红土镍矿冶炼镍铁的工艺流程择优探讨

提高电气设备的安全高效运行 3.7 积极采用新技术，
3.7.1 积极采用高压变频技术 将高频变压技术应用在锅炉电气设备上具有很大的优势： ①该技术 能够降低设备的能源消耗， 促进绿色生产； ②能够在很大程度上提高设 备的运行效率， 降低工作强度； ③在高效运行的基础上安全性能不断提 高。因此， 高频变压调速技术的使用是目前提高锅炉电气设备安全高效 运行的重要措施。 3.7.2 加强 PLC 和变频控制技术的使用 作为锅炉辅助系统的重要一部分， 空压机的状况对整个设备的运行 有着重要的作用。但是空压机自身存在着高耗能、 噪音大等缺点， 在日常 运行中也需要进行大量的检修维护工作。 而将 PLC 和变频控制技术应用
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2015 年 11 月
大科技
工艺与设备
矿进行筛分破碎， 10~50mm 的烧结矿送入高炉配料工序， 10mm 以下的 送入烧结配料工序， 进行重新烧结。将烧结矿、 原矿、 焦炭、 石灰石、 生石 就投资成本 灰、 和萤石进行配料并混合， 再送入高炉冶炼， 得到粗镍铁[4]。 来看， 烧结机配合高炉路线投资相对较低， 可以处理含镍量低的矿石。但 小高炉面对政策性淘汰， 并且 是由于国家限制 400m3 以下的高炉使用， 高炉冶炼以焦炭燃烧放热为主要热能， 镍矿中的 Fe 可以被充分还原， 因 此出炉的镍铁品味受限于入炉镍矿 Ni/Fe 值的限制[5]。 盖住熔体表面。采用哪种操作方式跟矿石类型有关， 如果矿石为镁质硅 酸盐型， 矿热炉熔炼选择的渣型熔化温度高于镍铁的熔化温度， 则更适 合覆盖熔池熔炼； 如果为褐铁矿型的矿石， 熔炼渣熔化温度低于镍铁熔 化温度， 则更适合敞开熔池熔炼[3] 。 密闭式矿热炉烟气由于含有大量的 CO， 因此是可以回收利用的。矿 热炉烟气在经过收尘处理后， 可直接供入回转窑燃烧器使用。也可送入 煤气柜后再供入回转窑燃烧器或与其它煤气一起统筹考虑。直接送入燃 烧器的好处是煤气温度高， 更节能， 省去了建设煤气柜的投资。但矿热炉 炉况不一定很稳定，如果烟气成分波动则不利于稳定回转窑的炉况， 并 且对回转窑燃烧器的自动化控制水平要求较高。送入煤气柜的好处是可 统筹使用矿热炉煤气， 即使是用于回转窑， 那么对回转窑炉况的稳定还 是有利的， 燃烧器要求相对较低。但是占地及安全问题会导致投资增大。 矿热炉的主要产物有两种： 镍铁和熔炼渣。熔炼渣各厂都采用不太 相同的处理工艺， 有的采用水淬法， 将渣水淬成砂状； 有的将渣排入渣罐 也 中运到弃渣场。 渣根据具体成分， 看是否有提取 Fe、 Mg 等元素的价值。 可以作为制作水泥的原料， 或者直接用于铺路等。
包括还原焙烧→氨浸工艺和高压酸浸工艺两种， 适合处理褐铁矿型的红 土矿； 火法工艺适合处理镁质硅酸盐型氧化镍矿。 镍铁的火法生产流程有以下几类：
2.1 RKEF 流程
这是一种火法冶炼红土镍矿使用最普遍的工艺流程， 其工序为预干 送入干燥窑进行干燥， 将矿石水 燥→焙烧→还原熔炼。矿石入厂堆存后， 分降低至约 20%， 或经自然干燥适当降低矿石含水。矿石送入配料工段， 将矿石、 熔剂、 还原剂按照比例进行混合配料供入回转窑进行还原焙烧。 回转窑产出的炽热焙砂送入矿热炉的炉顶料仓。焙砂由料仓卸入矿热炉 内进行还原熔炼。熔炼产物为粗镍铁。
2.4 竖炉预还原—电炉熔炼
这种工艺由多米尼加鹰桥镍公司圣多明各厂采用。该厂电炉熔炼的 原料来自本厂还原车间的产物—— —经过脱水、 制团、 竖炉煅烧、 部分还原 的热煅烧团矿[6]。 也 RKEF 工艺是世界上采用范围最广的处理红土镍矿的火法工艺， 是目前国内镍铁行业投资兴建的主流工艺。 这是一种火法冶炼红土镍矿工艺流程， 其工序为预干燥→焙烧→还 原熔炼。矿石入厂堆存后， 送入干燥窑进行干燥， 将矿石水分降低至约 或经自然干燥适当降低矿石含水。矿石送入配料工段， 将矿石、 熔 20%， 剂、 还原剂按照比例进行混合配料供入回转窑进行还原焙烧。回转窑产 出的炽热焙砂送入矿热炉的炉顶料仓， 焙砂由料仓卸入矿热炉内进行还 然后浇铸 原熔炼， 熔炼产物为粗镍铁。再进行除 Si、 S、 P 等的精炼处理， 外售或送入不锈钢、 合金钢工艺流程。 原料入场堆存、 矿石干燥与破碎、 配料、 回转窑 RKEF 工艺主要分为： 焙烧、 矿热炉熔炼五大步骤。 由于红土镍矿含水非常高，因此为了保障回转窑的还原焙烧效果， 一般会将矿石进行预干燥， 脱除矿石中的游离水， 使矿石干燥到既不太 —普遍认为矿石含水在 20%左右。工业实践 粘结， 又不太粉化的程度—— 中， 多数厂家采用干燥回转窑进行干燥。但是干燥窑出来的矿石还要经 过破碎、 配料等工序， 被加热的矿石又被冷却， 能源的有效利用率稍差。 因此， 如果工厂建在阳光资源充裕、 降水少的地区， 则可以通过自然晾晒 的方式降低矿石含水。 这样既可以节省投资， 又节省生产成本。 但如果工 厂建在空气湿度大， 降水量大， 则不宜设太大规模的室外堆场， 因此建设 干燥窑还是有必要的。 进入回转窑的原料需要达到合适的粒度， 因此矿石在进入配料工序 之前需要破碎。根据国外工厂的工业实践调查， 国外工厂大都选择将矿 只有合适的粒度才能保证回转窑达到预还原的效 石破碎到 50mm 以下， 果。 送入回转窑的炉料应该根据矿热炉产出的粗镍铁的目标品位来确 定配入的还原剂量。并且根据矿物成分， 选择合理渣型， 决定是否需要熔 剂以及配入的熔剂量。 回转窑是连续运转， 加料也是连续加料。回转窑内物料流向一般采 用逆流， 燃烧器布置在卸料端。炉料在回转窑内的时间一般在 2h 以上。 根据炉料在窑内的反应过程的特性，回转窑被划分为三个区： ① 烘干 区—— —矿石脱除游离水， 因为即使有预干燥设备， 矿石中的游离水也不 可能完全脱除； —矿石中的结晶水被脱除； —炉 ② 煅烧区—— ③ 焙烧区—— 料中的金属部分还原， 此时矿石中的 Ni 几乎全部还原出来， Fe2O3 几乎全 少量的 Fe 被还原出来。还原焙烧后的焙砂温度在 900℃ 部还原成 FeO， 左右。在回转窑内焙烧好的焙砂卸入保温料罐， 一罐一罐的将焙砂卸入 矿热炉炉顶料仓。回转窑的卸料采用的是间断的方式。 回转窑的配置有高架、 低架两种： 回转窑采用高架配置， 优点是生产 时节省成本， 矿热炉加料周期短， 焙砂温降少， 熔炼电能消耗减少， 省去 提升焙砂罐的设备投资和运行成本。缺点是初期土建成本高， 安装和后 期检修难度大； 采用低架配置的优点是初期的土建投资小， 安装和后期 检修方便。 缺点是生产能耗相对较高， 设备方面投资高。 在国内投产的厂 家多数采用低架配置， 但是由于没有长时间的工业实践比较， 两种方案 哪种更经济目前尚无明确定论。 矿热炉为镍铁生产的最主要设备， 矿热炉炉形可分为矩形 （椭圆形） 和圆形， 密闭式和开放式。 圆形密闭式矿热炉是一种更具优势的炉型。 圆 形矿热炉电极至炉墙的距离均等， 热负荷均匀分布， 炉体热膨胀均匀， 炉 料受热和炉内反应更加均匀。圆形电炉厂房布置更加紧凑， 投资更节省。 密闭式电炉热利用效率更高， 可有效减少电能消耗， 烟气集中处理并回 收利用， 不但改善了厂房内操作环境， 也能降低生产成本。矿热炉熔炼的 —矿热炉内存有大量焙砂， 使 熔池操作方式有两种：①覆盖熔池操作—— 焙砂不覆 焙砂完全覆盖住熔体； ②敞开熔池操作—炉内存有少量焙砂，
业不规范或是技术不到位导致的事故和故障。另一方面， 要进行安全技 术培训， 使作业人员了解并掌握必要的安全技术， 在进行安装或操作时 能够增强面对问题的反应能力和应对解决能力， 最大限度的减少安全事 故。
在空压机上， 则可以有效地减弱或者克服这些缺点， 达到节能降耗的效 果。
4 结束语
综上所述，在目前锅炉电气设备的运行中存在着安全意识缺乏、 管 理力度不够、 技术水平低的问题， 导致设备的低效运行和安全事故的频 发。因此， 在日常工作中要建立起完善的管理体系， 加强检修、 维护、 防护 工作， 积极采用新技术， 尤其要注意安全管理， 促进锅炉电气设备的安全 高效运行。 参考文献 石玉冬， 曹清源， 陈智力.垦区锅炉电气设备安全运行的主要措 [1]岳振江， 施[J].农民致富之友， 2015， 01： 145. [2]李兴艳.浅谈锅炉燃煤系统中变频器应用需注意的几个问题[J].甘肃科 技纵横， （3） ： 2010， 39 51~52. [3]何 欣.锅炉房电气设备运行安全应注意的几个问题[J].科技致富向导， （7） ： 2014 120. 收稿日期： 2015-10-22 作者简介： 刘婷婷 （1987-） ， 女， 助理工程师， 大专， 主要从事电厂电气设 备运行工作。
1 镍铁的物料化学性质及用途
镍，化学符号 Ni，原子序数 28，外围电子排布 3d84s2，原子量是 属于过渡金属[1]。镍是一种银白色金属， · 58.6934， 20℃时的密度 8.908t m-3， 沸点 2732℃[2]。 熔点 1453℃， 镍具有高度的化学稳定性， 在空气中不易生锈。镍是磁性金属， 具有 根据镍的性质， 镍在 良好的任性， 有足够的机械强度， 并镍具有磨光性[2]。 不锈钢、 耐热合金钢和其它各种合金、 电镀、 化工催化剂、 化学电池等领 域有着广泛的应用。我国约有 60%以上的镍用于生产不锈钢。 随着合金炼钢技术的提高以及生产成本的角度考虑， 原来采用纯镍 类原料来冶炼不锈钢或合金钢的企业开始使用非纯镍原料。 因此利用氧 化镍矿冶炼镍铁随着不锈钢及合金钢产业的发展， 在国内作为新兴的冶 炼细分行业发展起来。
引言
随着经济、 科技的发展， 机械制造、 建筑等行业对材料提出更高的要 求。特殊零部件、 仪器、 火箭技术、 原子反应堆、 碱性蓄电池、 催化剂以及 防蚀电镀层， 镍扮演着非常重要的角色。 尤其是不锈钢及合金， 是镍最大 的应用领域。 随着合金炼钢技术的提高， 不锈钢或合金钢生产企业开始采用非纯 镍原料冶炼不锈钢。 因此利用氧化镍矿冶炼镍铁随着不锈钢及合金钢产 业的发展， 在国内作为新兴的冶炼细分行业发展起来。

2.3 高炉冶炼工艺
矿石经过脱水、 烧结和造块， 再配入焦炭和熔剂， 送入高炉内冶炼， 生产出粗镍铁， 然后再进行精炼处理。矿石经过筛分 10mm 以下的矿石 与焦炭和熔剂配料进行烧结， 10~60mm 的矿石送入高炉配料工序。烧结