鹏飞集团开发利用回转窑煅烧红土镍矿
目前我国镍冶炼工艺基本上处于以电解镍为主的单一产品的局面。研究开发利用红土型镍矿生产镍铁的技术是必要的。红土型镍矿用来生产镍铁在经济上合理，没有必要一定要生产电解镍 。近年来，为了保证国民经济发展对镍的需求，中国一批企业实施 “ 走出去”的发展战略，参与海外镍矿资源的开发，对我国镍的稳定供应发挥重要作用。 氧化镍矿广泛分布于赤道地区，运距近，海运费用不高。随着硫化镍矿资源枯竭 ，氧化镍矿( 红土镍矿 )的开发利用在世界上已经得到迅猛的发展 。
1 氧化镍矿的冶炼工艺综述目前世界上以氧化镍矿为原料生产原生镍的工艺可以分为火法冶金和湿法冶金两种。火法冶金生产镍金属的产量依然占据主要地位。但近年来湿法冶金工艺得到快速发展，新建设了一些采用高压酸浸工艺生产镍和钴的工厂。 湿法冶金工艺分为两种：一种是氨浸法，由 于受到原料和成本的限制 ，近年来没有建设新的工厂。另外一种工艺是酸浸法，适合于处理低镁含量的氧化镍矿。新发展起来的火法和湿法结合 的工艺显示了其优势：适合任何类型的氧化镍矿， 成本较低，但仍存在一些技术问题需要解决，从资源利用和能源节约来讲，高压酸浸工艺具有优势和潜力，已经成为重要的研究课题。但是从投资、建设周期、技术成熟的角度出发，预计还将新建设一批火法冶炼镍的工厂 ，产品可以是镍铁，也可以是镍锍。
2 火法冶金工艺综述
火法冶金工艺可以分为两个大类：鼓风炉( bf炉，即高炉)熔炼和回转窑 一矿热炉一转炉 ( rke f)熔炼工艺。
2． 1 高炉冶炼镍铁的工艺鼓风炉熔炼工艺：
1 8 6 3 年发现红土矿后，即开始用b fi艺处理这种难熔的镁质硅酸盐氧化镍矿石。由于能源消耗 ，环境保护、投资和生产成本等原因，这种工艺在世界上已经被淘汰。除了中国以外，目前全世界已经没有采用这种工艺生产镍铁的工厂 ( 最后停产的是俄罗斯乌拉尔镍公司和乌发利镍厂的镍铁生产高炉)。 高炉冶炼工艺简单，工艺流程是：根据进入工厂的原料的情况，对原料进行处理 ( 如人工挑选出含镍很低的石块、进行破碎和筛分)，然后利用烧结机的混料和配料设备，向氧化镍矿中加入还原剂和熔剂，并混合均匀 ( 也可以使用造球
设备造球)。 混合后的料通过布料机分布到烧结机的台车上，经过烧结后，得到含镍的烧结矿。烧结矿再被送到高炉料场，经过筛分后加入高炉。高炉冶炼后生产出的含镍生铁含较高的有害杂质和较低的镍，直接用于冶炼不锈钢将降低粗制镍铁中镍的价值。为此需要在高炉的后面建设脱除粗制镍铁中的磷 、硅、碳、硫等有害元素的精炼施。 这些精炼设施还可以根据用户的要求，提高镍铁中镍的含量。 鼓风炉熔炼工艺被淘汰的原因：
一. 是这种工艺的环境污染问题没有有效的解 决办法，除了传统的高炉污染因素以外，为了提高炉渣的流动性和减少炉身结瘤 ，要向炉料中加入萤石( c a f ： ) ， 为了避免氟化物的污染，这种操作经被禁止。对于含a1 ： o 比较高的氧化镍矿， 由于加入炉内的萤石比例大，这个问题更加严重。由于用红土镍矿生产的烧结矿的强度低，不适合于大型高炉冶炼，一般用小型炼铁高炉和小型烧结机生产镍铁。中国生产镍铁的高炉的容积从5 0 m n3 8 0 m 3 ( 据报道还有更小的高炉，主要以l 5 0 m 以下高炉为主) ， 烧结机从l 8 m ns o m 。有些镍铁 生产厂缺少必要的环保设施 ，碳的氧化物、硫的氧化物、氟化物、粉尘已经对工厂周边的环境造成严重污染。这种利用黑色冶金淘汰的设备转产有色金属的做法不可取。
二. 是镍的回收率低。这种生产镍铁的工艺，矿石中镍的回收率普遍低于 9 0％。有些工厂停留在生产粗制镍铁的初级生产阶段，没有镍铁的精炼车间。因此，这个回收率与国外文献中看到的镍的回 收率有差别。
三. 是能源消耗高，且必需高价的焦炭。从烧 结工序来讲，在小型烧结机固有的浪费能源的特性的基础上，又增加了返矿率高的浪费能源的因 素。从高炉工序来讲，淘汰小高炉的重要原因之一就是能源浪费，现在又增加了大渣量的因素。 有些工厂的高炉煤气和余热没有得到有效地回收 利用 ，宝贵的能源被浪费了，同时也污染了环 境。
四. 是产品不经过精炼，杂质含量高，不符合国际镍产品贸易的标准。我们要求镍铁含有较高的镍含量，含有低碳、硅、硫、磷含量。我国高炉生产的镍铁基本上全部是高碳、低镍、高硅的产品，磷的含量由原料决定，现在低磷原料供不应求。这种半成品中的镍元素的价值远低于合格镍铁中镍元素的价值 ，而且铁元素基本上无价值地送给用户。五. 是单位镍产量的投资大：建设机械化料场、烧结机、高炉的投资高于建设rkef工艺的 投资。当然利用现有的、行业政策要求淘汰的小型设备生产镍铁，投资是节省的。 这种工艺在低价的红土镍矿、极高价位的镍价、环保政策和能源政策执行不利的情况下得到了发展。相信，红土镍矿的价格还将上涨 ，镍价将回落到合理的价位，国家环保和节能政策将得 到执行，这种工艺将会自动地退出市场竞争。2 ． 2 火法冶金的rke f工艺rke f工艺发明于上世纪5 0 年代，目的是取 代鼓风炉工艺生产镍铁。这种工艺开创了火法冶 炼镍铁的新篇章。据不完全统计，全世界目前采 用这种工艺的镍铁冶炼厂有l 7 家。 基本的工艺流程：矿石处理和还原剂的准备
— —回转窑煅烧——热装入矿热炉冶炼——粗制镍铁的炉外脱硫——在转炉中脱除硅、磷、碳、 硫、锰等杂质——精制镍铁水铸块 ，另外需要建 设回收和利用转炉炉渣中的铁和镍的车间。 ( 1 ) 矿石处理和还原剂的准备
矿石运入原料场后 ，经破碎、中和混匀、配入还原剂后送入回转窑。也有的工厂在进入回转窑前对炉料进行预烘干处理，还有的增加炉料的造球工序。炉料的配比是重要的，这对于防止回转窑结圈 ( 炉料粘结在炉内衬上)、控制炉料的导电性、分离矿热炉内的渣子和金属 ( 镍、铁) 有决定性的作用。
( 2 ) 回转窑煅烧
回转窑的工作区可以分为三段，即干燥段、加热段、焙烧段。在回转窑中，矿石被焙烧脱水，重量减少3 0％左右。同时，氧化镍和部分铁被炉料中的还原剂还原。在回转窑出料端设有密封的出料装置，镍渣以6 00～9 0 0 ℃的温度在隔热的状态下被送入到矿热炉保温的供料料仓 ，再通过一个密封的管状布料装置，均匀地分配到矿热炉内。根据炉料的处理方式不同，回转窑有不同的直径和长度的比值。回转窑的烧嘴结构是重要的，有效地调整火焰的长度和刚度，保证炉内三个工作区的温度在工艺要求的范围内。另外，要充分考虑利用回转窑的烟气烘干炉料，以节能。
( 3 ) 热装入矿热炉冶炼
回转窑出来的料经过称量以后，在热态被装入到矿热炉中。矿热炉的加料系统需要适应热装 料的需要。热装很重要，除了回收物理热以外，还要保证在料的转运过程中不被二次氧化。为了环保、工业卫生、回收粉尘、回收煤气，矿热炉被密封起来。在矿热炉中通过电弧冶炼 ，分离出 粗制镍铁和电炉炉渣，同时产生含7 5 ％co的还原 性气体，气体经过净化以后 ，做为回转窑的燃料使用，约占回转窑燃料的3 0 ％。 根据原料不同，1吨原料矿经回转窑焙烧后可得~ 0 6 5 0～ 7 0 0 k g 的镍渣，在矿热炉中冶炼后可得到l 1 0～l 5 0 k g 的粗制镍铁。粗制镍铁中的镍含量 一般为l 0 ％～l 8 ％。 ( 4 )粗制镍铁的精炼
·在矿热炉向铁水包出铁的过程中，向包加入苏打灰，加入的比例是每吨镍铁水5 ～l 5 k g，镍铁水中的硫可以降no ． 0 l 5 ％～0 ． 0 8 ％。也可以在出铁后向铁水包中喷入颗粒镁，这需要用特殊的蒸发器将颗粒镁喷入包内1 ． 0 m左右的深处， 该工艺可将铁水中的硫降no ． 0 l 5 ％以下。
·清除粗制镍铁水上面的渣子，并兑入到酸性转炉中，通过吹氧硅被氧化。为了控制熔池温度不过高，向炉内加金属废弃物或者含镍废料。
·脱硅后的镍铁水再被兑入到碱性转炉中， 在这里去除镍铁水中的碳、磷和部分铁。冶炼过程中向转炉内加入石灰石。有充足的含镍废料时可以用石灰代替石灰石。 碱性转炉中出来的镍铁水已经符合商品镍铁标准的要求，可以作为商品镍铁出售。 另外，粗制镍铁的二步法精炼工艺是将酸性转炉， 改为碱性转炉，采用新工艺实现在第一个转
炉内脱硅和脱硫。 从第一个转炉出来的镍铁水再进入第二个碱性转炉内脱磷、脱碳。冶炼过程中向炉内加入石灰和石灰石，保证合适的冶炼温度。 二步法精炼可得到合格的精制镍铁水。 2 ． 3 粗制镍铁直接冶炼不锈钢的工艺 ( 开发中) 在上述的二步法精炼工艺中，将第二个转炉改为用氩气和氧气的精炼转炉，可以直接生产3 0 0 系列的不锈钢。 这种工艺可不建设用来熔化废钢的电炉、充分利用硅氧化的热量、节省投资和能源，充分利 用了粗制镍铁中的铁元素。 这项技术有诱人的前景，但还在探索。
3 建设镍铁生产厂需要考虑的因素 从资源综合利用、有色金属工业长远发展规划的战略目标出发，有必要选择中国合适的区域建设大型镍铁生产基地。但是，切忌一哄而上。 建设镍铁生产基地应该具备下面的条件： ·必须落实矿石的来源： 不同的矿石适应不同的冶炼工艺。火法工艺优先选择以硅镁镍矿做原料，在决策建设镍铁生产厂前必须落实适合干火法冶金的氧化镍矿石的来源。目前镍矿涨价已成定局，镍矿的来源将出现困难。