烧系统、侧吹熔炼系统和烟气处理系统，用侧吹炉替代繁琐的磨矿和选矿工艺。

　　高温焙砂加入侧吹熔炼炉，煤粉和富氧空气（～70%）通过喷枪喷入熔池渣层内部燃烧，生成高温气体，对加入的焙砂等物料进行加热，使之在熔池内熔化，并发生还原反应，使焙砂中部分铁、镍等氧化物被还原，生成镍铁水进入炉缸，与脉石（SiO2、MgO、Al2O3、CaO等）成分分离。放渣温度约为1550℃，镍铁放出温度约为1450℃。

　　渣从排放渣口放出经水碎后送渣场或进一步利用；镍铁从合金排放口放出后可热送至不锈钢冶炼车间，也可以直接浇铸成镍铁锭送成品库；烟气经二次燃烧室燃烧CO后可送至干燥窑进行余热利用。

图2-1 焙砂磁选与侧吹工艺流程比较

　　3、富氧粉煤侧吹熔分工艺的特点

　　（1）原料适应性广、生产灵活

　　侧吹熔分熔池熔炼炉能处理不同类型的红土镍矿，可根据不同类型的红土镍矿调整少量熔剂，进行工艺参数调整，实现灵活生产。

　　（2）作业率高、安全性好

　　年作业时间可达300～330天。侧吹熔池熔炼炉炉墙为二层结构形式。从内到外为耐火砖、铜水套。耐火材料起隔热作用，减少炉子的热损失。而外层铜水套在炉墙上形成了一个冷却强度很大的冷却层，使得炉墙耐火材料始终在低温下工作。铜水套和内衬砖的结构有利于冷却和挂渣，大大延长了炉子寿命，炉子整体大修周期两年以上。

　　（3）氧气浓度高、热利用率高

　　该工艺采用高富氧熔炼，富氧浓度达70%-90%，冶炼废气量小。通过侧吹喷枪直接向熔体内部补热。燃料直接在熔体内燃烧，放出热量大部分被熔体吸收，加热速度快，热量利用率高，可以快速有效调节熔池温度。侧吹炉处理红土镍矿产生的高温烟气可以通过处理后送往干燥窑进行预热利用，设备大型化后可采用余热锅炉回收余热，产生的蒸汽可进行发电，使烟气余热得到充分利用。

　　（4）能源结构合理，燃料适应性强

　　侧吹熔炼处理红土镍矿新工艺完全不使用焦碳，而使用较为便宜的粉煤作燃料，具有成本低，来源广的特点。也可根据项目当地的能源情况进行灵活选择，喷枪可使用天然气、发生炉煤气、高炉煤气等燃料。该工艺在基础设施薄弱、电力供应缺乏的国家地区，不受能源限制具备更强的竞争力。

　　（5）炉内氧势控制灵活

　　可以通过喷枪喷入的燃料和氧气的相对量的调节，有效控制参与冶炼反应的氧气的氧势，使熔池内部还原氛围可控，杜绝泡沫渣、喷炉等不利炉况的发生。

　　（6）环保好

　　侧吹浸没燃烧熔池熔炼工艺采用微负压操作，无烟气外逸；熔炼炉放出口和热物料输均采用强化通风，满足岗位环境卫生标准要求。

　　（7）产品质量优

　　独特的熔池熔炼原理，使镍铁杂质含量低，产品质量不低于RKEF工艺的产品；产品形式与RKEF工艺的产品相同，既可热送至炼钢系统，也可铸锭生产镍铁锭。

　　4、富氧粉煤侧吹熔分炉的特点

　　富氧煤粉侧吹炉采用矩形炉型结构，放置条形混凝土基础上，炉底通风冷却。炉子由炉缸，炉身，炉顶构成。炉缸外围钢板，内衬耐火材料，在炉缸的一侧开有上渣口和下渣口，在炉缸最底部设有底排放口；炉身侧墙由铜水套内衬耐火砖构成，侧吹炉铜水套和钢水套采用循环水水冷保护。

　　侧吹炉的核心元件为炉体两侧的喷枪。喷枪可以向炉内喷入煤粉和富氧空气，用以补充反应热。根据炉内温度变化，随时调整气量，反应灵敏，有利于炉子的控制。同时，喷枪向炉内喷入气体产生气泵作用，使熔池产生强烈搅动，迅速完成炉料熔化还原等传质传热反应。侧吹还原炉可以适应不同类型的燃料，喷枪可以根据燃料种类的不同进行设计和调整，可以喷粉煤、天然气、高炉煤气和发生炉煤气等。

　　5、主要技术指标

　　以年处理红土镍矿11.1万吨（干基）为例，红土镍矿成分见表5-1。

表5-1 红土镍矿（干基）主要成分