中国的现代化镍铁冶炼还处于空白状态,目前生产低镍生铁的小高炉和小矿热炉工艺由于高能耗、高污染,在激烈的市场竞争下正逐渐退出历史舞台。
1、鼓风炉(小高炉)工艺
鼓风炉工艺是最早出现的红土镍矿冶炼镍铁的技术,1875年,在新喀里多尼亚小高炉就已应用,后法国也有采用,但该法因消耗大量优质焦炭、污染严重而为人诟病。最终该工艺在市场竞争和环保压力下停止,1985年日本矿业公司佐贺关冶炼厂的最后一座镍铁高炉熄火,标志着鼓风炉冶炼镍铁技术在欧美、日本等发达国家寿终正寝。
前几年我国快速发展的不锈钢生产拉动了镍铁需求,在高镍价、低价焦炭、低环保门槛的条件下,部分投资者利用钢铁产业政策淘汰的炼铁高炉冶炼镍铁,获得暴利。但随着焦炭价位回归合理、镍价下跌和环保政策落实,目前高炉镍铁厂大部分已停产。
高炉冶炼镍铁技术必将被淘汰的主要原因是:
(1) 原料适应性差、高炉无法大型化红
适用“高铁低镁(低镍)”红土镍矿,当红土矿含镍1.5%、含铁35%时可得到含镍约 4%的低镍生铁。如果用低铁高镁(高镍)矿,高炉渣量大、粘度大炉况顺行难以保证。
由于炉料强度低,只能采用小型高炉(矮高炉)生产镍铁。
(2) 产品质量难以符合炼钢要求
高炉含镍生铁品位低,一般在2~8%,大多在5%以下,冶炼不锈钢时需要配合加入较多的镍板,这提高了单位原料镍的成本。
该工艺焦炭、熔剂的用量大,p、s大部分进入产品,镍铁品位低、ω (s)、ω(p)含量高,增加了不锈冶炼的负担。
(3) 生产工艺不稳定
镍铁的成分波动大,不易控制,难以大批量稳定供货。
(4) 焦比高
生产含镍2%的镍铁,每吨镍铁的焦炭消耗大于1.0t;生产含镍5%的镍铁,每吨镍铁的焦炭消耗量约2.0t。
(5) 污染严重
除去传统高炉污染,氟化物的污染更严重。为保持高炉顺行,必须加入萤石以提高炉渣流动性,萤石加入量占炉料总量的8~15%,国内镍铁小高炉没有脱氟设备,全部放散,对人和环境伤害巨大。
2、冷料入炉“烧结机-矿热炉”镍铁工艺
由于焦炭涨价和用户要求高含镍量的镍铁,国内建设了一些用烧结机生产红土镍矿烧结矿,冷却后入矿热炉冶炼镍铁的工厂。其中很多是改造旧的铁合金电炉来生产镍铁,变压器容量多为6.3mva、9mva和12.5mva,最大的为25mva。
该工艺不用焦炭,原料适应性比小高炉好,产品镍含量更高,但仍存在能耗高、效率低的缺陷。某厂用2%品位的镍矿,生产含镍11~14%的粗镍铁,每吨粗镍铁冶炼电耗(1~1.2)×104kwh/t,折合吨金属镍电耗8.8万kwh,是rkef工艺的2倍多。原因在于:“烧结机-矿热炉”工艺无法为矿热炉提供预还原的高温料。
25mva矿热炉4h出一次铁,每次出铁量约15t,折合lmw功率年产镍金属量仅140t。
高电耗和低效率与冷料入炉相关,大量时间和电力用于炉料升温。
笔者所见的“烧结机(有的还采用土法烧结工艺和烧结锅工艺准备矿热炉用原料)-矿热炉”工艺的产镍铁厂都没有完善的环保设备,特别是矿热炉为敞开式或者半密闭的小烟罩式,不能回收煤气,不但污染环境,还造成煤气浪费。烧结机也全部没有安装余热回收利用设施,这类工厂不具备现代化、大规模的镍铁生产条件。
有的工厂利用电弧炉处理烧结矿,生产镍铁,效益更差,基本上已停产。
3、还原造锍工艺
最初在鼓风炉内进行生产,由于能耗高遭到淘汰。
目前有些企业在电炉内进行造锍熔炼,得到低钢冰镍。该工艺与传统硫化镍处理工艺相同。由于红土矿品位低,低冰镍产品含镍少,渣量巨大,并且能耗高,使得该工艺无法与硫化镍矿传统处理流程进行竞争。采用该工艺的企业不多。