红土矿镍铁冶炼技术进展分析

红土矿镍铁冶炼技术进展分析

任建国

柳钢中金不锈钢有限公司， 广西 玉林 537000

摘要：近年来我国综合国力的不断增强，工业的迅猛发展，涌现出大量的工业企业。镍铁是生产结构钢、不锈钢和耐热铸钢的重要原料，可改善钢的抗拉强度、冲击韧性、屈服点和变形能力，被广泛应用于机械、医疗、国防、轻工业等领域。目前，镍的提取有火法和湿法两种工艺，本文主要是对红土镍矿的火法和湿法处理工艺进行对比、分析，明确每种工艺的优缺点，为以后工业化处理红土镍矿生产镍铁提供有用的参考价值，同时预测了未来红土镍矿的工艺发展方向。本文就红土矿镍铁冶炼技术进展展开探讨。

关键词：镍铁；冶炼技术；进展

引言

镍是一种白色金属，主要用于生产不锈钢。镍的资源类型通常分为硫化镍矿和氧化镍矿二类。从世界范围看，约有70％的镍是从硫化镍矿中提取的，但赋存在氧化矿床中的镍却占镍储量的65％～70％。随着硫化镍矿资源的日益枯竭，大量存在的红土镍矿成为开发的重点。含镍红土矿是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经长期风化淋滤变质而成的。

1红土镍矿资源分类和特点

红土镍矿的可开采部分一般包括三部分，位于矿床上部的是褐铁矿层(铁质矿)，特点是高铁(质量分数40%～50%)、低镍(质量分数0.8%～1.5%)，硅、镁较低(质量分数分别为10%～30%和0.5%～5%)，但钴含量相对较高(质量分数0.1%～0.2%);位于矿床下部的是腐殖土层(镁质矿)，特点为硅、镁含量较高(质量分数分别为30%～50%和15%～35%)，铁、钴含量较低(质量分数分别为10%～25%和0.02%～0.1%)，镍含量较高(质量分数达1.8%～3%);而处于中间的为过渡层，其中镍、钴、铁、镁的含量分别为质量分数1.5%～1.8%、0.02%～0.1%、25%～40%和5%～15%。红土镍矿的断面不同所含的矿物类型就不同，因此按所含矿物的类型来划分，红土镍矿可分为两大类:褐铁矿型和硅镁镍矿型，适用于不同的提取工艺。总体上来说，含镍量相对较低的红土镍矿运用湿法冶金技术进行处理冶炼镍铁是合适的，得到的炉渣可返回钢的生产系统加以回收;而采用火法冶金工艺处理含镍量相对较高的红土镍矿，进而制备镍铁则较为合适，炉渣可以用于建筑，也可以用于生产化肥;其他类型的红土镍矿，可根据具体情况从火法和湿法冶金两种工艺中做出选择。约有40亿t红土镍矿适于火法冶金，平均纯度为1.55%，含量约为6200万t，约占红土镍矿总数的38%;约有86亿t的红土镍矿适于湿法冶金，平均纯度为1.15%，含量约为9900万t，占红土镍矿总数的62%;适合用湿法处理的红土镍矿储量(褐铁矿、绿脱石、蒙脱石等)是适合火法处理的红土镍矿储量(硅镁镍矿、腐殖矿等)的近两倍。虽然化学与矿物学组成范围变化很大，但总的来说红土镍矿开发利用的主要优势和特点表现如下：（1）资源丰富，全球探明储量达126亿t，且赋存于地表，易采，可露天操作，勘查成本低；（2）红土镍矿主要分布于环太平洋的热带―亚热带区域和赤道线南北30度以内的热带国家，交通运输便利；（3）随着不锈钢产量的增加，主要来源于红土镍矿的烧结氧化镍、镍铁或通用镍的需求日益增大；（4）镍含量不高，矿物组成相对硫化镍矿来说显得更为复杂，采用选矿分离技术难以获得含量大于6%的高品位镍精矿；（5）镍含量太低时，直接采用简单的冶金工艺处理不易实现；（6）矿石中仅伴生有少量的钴，无硫，无热值;7)选冶工艺已逐渐成熟。

2红土镍矿处理工艺及研究进展

2.1回转窑一矿热炉

回转窑一矿热炉工艺(简称RKE量)生产镍铁是目前发展较快的红土镍矿处理工艺。其工艺成熟、设备简单易控、生产效率高。不足是需消耗大量冶金焦和电能，能耗大、生产成本高、熔炼过程渣量过多、熔炼温度(1500℃左右)较高、有粉尘污染等。而且，矿石含镍品位的高低对火法工艺的生产成本影响较大，矿石镍品位每降低0．1％，生产成本大约增加3％～4％。RKE量工艺流程为：矿石配料_回转窑干燥一回转窑焙烧一电炉熔炼粗镍铁。L量炉精炼(或机械搅拌脱硫)一精制镍铁水淬_÷产出合格镍铁粒

2.2烧结一鼓风炉法

烧结一鼓风炉法工艺流程：将红土镍矿配入适量的CaO和SiO₂后，在1100。度下烧结成块(或挤压成团、自然晾干)，再配人20％左右的黄铁矿(FeS)和约20％-30％的焦炭，在鼓风炉内约1350度的温度下熔炼，产出含镍8％～15％的低冰镍产品。镍回收率通常可以达到85％以上。该法原料适应性差，镍回收率低，只适用于处理含镍量大于1％的高铁低镁型红土镍矿；同时需要需要大量的黄铁矿资源和优质焦炭；产出的低浓度SO₂烟气治理困难。随着人们对环保的日益重视、优质炼焦煤资源的日益减少，该工艺的推广受到了严重的限制。

2.3回转窑一磁选

回转窑一磁选工艺又名直接还原工艺，目前世界上采用此工艺的只有日本冶金公司大江山冶炼厂。主要工艺过程为原矿磨细与粉煤混合制团，团矿在回转窑中经干燥和高温还原焙烧，焙烧矿再磨细，矿浆进行重选和磁选分离得到镍铁合金产品。此产品不管含硫多高均适用于AOD炼钢过程，因为AOD法有很好的脱硫能力。该工艺被公认为是目前最为经济的处理红土镍矿的方法，其最大特点是生产成本低，能耗中85％能源由煤提供，吨矿耗煤160—180kg。而电炉熔炼镍铁工艺能耗80％以上由电能提供，吨矿电耗560～600kWh。但是该工艺存在的主要问题是回转窑的结圈及回收率问题，大江山冶炼厂虽经多次改进，工艺技术仍不够稳定，经过几十年其生产规模仍停留在年产镍1万t左右。该工艺的技术关键是粉煤与矿石混合和还原焙烧过程的温度控制。该工艺适合处理镁质硅酸盐型红土矿A型，原矿镍品位0．7％～1．2％，含铁8％～11％。

2.4高炉的喷煤技术

目前小高炉冶炼红土矿工艺焦比过高，而喷煤量较少或者不喷煤。通过喷煤来降低焦比，有利于降低镍铁合金生产成本，特别在印尼是缺少焦炭的，长途运输成本高且粉化率高造成冶炼能耗成本较国内生产更高。但是提高喷煤量也是有比较大的困难，具体表现在:红土矿冶炼软熔带上移，透气性变差;通过喷煤降低焦比，一方面会增加从风口穿过软熔带的风量，另一方面又会因为焦炭量的减少恶化高炉上部透气性。

2.5生物浸出

生物浸出是借助某些微生物的催化作用使矿石中金属溶解的湿法冶金过程。此法特别适于贫矿、废矿、表外矿及难采、难选、难冶矿的堆浸和就地浸出。微生物湿法冶金与传统冶炼工艺相比，具有能耗低、资源综合利用率高、投资操作费用少、对环境污染小等特点，并能够处理用传统冶金方法不能或难以处理的低品位矿及原矿、尾矿等。在国内外，生物湿法冶金己经被广泛研究并应用于工业实践中。

结语

红土镍矿开发应遵循的原则是:镍红土矿应在矿山就地冶炼;不同类型红土矿技术适应性不同，应充分考虑综合利用;工艺向着节能降耗发展;尽可能实现循环利用，提高环保水平。

参考文献

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