浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺

浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺

王刚

中冶华天南京工程技术有限公司王刚

南京工程技术有限公司王刚

摘要：本文介绍了从红土镍矿提炼镍铁几种不同的冶炼工艺，并着重分析了矿热炉冶炼镍铁工艺RKEF法，此工艺成为当前我国红土镍矿处理的主要方法。采用高效、流程短、低耗能、环保等镍铁冶炼新工艺已经成为发展的趋势。

关键词：镍铁；矿热炉；RKEF法1前言金属镍具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性，耐腐蚀，能磁化等一系列特性，广泛用于不锈钢、高温合金、电镀和化工等行业，在国民经济的发展中具有极其重要的地位。全球约2/3的镍用于生产不锈钢，镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%左右。

2镍铁冶炼工艺分类镍铁冶炼工艺主要有火法理、湿法两种。对于含镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。对于氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理是镍铁法。

2.1高炉法高炉生产生铁历史悠久，但普遍使用高炉生产镍铁还是中国人发明（刘光火）和研究的结果。

高炉生产镍铁的流程主要是：矿石干燥筛分（大块破碎）——配料——烧结——烧结矿加焦炭块及熔剂入高炉熔炼——镍铁水铸锭和熔渣水淬——产出镍铁锭和水淬渣。

2.2电炉（矿热炉）法这里的电炉指被称作矿热炉的电弧炉的一种，矿热炉冶炼镍铁工艺流程是：原矿干燥及大块破碎——配煤及熔剂进回转窑彻底干燥及预还原——矿热炉还原熔炼——镍铁铁水铸锭及熔渣水淬——产出镍铁锭（或水淬成镍铁粒）和水淬渣。

该工艺通常是指回转窑加矿热炉工艺，在国外已有几十年的生产历史，有一套较成熟的技术和理论，国内也有少数厂家有几年的生产历史，但都是小设备生产，技术问题很多，效益也不好，近期有数家企业陆续投产和正在建设上规模的生产线。

该工艺可以用任何铁镍品位的矿石生产任何含镍量的镍铁，技术上是在回转窑阶段控制铁的还原率来实现的（镍全部还原成金属、铁部分还原成金属和低价氧化物），这是该种工艺的最大特点，也是其具有生命力的原因，但由于矿热炉耗电巨大致使其生产成本偏高，另外缺电地区也无法建厂。

3矿热炉冶炼镍铁低成本生产工艺（RKEF法）RKEF工艺技术（“回转窑-矿热炉”法）始于20世纪50年代，由Elkem公司在新喀里多尼亚的多尼安博厂开发成功，由于产品质量好、生产效率高、而且节能环保，RKEF工艺很快取代了高炉工艺。随着冶金科学技术的发展，RKEF工艺也吸纳了包括自动化、清洁生产在内的众多最新技术成果，在设计制造、安装调试和生产操作上日臻成熟，已成为世界上生产镍铁的主流工艺技术，占据统治地位。目前全球采用RKEF工艺生产镍铁的公司有十几家，生产厂遍及欧美、日本、东南亚等地。

在世界范围，以廉价的红土镍矿为原料，采用RKEF火法冶炼镍铁的工艺技术具有很强的适用性和经济性。

3.1RKEF工艺介绍3.1.1对原料的要求对于“回转窑（RK）-矿热炉（EF）”流程，矿石成分很重要，有3个指标是采用RKEF工艺应该关心的：（1）Ni品位，希望在1.5以上，最好2.0以上。

（2）Fe／Ni，希望在6~10，最好接近6，中Ni品位高；如果Fe／Ni>10，则很难冶炼出含20％的镍铁，因为原料中Fe过高，很难在回转窑中控制氧化铁的还原度。

（3）MgO/SiO2，在0.55~0.65较合适，少量加入熔剂就可以得到低熔点的炉渣结构。

以上3个条件只是合适的条件，而不是必须的条件，在矿石条件不符合上述要求时，可以生产品位较低的镍铁，技术经济指标将受到影响。

还原剂（烟煤或无烟煤均可）和石灰石也是RKEF工艺所必需的，这两种原料在我国资源丰富，容易得到。

3.1.2典型工艺流程、主体设备结构（1）生产流程原料场（红土镍矿）→破碎、筛分→干燥→混匀配料→回转窑→矿热炉→铁包脱硫→精炼转炉→浇铸。在这个基础上，发展了对原料预干燥、原料制球、回转窑节能和余热发电、矿热炉高效冶炼和低熔点渣系配料、采用底吹或侧吹精炼转炉替代顶吹转炉、镍铁粒化等技术，适用于不同条件的工厂。

（2）工艺概述矿石、石灰石、还原剂在原料场、备料间加以筛分破碎后，混匀配料送入回转窑，在回转窑中，原料经干燥、焙烧、预还原，制成约1000℃的镍渣，回转窑烟气经余热锅炉、除尘、脱硫化后排放，粉尘与原料混合后再次入窑。

镍渣（回转窑中）在封闭隔热状态下（高架送料小车）加入矿热炉料仓（内衬耐火砖），根据工艺要求通过不同位置的下料管分配到矿热炉内。

矿热炉的产品是粗制镍铁，出铁前预先在铁水包加脱硫剂，出铁同时脱硫，粗制镍铁含Si、C、P等杂质，需要继续精炼，扒渣后，兑入酸性转炉，吹氧脱硅，同时加入含镍废料以防铁水温度偏高，脱硅后扒渣（或者挡渣出铁），兑入碱性转炉，吹氧脱磷、脱碳，同时加入石灰石造碱性渣，碱性转炉精炼后的镍铁水送往浇注车间，铸成合格的商品镍铁块或者制成粒状镍铁。

3.2对RKEF技术进行改进和创新虽然RKEF是成熟技术，但由于各国各地的外部条件不同，比如电和能源结构，将影响生产成本。

国内采用该技术必须进行改进。首先要研究配料模型。国内氧化镍矿资源贫乏，要依靠进口，进口矿来源复杂，缺乏稳定的原料基地，使得配料模型的开发更为重要。配料模型确定后，还要进行小型工业实验，以获得炉渣熔点、渣铁熔分特性和合适的烧结温度等数据，以指导生产。

4结束语矿热炉冶炼镍铁有它的特点，在我国批量冶炼时间还比较短，但RKEF工艺已成为当前我国红土镍矿处理的主要方法。

研究开发高效、流程短、低耗能、环保等镍铁冶炼新工艺已经成为红土镍矿未来发展的趋势。

参考文献：[1]王景涛.矿热炉冶炼镍铁生产实践[J].重工与起重技术，2011年第4期.[2]符剑刚，王晖，凌天鹰等.红土镍矿处理工艺研究现状与进展[J].铁合金，2009年第3期.140