RKEF冶炼工艺概述-图文

RKEF冶炼工艺概述-图文

前言

目前，国内外红土镍矿的处理方法主要有火法和湿法两种冶炼工艺，

湿法工艺是使用硫酸、盐酸或者氨水溶液作为浸出剂，浸出红土镍矿中的

镍和钴金属离子，常见的湿法处理工艺有高压酸浸工艺（HPAL）、常压酸

浸工艺（PAL）和氨浸工艺（Caron）。火法工艺是在高温条件下，以C作

还原剂，对氧化镍矿中的NiO及其他氧化物进行还原而得。火法冶炼因具

有流程短、三废排放量少、工艺成熟等特点，已成为红土镍矿冶炼的主要

工艺。

目前国内外主要有4种火法工艺：烧结—高炉流程（BF法）；回转窑—电炉熔炼流程(RKEF法)；多米尼加鹰桥竖炉—电炉工艺；日本大江

山回转窑直接还原法。其中，RKEF法是当今世界上火法处理红土镍矿的

先进及成熟工艺，广泛地应用于各国冶炼厂家。

RKEF（RotaryKiln-ElectricFurnace）法始于上世纪50年代，由Elkem公司在新喀里多尼亚的多尼安博厂开发成功，具有产品质量好、生

产效率高、节能环保等优点。

在不锈钢产量大幅增幅的驱动下，RKEF法镍铁的生产能力急剧增加。我国冶炼镍铁电炉炉容在不断地扩大。额定容量25MVA的炉型已经逐步退

出主体炉型，进而33MVA、36MVA、48MVA、51MVA成为主体炉型。与此同时，我国矿热炉生产镍铁的工艺流程更加合理，矿热电炉的总体装备水平

大幅度提高，冶炼工艺技术更加成熟。下面将概括介绍和讨论矿热电炉利

用红土镍矿采用RKEF法冶炼镍铁的工艺技术。

1工艺流程概述

利用红土镍矿生产镍铁的RKEF冶炼工艺流程如图1.1：

图1.1RKEF工艺流程图

工艺流程主要包含以下几个阶段：

(1)在露天料场进行红土矿的晾晒；大块红土矿的破碎、筛分、混匀。

(2)应用干燥窑对红土矿进行干燥；应用回转窑进行红土矿的焙烧预

还原。以此获得焙砂。

(3)矿热电炉熔炼焙砂生产含镍生铁。(4)回转窑与电炉余热的利用。(5)粉尘的收集与再利用。

对RKEF法工艺的流程，矿石内部的成分尤为重要，其中有至少3个

指标，在生产时需要关注：

(1)Ni品位，控制在1.5以上，最好2.0以上。

(2)Fe/Ni，在6~10之间，最好接近6，因而矿中Ni品位高；如果

Fe/Ni>10，则很难冶炼出含Ni=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。以上三个条件只是合适的条件，不是必须的条件，在矿石

条件不符合上述要求是，也可以生产其它品位的镍铁。

回转窑和电炉是该工艺中的关键设备，干燥窑根据原料情况选用，由

于公司所用的红土镍矿基本都是从菲律宾、缅甸等东南亚国家进口，含水

量都比较高，基本在30%~40%之间，所以选用干燥窑对原矿进行干燥，干

燥窑干燥后的矿水分保持在20%~22%左右，这样既能减少矿黏，又能降低

整个流程中烟尘产量，减少Ni损失。

2回转窑

回转窑在整个RKEF法流程中的作用，有如下几点：(1)使红土镍矿表

面水分彻底蒸发。(2)脱除红土镍矿中的结晶水，即烧损。

(3)预还原反应部分还原矿石中的铁、镍和钴的氧化物。(4)将红土镍

矿温度升高，焙砂放出温度在700~1000℃之间。

2.1回转窑的结构及工作原理

回转窑主要由窑筒体、传动装置、支撑装置、挡轮装置、窑头密封装置、窑尾密封装置、窑头罩等部件组成，如图2.1所示：

图2.1回转窑示意图

物料在回转窑内煅烧的过程是生料从窑尾喂入，由于窑有一定的倾斜度，且不断回转，因此使生料连续向热端移动。燃料自热端喷入，在空气

助燃下燃烧放热并产生高温烟气，热气在风机的驱动下，自热端向次端流动，而物料和烟气在逆向运动的过程中进行热量交换，使生料烧成熟料。

红土镍矿干矿、烟尘粒料、还原煤从窑尾进入，首先被干燥，然后到

达回转窑中部，开始脱除干矿结晶水，直到卸料前，干矿被煤和一氧化碳

部分还原，最终所得焙砂中的镍以金属Ni和Ni2+两种形式存在，干矿中

大部分铁也被还原成Fe2+，其中的主要反应为：

回转窑中还原气氛的生成：2C+O2=2CO(2-1)NiO的直接还原：

NiO+C=Ni+CO(2-2)NiO的间接还原：NiO+CO=Ni+CO2(2-3)矿料一直与含CO、CO2的还原气氛接触。还原气氛下矿料在500~600℃开始金属化，当矿料

到达出料端时。温度可升至800~900℃，此时矿料中多数的NiO被还原。

铁氧化物的热分解和还原在低于570℃时按Fe2O3→Fe3O4→FeO进行

转换。而高于570℃时，有浮氏体中间相生成，铁氧化物转换按

Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe进行，在还原性气氛下将发生下列反应：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2(2-4)Fe3O4+CO=3FeO+CO2(2-

5)FeO+CO=Fe+CO2(2-6)在上述3个铁氧化物的间接还原反应中，由于回转

窑的还原气氛弱，PCO不高，反应(2-4)反应相对彻底，而反应(2-5)、尤

其反应(2-6)反应并不充分。在回转窑中不能追求铁氧化物还原成金属的量，因为窑内最高的工作温度受到矿料在窑壁上粘附和生成环状结圈的限制。

2.2回转窑烟气的回收

回转窑尾部的烟气含有大量余热，如果不利用而直接进入净化设施，

不但浪费资源，而且需要提高净化设备的耐温性能，将大大增加投资成本。利用电除尘设备对于燥窑产生的烟气进行除尘，在配料站设置袋式除尘，

利用旋风收尘对回转窑产生的烟气进行除尘，电炉产生的粗煤气采用袋式

除尘，所有电收尘、袋式收尘所收集粉尘均返回配料，如下图2.2所示：

2.2RKEF法烟气除尘技术

3矿热炉3.1工艺概述

将焙砂在封闭隔热的状态下加入矿热炉料仓，根据工艺的要求通过不

同位置的下料管道分配到矿热炉。在全封闭式的矿热炉中，通过自焙电极，埋弧冶炼方式，将粗制镍铁和炉渣进行还原熔分，同时，将产生大约含有75%的CO的矿热炉煤气，经过净化过后，再送回到回转窑的烧嘴中，将其

与煤粉共同作为生产的燃料。