镍铁合金

一、镍、镍铁与镍矿

镍是略带黄色的银白色金属，是一种具有磁性的过渡金属。镍的应用在于镍的抗腐蚀性，合金中添加镍可增强合金的抗腐蚀性能。不锈钢与合金生产领域是镍最广泛应用领域。全球约2／3的镍用于不锈钢生产，因此不锈钢行业对镍消费的影响居第l位。镍在不锈钢中的主要作用在于它改变了钢的晶体结构。在不锈钢中增加镍的一个主要原因就是形成奥氏体晶体结构，从而改善诸如可塑性、可焊接性和韧性等不锈钢的属性，所以镍被称为奥氏体形成元素。目前全球有色金属中，镍的消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第5位。因此，镍被视为重要战略物资，一直为各国所重视。镍铁主要成分为镍与铁，同时还含有Cr、Si、S、P、C等杂质元素。根据国际标准（ISO）镍铁按含镍量分为FeNi20（Ni 15％～25％）、FeNi30（Ni 25％～35％）、FeNi40（Ni 35％～45％）和FeNi50（Ni 45％～60％）。又再分为高碳（C 1.0％～2.5％）、中碳（C 0.030％～1.0％）和低碳（C <0.03％）；低磷（P <0.02％）与高磷（P <0.030％）镍铁。目前国内厂家生产的镍铁品位主要集中在1.6～2.0％、4～8％以及10～15％，同时也有小部分厂家能生产含镍量在20％以上的镍铁。世界上可开采的镍资源有二类，一类是硫化矿床，另一类是氧化矿床。由于硫化镍矿资源品质好，工艺技术成熟，现约60％~70％的镍产量来源于硫化镍矿。而世界上镍储量的65％左右贮存在氧化镍矿床中，由于其因含有氧化铁的缘故而呈红色，因此也俗称红土镍矿。目前发现的红土镍矿多分布在南、北回归线一带，如澳大利亚、巴布亚新几内亚、新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾和古巴等地。

二、工艺原理

工艺原理虽然红土镍矿处理工艺主要分为湿法冶炼工艺和火法冶炼

工艺，但目前世界范围内比较成熟的利用红土镍矿冶炼镍铁合金的工艺方法仍旧以火法冶炼为主。火法冶炼镍铁是在高温条件下，以C（或Si）作还原剂，对氧化镍矿中的NiO及其他氧化物（如FeO）进行还原而得。同时采用选择性还原工艺，合理使用还原剂，按还原顺序NiO、FeO、Cr2o3、SiO2进行还原反应。因不同产地的镍矿成分不同，NiO及各种氧化物之间组成的化合物也有所不同，因而，在镍铁冶炼过程中，其实际反应较复杂。反应生成的Ni和Fe能在不同比例下互溶，生成镍铁。从上述（1）、（2）反应式中可看出：NiO、FeO还原反应开始温度较低，而且，NiO的开始反应温度比FeO约低200℃；因而，火法冶炼镍铁过程中，尽管所采用的镍矿NiO含量较低，但NiO 90％以上被还原，而且，在Ni／Fe很低的情况下，可通过不同的工艺操作，使产品含Ni量提高到较高水平，与铁合金其他产品（如高碳铬铁、锰硅合金等）相比，电炉粗镍冶炼难度相对较低。三、红土镍矿预处理红土镍矿属非结晶型矿种。不同镍矿类型，成分波动范围

为：Ni 0.87％～3.85％，Fe 6％～50％，MgO 1.5％～32％，Si02 5％～58％，Al2o3 1％～15％，P 0.000 4％～0.000 2％，S 0.00l％～0.08％。红土镍矿另一个特点是水分较高，尤其是目前我国红土镍矿主要进口国菲律宾和印尼两国气候多雨潮湿，镍矿中水分基本在30~35％范围波动。为确保镍铁冶炼炉况稳定，镍矿在入炉前必须进行脱水，造块处理。不同的镍铁生产厂家对入炉前镍矿的脱水烧结处理普遍使用如下几种预处理方式：①回转窑烘干→造块→回转窑高温脱水、预热。②回转窑烘干→造块→竖炉烧结、预还原。③回转窑烘干→脱水、烧结（包括预还原）。不同的镍矿处理工艺的投资费用及工艺操作难度不同，对整个镍铁冶炼工艺综合能耗及产品质量的影响也有所不同，因而，随着我国镍铁生产的规模化，选择何种镍矿预处理方式，值得分析。

三、红土镍矿预处理

红土镍矿属非结晶型矿种。不同镍矿类型，成分波动范围为：Ni 0.87％～3.85％，Fe 6％～50％，MgO 1.5％～32％，Si02 5％～58％，Al2o3 1％～15％，P 0.000 4％～0.000 2％，S 0.00l％～0.08％。红土镍矿另一个特点是水分较高，尤其是目前我国红土镍矿主要进口国菲律宾和印尼两国气候多雨潮湿，镍矿中水分基本在30~35％范围波动。为确保镍铁冶炼炉况稳定，镍矿在入炉前必须进行脱水，造块处理。不同的镍铁生产厂家对入炉前镍矿的脱水烧结处理普遍使用如下几种预处理方式：①回转窑烘干→造块→回转窑高温脱水、预热。②回转窑烘干→造块→竖炉烧结、预还原。③回转窑烘干→脱水、烧结（包括预还原）。不同的镍矿处理工艺的投资费用及工艺操作难度不同，对整个镍铁冶炼工艺综合能耗及产品质量的影响也有所不同，因而，随着我国镍铁生产的规模化，选择何种镍矿预处理方式，值得分析。