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目前我國(guó)鎳冶煉工藝基本上處于以電解鎳為主的單一產(chǎn)品的局面。研究開(kāi)發(fā)利用紅土型鎳礦生產(chǎn)鎳鐵的技術(shù)是必要的。紅土型鎳礦用來(lái)生產(chǎn)鎳鐵在經(jīng)濟(jì)上合理，沒(méi)有必要一定要生產(chǎn)電解鎳。近年來(lái)，為了保證國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)鎳的需求，中國(guó)一批企業(yè)實(shí)施 “ 走出去”的發(fā)展戰(zhàn)略，參與海外鎳礦資源的開(kāi)發(fā)，對(duì)我國(guó)鎳的穩(wěn)定供應(yīng)發(fā)揮重要作用。 氧化鎳礦廣泛分布于赤道地區(qū)，運(yùn)距近，海運(yùn)費(fèi)用不高。隨著硫化鎳礦資源枯竭，氧化鎳礦( 紅土鎳礦 )的開(kāi)發(fā)利用在世界上已經(jīng)得到迅猛的發(fā)展。
1 氧化鎳礦的冶煉工藝綜述目前世界上以氧化鎳礦為原料生產(chǎn)原生鎳的工藝可以分為火法冶金和濕法冶金兩種。火法冶金生產(chǎn)鎳金屬的產(chǎn)量依然占據(jù)主要地位。但近年來(lái)濕法冶金工藝得到快速發(fā)展，新建設(shè)了一些采用高壓酸浸工藝生產(chǎn)鎳和鈷的工廠。濕法冶金工藝分為兩種：一種是氨浸法，由 于受到原料和成本的限制 ，近年來(lái)沒(méi)有建設(shè)新的工廠。另外一種工藝是酸浸法，適合于處理低鎂含量的氧化鎳礦。新發(fā)展起來(lái)的火法和濕法結(jié)合的工藝顯示了其優(yōu)勢(shì)：適合任何類型的氧化鎳礦， 成本較低，但仍存在一些技術(shù)問(wèn)題需要解決，從資源利用和能源節(jié)約來(lái)講，高壓酸浸工藝具有優(yōu)勢(shì)和潛力，已經(jīng)成為重要的研究課題。但是從投資、建設(shè)周期、技術(shù)成熟的角度出發(fā)，預(yù)計(jì)還將新建設(shè)一批火法冶煉鎳的工廠，產(chǎn)品可以是鎳鐵，也可以是鎳锍。
2 火法冶金工藝綜述
火法冶金工藝可以分為兩個(gè)大類：鼓風(fēng)爐( BF爐，即高爐)熔煉和回轉(zhuǎn)窯一礦熱爐一轉(zhuǎn)爐 ( RKE F)熔煉工藝。
2． 1 高爐冶煉鎳鐵的工藝鼓風(fēng)爐熔煉工藝：
1 8 6 3 年發(fā)現(xiàn)紅土礦后，即開(kāi)始用B FI藝處理這種難熔的鎂質(zhì)硅酸鹽氧化鎳礦石。由于能源消耗，環(huán)境保護(hù)、投資和生產(chǎn)成本等原因，這種工藝在世界上已經(jīng)被淘汰。除了中國(guó)以外，目前全世界已經(jīng)沒(méi)有采用這種工藝生產(chǎn)鎳鐵的工廠 ( 最后停產(chǎn)的是俄羅斯烏拉爾鎳公司和烏發(fā)利鎳廠的鎳鐵生產(chǎn)高爐)。 高爐冶煉工藝簡(jiǎn)單，工藝流程是：根據(jù)進(jìn)入工廠的原料的情況，對(duì)原料進(jìn)行處理 ( 如人工挑選出含鎳很低的石塊、進(jìn)行破碎和篩分)，然后利用燒結(jié)機(jī)的混料和配料設(shè)備，向氧化鎳礦中加入還原劑和熔劑，并混合均勻 ( 也可以使用造球
設(shè)備造球)。 混合后的料通過(guò)布料機(jī)分布到燒結(jié)機(jī)的臺(tái)車上，經(jīng)過(guò)燒結(jié)后，得到含鎳的燒結(jié)礦。燒結(jié)礦再被送到高爐料場(chǎng)，經(jīng)過(guò)篩分后加入高爐。高爐冶煉后生產(chǎn)出的含鎳生鐵含較高的有害雜質(zhì)和較低的鎳，直接用于冶煉不銹鋼將降低粗制鎳鐵中鎳的價(jià)值。為此需要在高爐的后面建設(shè)脫除粗制鎳鐵中的磷、硅、碳、硫等有害元素的精煉施。 這些精煉設(shè)施還可以根據(jù)用戶的要求，提高鎳鐵中鎳的含量。 鼓風(fēng)爐熔煉工藝被淘汰的原因：
一. 是這種工藝的環(huán)境污染問(wèn)題沒(méi)有有效的解 決辦法，除了傳統(tǒng)的高爐污染因素以外，為了提高爐渣的流動(dòng)性和減少爐身結(jié)瘤，要向爐料中加入螢石( C a F ： ) ， 為了避免氟化物的污染，這種操作經(jīng)被禁止。對(duì)于含A1 ： O 比較高的氧化鎳礦， 由于加入爐內(nèi)的螢石比例大，這個(gè)問(wèn)題更加嚴(yán)重。由于用紅土鎳礦生產(chǎn)的燒結(jié)礦的強(qiáng)度低，不適合于大型高爐冶煉，一般用小型煉鐵高爐和小型燒結(jié)機(jī)生產(chǎn)鎳鐵。中國(guó)生產(chǎn)鎳鐵的高爐的容積從5 0 m N3 8 0 m 3 ( 據(jù)報(bào)道還有更小的高爐，主要以l 5 0 m 以下高爐為主) ， 燒結(jié)機(jī)從l 8 m Ns o m 。有些鎳鐵 生產(chǎn)廠缺少必要的環(huán)保設(shè)施，碳的氧化物、硫的氧化物、氟化物、粉塵已經(jīng)對(duì)工廠周邊的環(huán)境造成嚴(yán)重污染。這種利用黑色冶金淘汰的設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)有色金屬的做法不可取。
二. 是鎳的回收率低。這種生產(chǎn)鎳鐵的工藝，礦石中鎳的回收率普遍低于 9 0％。有些工廠停留在生產(chǎn)粗制鎳鐵的初級(jí)生產(chǎn)階段，沒(méi)有鎳鐵的精煉車間。因此，這個(gè)回收率與國(guó)外文獻(xiàn)中看到的鎳的回 收率有差別。
三. 是能源消耗高，且必需高價(jià)的焦炭。從燒 結(jié)工序來(lái)講，在小型燒結(jié)機(jī)固有的浪費(fèi)能源的特性的基礎(chǔ)上，又增加了返礦率高的浪費(fèi)能源的因素。從高爐工序來(lái)講，淘汰小高爐的重要原因之一就是能源浪費(fèi)，現(xiàn)在又增加了大渣量的因素。 有些工廠的高爐煤氣和余熱沒(méi)有得到有效地回收 利用 ，寶貴的能源被浪費(fèi)了，同時(shí)也污染了環(huán)境。
四. 是產(chǎn)品不經(jīng)過(guò)精煉，雜質(zhì)含量高，不符合國(guó)際鎳產(chǎn)品貿(mào)易的標(biāo)準(zhǔn)。我們要求鎳鐵含有較高的鎳含量，含有低碳、硅、硫、磷含量。我國(guó)高爐生產(chǎn)的鎳鐵基本上全部是高碳、低鎳、高硅的產(chǎn)品，磷的含量由原料決定，現(xiàn)在低磷原料供不應(yīng)求。這種半成品中的鎳元素的價(jià)值遠(yuǎn)低于合格鎳鐵中鎳元素的價(jià)值，而且鐵元素基本上無(wú)價(jià)值地送給用戶。五. 是單位鎳產(chǎn)量的投資大：建設(shè)機(jī)械化料場(chǎng)、燒結(jié)機(jī)、高爐的投資高于建設(shè)RKEF工藝的 投資。當(dāng)然利用現(xiàn)有的、行業(yè)政策要求淘汰的小型設(shè)備生產(chǎn)鎳鐵，投資是節(jié)省的。 這種工藝在低價(jià)的紅土鎳礦、極高價(jià)位的鎳價(jià)、環(huán)保政策和能源政策執(zhí)行不利的情況下得到了發(fā)展。相信，紅土鎳礦的價(jià)格還將上漲，鎳價(jià)將回落到合理的價(jià)位，國(guó)家環(huán)保和節(jié)能政策將得 到執(zhí)行，這種工藝將會(huì)自動(dòng)地退出市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。2 ． 2 火法冶金的RKE F工藝RKE F工藝發(fā)明于上世紀(jì)5 0 年代，目的是取 代鼓風(fēng)爐工藝生產(chǎn)鎳鐵。這種工藝開(kāi)創(chuàng)了火法冶 煉鎳鐵的新篇章。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界目前采 用這種工藝的鎳鐵冶煉廠有l(wèi) 7 家。 基本的工藝流程：礦石處理和還原劑的準(zhǔn)備
— —回轉(zhuǎn)窯煅燒——熱裝入礦熱爐冶煉——粗制鎳鐵的爐外脫硫——在轉(zhuǎn)爐中脫除硅、磷、碳、 硫、錳等雜質(zhì)——精制鎳鐵水鑄塊 ，另外需要建 設(shè)回收和利用轉(zhuǎn)爐爐渣中的鐵和鎳的車間。 ( 1 ) 礦石處理和還原劑的準(zhǔn)備
礦石運(yùn)入原料場(chǎng)后 ，經(jīng)破碎、中和混勻、配入還原劑后送入回轉(zhuǎn)窯。也有的工廠在進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯前對(duì)爐料進(jìn)行預(yù)烘干處理，還有的增加爐料的造球工序。爐料的配比是重要的，這對(duì)于防止回轉(zhuǎn)窯結(jié)圈 ( 爐料粘結(jié)在爐內(nèi)襯上)、控制爐料的導(dǎo)電性、分離礦熱爐內(nèi)的渣子和金屬 ( 鎳、鐵) 有決定性的作用。
( 2 ) 回轉(zhuǎn)窯煅燒
回轉(zhuǎn)窯的工作區(qū)可以分為三段，即干燥段、加熱段、焙燒段。在回轉(zhuǎn)窯中，礦石被焙燒脫水，重量減少3 0％左右。同時(shí)，氧化鎳和部分鐵被爐料中的還原劑還原。在回轉(zhuǎn)窯出料端設(shè)有密封的出料裝置，鎳渣以6 00～9 0 0 ℃的溫度在隔熱的狀態(tài)下被送入到礦熱爐保溫的供料料倉(cāng) ，再通過(guò)一個(gè)密封的管狀布料裝置，均勻地分配到礦熱爐內(nèi)。根據(jù)爐料的處理方式不同，回轉(zhuǎn)窯有不同的直徑和長(zhǎng)度的比值�；剞D(zhuǎn)窯的燒嘴結(jié)構(gòu)是重要的，有效地調(diào)整火焰的長(zhǎng)度和剛度，保證爐內(nèi)三個(gè)工作區(qū)的溫度在工藝要求的范圍內(nèi)。另外，要充分考慮利用回轉(zhuǎn)窯的煙氣烘干爐料，以節(jié)能。
( 3 ) 熱裝入礦熱爐冶煉
回轉(zhuǎn)窯出來(lái)的料經(jīng)過(guò)稱量以后，在熱態(tài)被裝入到礦熱爐中。礦熱爐的加料系統(tǒng)需要適應(yīng)熱裝 料的需要。熱裝很重要，除了回收物理熱以外，還要保證在料的轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中不被二次氧化。為了環(huán)保、工業(yè)衛(wèi)生、回收粉塵、回收煤氣，礦熱爐被密封起來(lái)。在礦熱爐中通過(guò)電弧冶煉，分離出 粗制鎳鐵和電爐爐渣，同時(shí)產(chǎn)生含7 5 ％CO的還原 性氣體，氣體經(jīng)過(guò)凈化以后，做為回轉(zhuǎn)窯的燃料使用，約占回轉(zhuǎn)窯燃料的3 0 ％。 根據(jù)原料不同，1噸原料礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯焙燒后可得~ 0 6 5 0～ 7 0 0 k g 的鎳渣，在礦熱爐中冶煉后可得到l 1 0～l 5 0 k g 的粗制鎳鐵。粗制鎳鐵中的鎳含量 一般為l 0 ％～l 8 ％。 ( 4 )粗制鎳鐵的精煉
·在礦熱爐向鐵水包出鐵的過(guò)程中，向包加入蘇打灰，加入的比例是每噸鎳鐵水5 ～l 5 k g，鎳鐵水中的硫可以降No ． 0 l 5 ％～0 ． 0 8 ％。也可以在出鐵后向鐵水包中噴入顆粒鎂，這需要用特殊的蒸發(fā)器將顆粒鎂噴入包內(nèi)1 ． 0 m左右的深處， 該工藝可將鐵水中的硫降No ． 0 l 5 ％以下。
·清除粗制鎳鐵水上面的渣子，并兌入到酸性轉(zhuǎn)爐中，通過(guò)吹氧硅被氧化。為了控制熔池溫度不過(guò)高，向爐內(nèi)加金屬?gòu)U棄物或者含鎳廢料。
·脫硅后的鎳鐵水再被兌入到堿性轉(zhuǎn)爐中， 在這里去除鎳鐵水中的碳、磷和部分鐵。冶煉過(guò)程中向轉(zhuǎn)爐內(nèi)加入石灰石。有充足的含鎳廢料時(shí)可以用石灰代替石灰石。堿性轉(zhuǎn)爐中出來(lái)的鎳鐵水已經(jīng)符合商品鎳鐵標(biāo)準(zhǔn)的要求，可以作為商品鎳鐵出售。 另外，粗制鎳鐵的二步法精煉工藝是將酸性轉(zhuǎn)爐， 改為堿性轉(zhuǎn)爐，采用新工藝實(shí)現(xiàn)在第一個(gè)轉(zhuǎn)
爐內(nèi)脫硅和脫硫。 從第一個(gè)轉(zhuǎn)爐出來(lái)的鎳鐵水再進(jìn)入第二個(gè)堿性轉(zhuǎn)爐內(nèi)脫磷、脫碳。冶煉過(guò)程中向爐內(nèi)加入石灰和石灰石，保證合適的冶煉溫度。 二步法精煉可得到合格的精制鎳鐵水。 2 ． 3 粗制鎳鐵直接冶煉不銹鋼的工藝 ( 開(kāi)發(fā)中) 在上述的二步法精煉工藝中，將第二個(gè)轉(zhuǎn)爐改為用氬氣和氧氣的精煉轉(zhuǎn)爐，可以直接生產(chǎn)3 0 0 系列的不銹鋼。 這種工藝可不建設(shè)用來(lái)熔化廢鋼的電爐、充分利用硅氧化的熱量、節(jié)省投資和能源，充分利 用了粗制鎳鐵中的鐵元素。這項(xiàng)技術(shù)有誘人的前景，但還在探索。
3 建設(shè)鎳鐵生產(chǎn)廠需要考慮的因素 從資源綜合利用、有色金屬工業(yè)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃的戰(zhàn)略目標(biāo)出發(fā)，有必要選擇中國(guó)合適的區(qū)域建設(shè)大型鎳鐵生產(chǎn)基地。但是，切忌一哄而上。建設(shè)鎳鐵生產(chǎn)基地應(yīng)該具備下面的條件： ·必須落實(shí)礦石的來(lái)源： 不同的礦石適應(yīng)不同的冶煉工藝。火法工藝優(yōu)先選擇以硅鎂鎳礦做原料，在決策建設(shè)鎳鐵生產(chǎn)廠前必須落實(shí)適合干火法冶金的氧化鎳礦石的來(lái)源。目前鎳礦漲價(jià)已成定局，鎳礦的來(lái)源將出現(xiàn)困難。