氧化镍矿生产镍铁

(production of ferronickel from nickel oxide ore)
硅镁镍矿中的镍和部分铁在高温下被还原剂选择性还原成金属，产出镍铁的过程，为氧化镍矿处理的一种方法。产品供合金钢生产使用。
自20世纪50年代新喀里多尼亚多尼安博(Doniambo)冶炼厂首先采用回转窑–电炉熔炼氧化镍矿生产镍铁以来，此法已在全世界获得广泛应用。1988年世界镍铁产品的含镍量约占氧化镍矿总产镍量的65％。降低电炉熔炼的电耗是该法需待解决的重要课题。
典型的硅镁镍矿含镍量较低(Ni l.8％～3.5％)，水分含量很高(30％～45％)，在熔炼时形成熔点较高的炉渣和金属相。在镍铁生产中必须配有完善的干燥设施和可产生高温的电炉。生产流程包括干燥、煅烧与预还原、熔炼和精炼等环节。
干燥   用直接加热的干燥窑除去矿石表面水分的作业。窑温维持在523K左右，得到含水分15％～20％的预干燥矿石。
煅烧与预还原   用回转窑除去矿石中的化学结合水并选择性地将镍氧化物还原成金属的作业。在回转窑内混有还原剂(碎煤或焦)的预干燥矿石与烟气逆向运行，随着炉料向窑头方向移动，其温度和被还原程度逐渐提高。矿石在673K温度区域内完全脱水，在773～873K温度区域开始被还原。排料端窑温控制在1073～1173K，此时矿石中绝大部分镍的氧化物被还原成金属，而铁的氧化物只有一部分被还原成金属，其余成为氧化亚铁。
熔炼   在电炉内直接处理热烧矿，产出粗镍铁和炉渣的作业。电炉产出粗镍铁一般含Ni 25％、C 2.5％、S 0.4％、Si 1.5％、P 0.15％，熔点1513K；炉渣一般含FeO 12％、SiO2 45％、MgO 30％，液化温度1858K。电炉熔炼每吨炉料的电耗通常为450～500kW•h。
精炼   除去粗镍铁中的硫、硅、碳、铬和磷等杂质使之达到产品标准的作业。例如中国1号镍铁产品标准要求这些杂质含量各小于0.03％。通常在镍铁包中加入纯碱、石灰或碳化钙进行炉外精炼除硫。脱硫镍铁注入转炉内，向金属炉体鼓入空气或工业氧气，氧化残留的杂质。碳成为CO气体除去，而硅、铬、磷等则形成氧化物进入炉渣。粗镍铁经铸锭或粒化成最终产品。

 氧化镍矿生产镍铁 重有色金属  
氧化镍矿的冶炼提取方法，可分为火法和湿法两大类。前者又可分为镍铁法和造硫熔炼法，后者有还原焙烧—常压氨浸法和加压酸浸法。
  1 火法冶炼工艺
  硅镁镍矿通常采用火法冶金工艺处理。火法主要有两种：一种是用鼓风炉或电炉还原熔炼得到镍铁，又称镍铁法；另一种是添加硫化剂进行硫化熔炼生产镍硫，又称镍锍法。
镍铁法是采用电炉熔炼，可以达到较高的温度，炉内的气氛也比较容易控制。但为了保证矿石处理的经济性，通常要求矿石达到一定品位，所以在开始熔炼前，首先需对矿石进行筛选，排除风化程度低，品位低的矿石。炉料需预先在回转窑中干燥脱水，在700～800℃条件下进行预焙烧。所得焙砂与粒度在10～30mm的挥发性煤混合一起加入电炉进行还原熔炼，产出粗镍铁合金。在电炉还原熔炼的过程中几乎所有镍和钴的氧化物都被还原成金属，而铁则不必全部还原成金属，铁的还原程度可通过还原剂的加入量加以调节。粗镍铁合金再经过精炼产出成品镍铁合金，镍铁合金主要供生产不锈钢，其生产工艺原则流程，如图XX所示。采用该法生产镍铁合金的工厂主要有法国的新喀里多尼亚多尼安博冶炼厂、哥伦比亚塞罗马托莎厂和日本住友公司的八户冶炼厂，镍铁产品中含镍20～30%，全流程回收率为90～95%，钴进入合金。
  此外硅镁镍矿也可以采用外加硫化剂的方法进行硫化熔炼得到镍锍，石膏是最常用的硫化剂。造锍熔炼一般在鼓风炉中进行，也可以用电炉。镍锍的成分可以通过还原剂(焦粉)和硫化剂(石膏)的加入量加以调整。得到的低镍锍(通常含Ni+Co=20~30%)再送到转炉中吹炼成高镍锍。
   生产高镍锍的工厂主要有印度尼西亚的苏拉威西梭罗阿科冶炼厂。高镍锍产品一般含镍79%，含硫19.5%。全流程镍回收率70～85%。
火法工艺主要应用于处理硅镁镍矿，适合于处理镍含量>1%，铁含量30%左右，钴含量低的红土镍矿。其最大特点是处理工艺简单，流程短。缺点是钴也进入镍铁合金或镍锍中，失去了钴应有的价值。
  2 湿法冶炼工艺
   褐铁矿类型的红土镍矿和含MgO比较低的硅镁镍矿通常采用湿法冶金工艺处理。湿法主要形成了两种工艺，一 种是还原焙烧—氨浸工艺(简称RRAL)，另一种是加压酸浸工艺(简称HPAL)。近年来，红土镍矿的湿法冶金技术有了很大的发展，特别是加压浸出技术和各种溶剂萃取技术。
   RRAL工艺由Caron教授发明，又称为Caron流程，适合于处理含镁较高(MgO>10%)，含镍1%左右的硅酸盐型红土矿，基本流程是还原焙烧—氨浸。还原焙烧的目的是使硅酸镍和氧化镍最大程度地还原成金属，同时控制还原条件，使Fe还原成Fe3O4。焙砂中的镍、钴采用氨性溶液浸出，浸出渣中的铁可以通过磁选回收。
     古巴尼加罗(Nicaro)冶炼厂是最早使用还原焙烧—氨浸工艺回收低品位红土镍矿中镍、钴的冶炼厂，还原焙烧在多膛式反射炉中进行，流程见图XX。为了防止湿料在焙烧过程中结团，在焙烧之前用回转窑干燥，除去95%的水分，其还原焙烧时间为90min，还原气体由煤气发生器供给，控制炉膛底部还原气氛CO/CO2或H2/H2O为1：1，焙烧温度730～760℃。焙砂在还原气氛下冷却至150℃左右后，在含NH3 6.5%，CO2 3.5%，Ni 1%的碳铵溶液(ACC溶液)中淬冷。浸出过程在鼓空气浸出槽中进行，金属镍、钴浸出进入溶液并形成镍、钴氨络离子。除铁后液直接蒸氨，得碱式碳酸镍，煅烧得到最终产品NiO。在此，氧化镍产品中含有大量钴，这种氧化镍产品即不符合各种镍合金生产要求，钴的回收率又非常低，只有40%左右。
 鉴于Nicaro冶炼厂钴没有得到充分利用的缺陷，Caron法在相继建成的澳大利亚昆士兰州Townsville镍冶炼厂和菲律宾的Marinduque冶炼厂分别得到了相应改进。
  在Towsville 镍冶炼厂，还原焙烧设备使用层式Herreschoff还原焙烧炉，入料前混入矿重4%的重油。在燃烧室内还原气体将逐层向下走的物料加热至焙烧温度760℃。淬冷后在ACC体系溶液中浸出，浸出液用H2S沉钴得到Ni/CoS产品(含Ni约39%，Co约13%)，沉钴后液蒸氨，煅烧，在带式还原炉中用H2还原焙烧得含镍90%的镍粉，最后在980℃，惰性气氛条件下压制成Ni块。采用化学沉淀法分离钴后得到的镍产品中钴含量较低，适合镍合金生产要求，钴也得到了有效富集。
  Marinduque冶炼厂与Townsvillen镍冶炼厂流程相似，不同之处主要表现在以下两点：
 （1） 还原焙烧还原剂和沉钴剂不同：Marinduque冶炼厂使用的还原剂是含H2 75%，N2 25%的气体，还原温度较低，才650℃。在浸出液镍、钴粉分离工序中，沉钴剂使用的是(NH4)2S，并认为是最好的化学沉钴剂。
 （2） Marinduque冶炼厂将蒸氨所得碱式碳酸镍用AAC溶液再溶解，部分蒸氨除杂后，在165℃，3.5MPa条件下用H2还原制镍粉产品。

   回转窑冶炼红土镍矿矿石生产镍生铁。                                         

    1、镍铁的来历、成分和消费市场

    我国不锈钢和电池行业的快速发展，国内镍产品供应将面临长期短缺的局面。2005年以来国际市场镍价非理性的不断上涨对国内钢铁业发展构成了新的挑战。我国民营企业使用火法冶炼从菲律宾和印度尼西亚进口的红土镍矿矿石，大量生产镍铁合金作为冶炼不锈钢的配料，成功狙击了国际市场的疯狂炒作，镍价大幅下降，市场将逐步恢复理性。

    我国镍金属生产技术已有重大突破，拥有自主知识产权，红土镍矿经高炉冶炼镍铬生铁，生产出大批镍生铁的实际成效。技术变革及其快速进入生产应用领域，成功狙击了国际市场的疯狂炒作，2007年6月国际市场镍价大幅下降。在市场高镍价的情况下，2005年开始，国内民营企业开始利用炼钢高炉转产冶炼红土镍矿矿石生产镍生铁。

    我国民营企业开始大规模利用从菲律宾和印度尼西亚进口的红土镍矿矿石冶炼镍生铁，此后进口矿石量逐月增加，到2007年底利用进口矿石约300多万吨，产出镍生铁的含镍量约3万吨。2007年全国生产镍生铁的中小企业达到100多家，l～9月进口矿石1200万吨左右。

    目前我国中小企业生产的镍生铁的含镍量多在4％～ 8％，只能用作冶炼不锈钢的配料，在冶炼不锈钢时，尚需加入一定量的精炼纯镍。只有提高技术使镍生铁中的含镍量达到l2％～15％，才能在冶炼不锈钢时完全替代纯镍。这就是产生矿石积压在港口的原因，也是今后民营企业需要攻克的技术难关。据最新资料，个别技术先进的企业已经可以生产出镍含量10％以上的镍生铁了。

    成功的案例：福建顶新、浙江青山、山东临沂。镍生铁项目使用的生产流程为：矿石→矿石+生石灰→脱水→烧结→烧结矿石冷却破碎→烧结破碎矿石+石灰石+焦炭→高炉冶炼→铸锭→铸锭精整包装。产品为镍铁(镍含量4％～7％)，产量l8万吨／年。另外，该集团正在印尼OBI岛筹建镍生铁新项目，图谋在海外的创业和发展。

    我国使用火法利用红土镍矿冶炼镍生铁，使不锈钢生产原料构成发生了重大变革，改变了全球不锈钢生产原料镍的供需格局，也改变了世界不锈钢产业发展的格局。低成本利用矿石质量较差的红土镍矿资源，符合资源节约型的历史发展趋势，翻开了我国不锈钢生产史的新篇章。目前，高炉法的低品位产品市场容量已经饱和，加快发展10％以上品位的回转窑工艺，可以进一步扩大红土矿火法镍的市场容量。

 

2、红土镍矿用回转窑生产镍铁的工艺和技术

   大型焙烧还原回转窑是整个红土镍矿冶炼工艺流程中关键设备之一，矿石经干燥后进入回转窑，在回转窑内加热到800℃后去除矿石表面水分及结晶水，并部分还原矿石中的铁、镍和钴氧化物，进入电炉熔炼。 回转窑工艺与高炉法或电炉法等工艺相比有如下优点：

    （1）、熔炼的主要能源为煤, 而不是昂贵的焦炭或电能。

    （2）、原料的自由选择, 可用东南亚的各种红土镍矿。

    （3）、所产高镍镍铁质量高（含Ni20%左右），可直接用作不锈钢的生产原料。

  （4）、同时可作为钢水熔炼时的冷却剂。

    熔炼方法和工艺如下：

    预处理步骤是将原料红土镍矿磨细后, 与含碳物料和熔剂石灰石混合, 然后连续给入回转窑。在回转窑中, 物料与煤燃烧所产生的热气流逆流运动,经受所有熔炼步骤--干燥, 脱水, 还原和金属成长。金属是在窑中半熔融条件下生成的。烧成的物料熔块从回转窑出来就将它水碎,磨细后, 用重选和磁选机将还原成的镍铁合金从排出的熔块中分离出来。分离出来的镍铁呈直径2~3毫米的沙状颗粒, 并夹带1~2%炉渣, 其化学组成为C0.1%, Ni18~22%, S0.45%, P0.015% 。  此产品不管含硫多高均适用于炼钢过程, 因炼钢时有很好的脱硫能力。沙状颗粒在炼钢过程中相当有利于连续加料和作为冷却剂物料快速溶解。

回转窑生产工艺镍和铁的回收率都很高，均在90%以上。

 

3、财务分析

目前镍市场处于低谷，电解镍大约10万元/吨，相当于镍铁为1000元/吨度（1%Ni或称一个Ni，相当于10Kg镍）。

当前进口红土镍矿国内港口价为400元左右/湿吨（低铁高镍矿，约2%左右Ni，10%左右Fe），相当于200元/吨度Ni。

以上述红土镍矿为例，加工一吨红土镍矿可得20%左右高镍镍铁100Kg左右，生产总费用约250元/吨矿，矿石成本500元（加运费），吨成品约需10吨原矿，总成本约7500元，售价约2万元左右（20%Ni），利润1万元以上，利润率100% 。有适合镍铁生产的回转窑生产线，无须固定资产投资，投资1000万元流动资金即可租赁生产线生产（租金极其低廉）。该生产线年加工能力为原矿10万吨，可生产高镍镍铁1万吨，产值2亿元，利润1亿元。

河南华冠环保科技有限公司在国内有30余条大大小小红土镍矿回转窑生产线业绩，处理量有300-1000吨每天产能，回转窑规格从φ3.5---φ4.8米，长度52米--68米的。在国内内蒙、唐山、福建顶新、浙江青山、山东临沂有大量成功案例，可技术转让，可出售设备，产品。

河南华冠环保科技有限公司专业致力于镍铁生产的回转窑运转率可提高10%以上，产量提高5%～10%，能耗降低20%左右，产能达到300-1000t/d，更加节能环保。如有需求，可直接咨询18637113703(微信同号)，华冠环保科技公司为您竭诚服务，随时欢迎前来参观!

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