红土镍矿火法

主要的镍铁生产工艺为高炉冶炼和电炉冶炼，但高炉冶炼污染严重、能耗较高，国家已于2007年明令禁止高炉生产低品位镍铁。而回转窑一电炉工艺(RKEF法)由于工艺简单、生产率高、质量优良等优点逐渐取代了传统的镍铁生产工艺，成为目前生产镍铁的主要方法。

火法工艺处理红土镍矿，最大的缺点是能源消耗高，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、焙烧预处理工艺的燃料消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65% 以上。另外，火法处理工艺对处理的红土矿镍品位有一定要求，矿石含镍每降低1%，生产成本大约提高3% - 4%

通过干燥窑可以去除原矿中的大量附着水和结晶水，预还原过程中除了进一步脱除结晶水外，可以在高温下将部分镍、铁氧化物进行预还原，一般将炉料出窑温度控制在650～900℃。高温的预还原炉料直接通过高位料仓被加入矿热电炉进行冶炼得到粗制镍铁采用喷吹法进一步进行精炼，去除多余的杂质，控制成分和温度，粒化后得到精制镍铁。

焙烧还原温度一般控制在780~830℃之间，在还原性气氛的回转窑中可将镍、铁等氧化物还原成金属或低价氧化物。

回转窑中还原气氛的生成：2C+O2=2CO

NiO的直接还原：NiO+C=Ni+CO

NiO的间接还原：NiO+CO=Ni+CO2

红土镍矿中除了有价元素镍、铁的氧化物之外，还有MgO、SiO2、CaO、CoO、Al2O3、Cr2O3等多种氧化物，各种氧化物在电炉中的还原顺序及还原量可通过操作予以控制。在1300-1400 ℃的熔炼温度条件下，根据几种主要氧化物与氧结合能力的大小，通过选择性还原可使红土镍矿中的镍氧化物优先还原。通过控制炉内还原剂焦粉的加入量，可使铁的氧化物部分还原为金属，未完全还原的FeO与脉石进入炉渣，以调整炉渣的流动性。

焙烧预还原后的高温焙砂在电炉内熔化反应后形成金属液和炉渣，金属液中含有硫磷等杂质，为粗制镍铁，不能直接用作不锈钢的原料，需要后续进一步精炼。粗镍铁直接放人铁水包，出铁温度为1460℃。放渣温度为1560℃。

随着还原煤配入量的提高，镍铁中镍的回收率上升，而镍品位（回收率）下降。

炉渣温度过低，渣黏度大，流动性不好，镍还原不彻底，镍与渣分离不好，影响镍回收率；炉渣温度过高，需消耗大量的电能及降低炉衬寿命。

根据差热分析结果，镍品位19％左右的镍铁合金熔点为1360～1380℃，炉渣熔点1420 1440℃，生产时镍铁合金放出温度在1450～1500℃比较合适，炉渣放出温度在1550～1600℃为宜。

干燥矿含水率20％～22％，还原窑焙烧温度900℃左右，还原煤配入量7％，此时镍还原率较高，而且回转窑不结圈，镍品位19％左右、回收率达到91％左右。电炉冶炼镍铁的合理品位为19％，此时技术经济指标最佳。如果生产25％品位的镍铁合金，镍回收率损失较大，而且出现泡沫渣，不利于安全生产。

火法还原顺序：NiO、FeO、Cr2O3、SiO2

电炉还原熔炼生产镍铁合金是目前处理高硅高镁红土镍矿最为有效的方法，电炉还原熔炼过程主要发生以下反应：

NiFe2O4难以稳定存在，反应（5）几乎不发生

NiO的还原初始温度为450℃，Fe2O3的还原初始温度为650℃，MgO在高于1700℃时仍不发生还原反应，而SiO2的还原初始温度为1700℃

上述氧化物的还原先后顺序为：NiO>NiFe2O4>Fe2O3>FeO>Cr2O3>SiO2>MgO

由于红土镍矿的MgO等高熔点化合物含量高，因此该类型矿的熔炼温度常常较高由于红土镍矿中MgO含量常超过20％，还原熔炼生产镍铁时，渣熔点高，需配加熔剂和燃料，导致渣量大，镍的损失也较大。同时为了得到高品位镍铁，要求铁被部分还原，导致渣中FeO含量很高，对炉体腐蚀性加大，对实际生产产生不利影响。

红土镍矿电炉还原炼镍铁的熔池温度在1400～1600℃，为提高镍铁产品质量，电炉镍铁冶炼采用选择性还原原理，即缺碳操作。

当焦粉配比大于11％时，随着矿中铁的过度还原而将降低镍铁合金中镍的品位，而CaO 作为熔剂在改善金属与渣的分离及提高金属的回收率方面，其效果较CaCO3更为理想。

SiO2/MgO在1.6～2.8，FeO含量在20％～30％时，渣的熔点为1420～1650℃，在上述范围内渣的碱度在0.85～1.15时，渣与金属密度差异大，且具有良好的流动性，有利于渣与金属分离，提高镍的直收率。