國(guó)內(nèi)外最新鎳鐵生產(chǎn)工藝介紹(完整版)
【正文】 在鎳鐵精煉車(chē)間，直接冶煉 300 系列不銹鋼工藝的開(kāi)發(fā)。 開(kāi)發(fā)利用海外鎳資源滿足中國(guó)日益增長(zhǎng) 的鎳需求： 盡管中國(guó)鎳資源的開(kāi)發(fā)與利用近年來(lái)得到了快速的發(fā)展，但是，發(fā)展的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上冶金等行業(yè)對(duì)鎳需求增長(zhǎng)的速度。利用紅土鎳礦生產(chǎn)的低鎳含量的生鐵已經(jīng)廣泛的用于 200 系列不銹鋼的冶煉。中國(guó)目前有小的煉鐵廠，采用傳統(tǒng)的燒結(jié)技術(shù)處理進(jìn)口紅土鎳礦，生產(chǎn)鎳渣，再加入高爐生產(chǎn)含鎳量為 1%3%的低鎳生鐵，用于冶煉 200 系列的不銹鋼。生產(chǎn)一噸含鎳 20%的鎳鐵，大約需要 80Nm3 氧氣和 40006000kwh(礦石含鎳為 %%時(shí) )電力。 2020 年全球鎳礦產(chǎn)總產(chǎn)量為 128 萬(wàn)噸，約有 60%的鎳礦產(chǎn)量來(lái)源于硫化鎳礦石，約 25%源自高溫冶煉的紅土鎳礦石，約 15%為水冶紅土鎳礦石。烏克蘭帕布什鎳鐵廠雖然不臨海，但是通過(guò)第聶伯爾河，原料可以方便的運(yùn)輸?shù)焦S的料場(chǎng)。這項(xiàng)工程由蘇聯(lián)的國(guó)立鎮(zhèn)工業(yè)設(shè)計(jì)院承擔(dān)總體設(shè)計(jì)，烏克蘭國(guó)家冶金學(xué)院等大學(xué)和研究院為這項(xiàng)工程提供了技術(shù)支持。 這個(gè)工廠在 1972 年投產(chǎn)后進(jìn)行了多次的技術(shù)改造，保持了鎳鐵冶煉工藝的最佳配置，工藝上的創(chuàng)新使這個(gè)工廠保持了青春。然后按工藝要求進(jìn)行配料，通過(guò)膠帶輸送機(jī)送入下一工序。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 C075%的還原性氣體，這種氣體經(jīng)過(guò)凈化以后返回到回轉(zhuǎn)窯中作為燃料進(jìn)行燃燒，提供回轉(zhuǎn)窯所需要的熱能，除塵灰返到礦熱爐繼續(xù)參 與冶煉。在不銹鋼中增加鎳的一個(gè)主要原因就是形 成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)，從而改善諸如可塑性、可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性，所以鎳被稱為奧氏體形成元素。由于硫化鎳礦資源品質(zhì)好，工藝技術(shù)成熟，現(xiàn)約 60％ ~70％的鎳產(chǎn)量來(lái)源于硫化鎳礦。 從上述 (1)、 (2)反應(yīng)式中可看出： NiO、 FeO 還原反應(yīng)開(kāi)始溫度較低，而且， NiO 的開(kāi)始反應(yīng)溫度比 FeO 約低 200℃ ；因而，火法冶煉鎳鐵過(guò)程中，盡管所采用的鎳礦 NiO 含量較低，但 NiO 90％以上被還原，而且，在 Ni／ Fe 很低的情況下，可通過(guò)不同的工藝操作，使產(chǎn)品含 Ni 量提高到較高水平，與鐵合金其他產(chǎn)品 (如高碳鉻鐵、錳硅合金等 )相比，電爐粗鎳冶煉難度相對(duì)較低。 不同的鎳礦處理工藝的投資費(fèi)用及工藝操作難度不同，對(duì)整個(gè)鎳鐵冶煉工藝綜合能耗及產(chǎn)品質(zhì)量的影響也有所不同，因而，隨著我國(guó)鎳鐵生產(chǎn)的規(guī)模化，選擇何種鎳礦預(yù)處理方式，值得分析。 鼓風(fēng)爐工藝是最早出現(xiàn)的紅土鎳礦冶煉鎳鐵的技術(shù)， 1875 年，在新喀里多尼亞小高爐就已應(yīng)用，后法國(guó)也有采用，但該法因消耗大量?jī)?yōu)質(zhì)焦炭、污染嚴(yán)重而為人詬病。 國(guó)外火法冶煉鎳鐵主要采用此工藝，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)含 Ni 大于10％的產(chǎn)品時(shí)亦普遍采用。隨著金融危機(jī)影響的漸漸消退，鎳價(jià)重回 2 萬(wàn)美元以上，鎳鐵合金對(duì)降低不銹鋼冶煉成本的優(yōu)勢(shì)逐漸得到體現(xiàn)，鎳鐵在不銹鋼原料中占據(jù)了重要的地位，國(guó)內(nèi)的鎳鐵冶煉行業(yè)在經(jīng)歷了 08 年的蕭條衰敗后重新迎來(lái)了另一個(gè)發(fā)展良機(jī)。目前全球有色金屬中，鎳的消費(fèi)量?jī)H次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第 5 位。而世界上鎳儲(chǔ)量的 65％左右貯存在氧化鎳礦床中，由于其因含有氧化鐵的緣故而呈紅色，因此也俗 稱紅土鎳礦。三、紅土 鎳礦預(yù)處理紅土鎳礦屬非結(jié)晶型礦種。 數(shù)種工藝流程 回轉(zhuǎn)窯直接還原法 鎳礦→烘干→破碎→配入焦炭、熔劑混合制團(tuán)→預(yù)熱→回轉(zhuǎn)窯脫水、還原→固融態(tài)渣鐵混合物→水淬→磨碎→跳汰、強(qiáng)磁選等多級(jí)渣鐵分離→細(xì)粒鎳鐵→電爐重熔→精煉脫硫→鎳鐵。最終該工藝在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和環(huán)保壓力下停止， 1985 年日本礦業(yè)公司佐賀關(guān)冶煉廠的最后一座鎳鐵高爐熄火，標(biāo)志著鼓風(fēng)爐冶煉鎳鐵技術(shù)在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家壽終正寢。主要冶煉設(shè)備為礦熱電爐，國(guó)內(nèi)個(gè)別廠家也有使用與電弧爐結(jié)構(gòu)相似的電爐生產(chǎn) (其設(shè)備最大容量為 9 MVA)，其鎳礦預(yù)處理方式，冶煉工藝的具體操作，精煉工藝設(shè)備配套情況及精煉效果均不盡相同，各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比也存在一定差異。 鎳和氧能形成 NiO， NiO 系菱面體晶，加熱至 200℃ 以上時(shí)則變成立方晶。 冶煉方法： 現(xiàn)代生產(chǎn)鎳的方法主要有火法和濕法兩種。所得到的低冰鎳中，鎳和銅的總含量為 8%－ 25%(一般為 13%－17%)，含硫量為 25%。粗鎳中除含銅、鉆外，還含有金、銀和鉑族元素，需電解精煉回收。鎳鐵的含鎳量取決于部分還原過(guò)程的選擇能力。在礦熱爐的容量為 ，電極直徑 1250mm，爐膛內(nèi)徑 11m。每天可冶煉 450t礦石，鎳鐵出爐溫度為 1500℃ ，出渣溫度為 1600℃ 。為了除去粗鎳鐵中的雜質(zhì)碳、硫、磷和鉻，必須進(jìn)行精煉。用粗鎳做陽(yáng)極，陰極為鎳始極片，電解液用硫酸鹽溶液硫酸鹽和氯化鹽混合溶液。吹煉的目的是為了除去鐵和一部分硫，得到含銅和鎳 70%－ 75%的高冰鎳 (鎳高硫 )，而不是金屬鎳。 含鎳硫化礦目前主要采用火法處理，通過(guò)精礦焙燒反射爐 (電爐或鼓風(fēng)爐 )冶煉銅鎳硫吹煉鎳精礦電解得金屬鎳。 鎳與硫可以形成 Ni3S Ni6S Ni7S NiS、 Ni3S4 和 NiS2 等硫化鎳。電硅熱法工藝是以 Si作還原劑，在高溫條件下，對(duì) NiO、 FeO 等氧化物進(jìn)行還原，生成鎳鐵。在國(guó)內(nèi)，近年采用的火法冶煉鎳鐵較為普遍，主要是借用于現(xiàn)有煉鐵小高爐直接轉(zhuǎn)產(chǎn)，具 體操作與小高爐生產(chǎn)生鐵操作相似，特別適合于使用低 Ni、高 Fe 鎳礦生產(chǎn)低 Ni 鎳鐵 (含鎳生鐵 )。熔煉過(guò)程熱能來(lái)自煤粉 (或重油 )燃燒放出的熱量，其是火法冶煉鎳鐵生產(chǎn)中，設(shè)備最簡(jiǎn)單、生成金屬流程最短、綜合能耗最低的生產(chǎn)工藝。紅土鎳礦另一個(gè)特點(diǎn)是水分較高，尤其是目前我國(guó)紅土鎳礦主要進(jìn)口國(guó)菲律賓和印尼兩國(guó)氣候多雨潮濕，鎳礦中水分基本在 30~35％范圍波動(dòng)。二、工藝原理雖然紅土鎳礦處理工藝主要分為濕
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