电解镍生产工艺

镍由于具有良好的机械强度、延展性和很高的化学稳定性而广泛应用于不锈钢、电镀、电池、化工等领域，基本涵盖了从民用产品到航天航空、导弹、潜艇、原子能反应堆等各个行业，成为发展现代航空工业、国防工业和建立人类高水平物质文化生活的现代化体系不可缺少的金属。

由于镍矿石和精矿具有品位低、成分复杂、伴生脉石多、属难熔物料等特点，因而使镍的生产方法比较复杂。

根据矿石的种类、品味和用户要求的不同，可以生产多种不同形态的产品。

通常有纯金属镍、工业镍（普通镍）、烧结氧化镍、镍铁合金、镍的盐类产品以及少量的特殊制品如泡沫镍、镍纤维、镍箔等。

在纯金属镍中又有电解镍、粉末镍、镍丸、镍块等。

镍主要以合金元素的方式用于生产不锈钢、高温合金钢、高性能特种合金和镍基喷镀材料；镍钴合金是重要的磁性材料，镍基合金用于制造喷气机涡轮、发电涡轮机、轧钢机的轧辊；镍盐和镍的深加工产品广泛用于石油催化剂、充电电池等。

上述产品与市场需求、生产原料、生产的工艺和技术紧密联系。

随着市场需求的变化，生产原料的改变以及工艺技术的进步，这些产品所占的比例会发生较大的变化。

预计在未来5年内随氧化镍处理量的扩大，镍块、镍粉、镍丸、烧结氧化镍、镍铁合金等产品的比例会发生较大的变化。

一、电解镍
电解镍产品具有纯度高、杂质含量低、熔点高、抗腐蚀性强，在冷、热状态下，压力加工等机械性能良好，同时还具有特殊物理性能：磁性、伸缩性高的电真空性能等特点，因而在工业上得到广泛应用。

电解镍的生产原料目前主要来自陆地的硫化镍矿和氧化镍矿。

根据原料的不同，电解工艺也不尽相同。

针对硫化镍矿，主要有硫酸选择性浸出-黑镍除钴-电解沉积法，磨浮-硫化镍电解精炼法，这是我国镍冶金目前采用的最典型的两种工艺流程，如图1所示。

其他还有氯化浸出-电解沉积法等。

图1.我国电解镍采用的两种典型工艺流程
氯化浸出-电解沉积法的基本过程是在110℃条件下通氯气控制电位，对置换浸出渣进行完全氧化浸出。

浸出液脱除部分多余的Cu2+后，在一段置换浸出过程中，控制低电位，加入新的镍精矿进行置换浸出，两段浸出过程是逆流进行的，同时将Cu+降低至较低水平，置换脱铜浸出液，用碳酸镍中和除铁、铅、砷等后以溶剂萃取法分离镍钴，氯化镍钴液分别电积得阴极镍和阴极钴。

在阳极上产生的氯气可返回浸出。

由氧化镍矿制备电解镍目前主要采用还原焙烧-氨浸-电解沉积法。

其简要工艺流程为：还原焙烧-氨浸-净化-分离钴-蒸氨沉碳酸镍-硫酸溶解-电解。

为了提高镍钴浸出率, 美国矿物局发展了还原焙烧- 氨浸法处理红土矿的新流程, 简
)进行制粒, 还原时称USBM法。

该法的要点在于还原焙烧前加入了黄铁矿 (FeS
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用的是纯一氧化碳。

浸出液用LIX64-N作为萃取剂实现钴、镍的分离, 整个系统为闭路循环,有效地利用了资源。

二、电积镍
三、镍铁
近年来不锈钢的旺盛需求刺激了对金属镍的需求,导致镍价持续高涨。

在高镍价的推动下,国内外厂家纷纷上马镍铁项目, 使镍铁在全球镍产量中所占的比重越来越大。

中国镍铁生产是从2005年开始出现的,镍铁产品中镍金属含量仅2 000t，2006年达到3万t，2007年剧增到13万t，从而引起了全世界镍行业人士的高度关注。

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。

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。

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。

火法工艺处理氧化镍矿生产镍铁合金具有流程短、效率高等优点，但能耗较高，其操作成本中的最大构成项是能源消耗，如采用电炉熔炼，仅电耗就约占操作成本的50%，再加上氧化镍矿熔炼前的干燥、焙烧等预处理过程的燃料消耗，能耗成本可能要占65%以上。

而矿石含镍品位的高低对火法工艺的生产成本起着重要的作用，低品位的矿由于冶炼时矿石量大，能耗高，冶炼成本就高，矿石含镍提高0.1%，生产成本大约可以降低3-4%，因此目前火法工艺主要处理高品位的红土镍矿。

湿法工艺成本上比火法低，但处理氧化镍矿工艺复杂、流程长、工艺条件对设备要求高，因此从投资、建设周期、技术成熟的角度出发，火法仍将是镍铁冶炼的主导工艺，火法冶炼镍铁还可以同时回收镍和铁，用于不锈钢生产，具有较强的价格竞争及产能优势。

综上所述，解决火法工艺能耗高的难题以及开发新的湿法工艺处理中低品位镍红土矿将是今后镍冶炼的发展方向。

数种工艺流程
1、回转窑直接还原法
镍矿→烘干→破碎→配入焦炭、熔剂混合制团→预热→回转窑脱水、还原→固融态渣铁混合物→水淬→磨碎→跳汰、强磁选等多级渣铁分离→细粒镍铁→电炉重熔→精炼脱硫→镍铁。

该工艺利用回转窖全程对镍团矿进行脱水、焙烧，NiO、FeO等氧化物还原，金属物聚集，最后生成融态海绵状夹渣镍铁。

熔炼过程热能来自煤粉（或重油）燃烧放出的热量，其是火法冶炼镍铁生产中，设备最简单、生成金属流程最短、综合能耗最低的生产工艺。

2、鼓风炉法
镍矿→回转窑烘干→制块→配入焦炭→鼓风炉冶炼→粗镍铁→精炼降Si、C、P、S→镍铁。

该工艺在冶炼设备结构方面与高炉法冶炼镍铁有相似之处。

冶炼过程中以焦炭燃烧放热作为热源，但反应机理有所不同。

高炉直接冶炼出的镍铁，其含Ni 量基本取决于入炉镍矿中的Ni／Fe比值，而鼓风炉法生产的粗镍，其含Ni量，不只受限于该比值的大小。

鼓风炉工艺是最早出现的红土镍矿冶炼镍铁的技术，1875年，在新喀里多尼亚小高炉就已应用，后法国也有采用，但该法因消耗大量优质焦炭、污染严重而为人诟病。

最终该工艺在市场竞争和环保压力下停止，1985年日本矿业公司佐贺关冶炼厂的最后一座镍铁高炉熄火，标志着鼓风炉冶炼镍铁技术在欧美、日本等发达国家寿终正寝。

3、高炉法
镍矿→脱水、烧结、造块→配入焦炭、熔剂→高炉冶炼→粗镍铁→精炼降Si、C、P、S→镍铁。

在国内，近年采用的火法冶炼镍铁较为普遍，主要是借用于现有炼铁小高炉直接转产，具体操作与小高炉生产生铁操作相似，特别适合于使用低Ni、高Fe 镍矿生产低Ni镍铁（含镍生铁）。

该工艺仍以焦炭燃烧放热作为冶炼热能，入炉镍矿中FeO可被焦炭中的C 充分还原，故粗镍铁中的Ni含量高低基本受限于入炉镍矿Ni／Fe的比值大小。

由于国家限制400 m3以下小高炉的使用，而使用矿热电炉，利用低镍高铁镍矿，直接生产低Ni镍铁，其工艺的合理性和易操作性，似乎不及高炉法，因而采用大容量高炉冶炼低Ni镍铁值得关注和研究。

4、电碳热法
镍矿→脱水、造块→配入焦炭、熔剂→电炉冶炼→粗镍铁→降C、Si、P、S精炼→镍铁。

电碳热法是以C作还原剂，在电能高温条件下，对镍矿中的NiO、FeO等氧化物进行还原，冶炼出镍铁，因而，在电炉冶炼过程中，调整合适的配炭量，限制FeO还原，可生产出Ni含量较高的电炉镍铁。

国外火法冶炼镍铁主要采用此工艺，国内厂家生产含Ni大于10％的产品时亦普遍采用。

主要冶炼设备为矿热电炉，国内个别厂家也有使用与电弧炉结构相似的电炉生产（其设备最大容量为9 MVA），其镍矿预处理方式，冶炼工艺的具
体操作，精炼工艺设备配套情况及精炼效果均不尽相同，各项指标对比也存在一定差异。

5、电硅热法
镍矿→烘干→破碎→高温脱水煅烧成块→配入熔剂→矿热电炉熔化→NiO 熔体→倒人反应包→向反应包加入45％硅铁→倒包反应→粗镍铁→降P、Si精炼→镍铁。

电硅热法工艺是以Si作还原剂，在高温条件下，对NiO、FeO等氧化物进行还原，生成镍铁。

据资料介绍，国外电硅热法工艺是在炉外，通过倒包操作，使加入的Si 对熔体中的NiO进行还原，生成镍铁，与热兑法生产微碳铬铁的反应机理和工艺操作基本相同，因而，可称之为热兑法工艺。

目前镍铁的火法生产工艺主要有以下三类。

（1）传统的 RKEF流程
RKEF流程是目前红土镍矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程,其工序为:干燥、焙烧-预还原、电炉熔炼、精炼等。

①干燥。

采用回转干燥窑, 主要脱出矿石中的部分自由水和结晶水。

②焙烧-预还原。

预热矿石, 选择性还原部分镍和铁。

③电炉熔炼。

还原金属镍和部分铁, 将渣和镍铁分开,生产粗镍铁。

④精炼。

一般采用钢包精炼, 脱出粗镍铁中的杂质,如硫、磷等。

(2)回转窑直接还原法
该方法是世界上唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法,主要分为以下几个工序: ①物料预处理:磨矿、混合与制团; ②冶炼工艺:回转窑焙烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集; ③分离处理:回转窑产出的熟料采用重选与磁选,分离出镍铁合金。