洛阳建材建筑设计研究院RKEF法冶炼镍铁工艺介绍---王群红 - 副本

1、洛阳建材建筑设计研究院RKEF红土镍矿镍铁冶炼技术介绍一、红土镍矿镍铁冶炼1 镍、镍铁和镍矿1.1镍镍是略带黄色银白色金属，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。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一位。捏镍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，镍的消费仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位。因此，镍被称为战略物资，一直被各

2、国所重视。1.2镍铁 镍铁主要成分为镍与铁，同时还含有Gr、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(Ni1525%)、FeNi30(Ni2535%)、FeNi40(Ni3545%)、FeNi50(Ni4560%),又再分为高碳（1.02.5%）、中碳（0.0301.0%）和低碳（10.030%）；低磷（P0.02%）与高磷（P0.02%）镍铁。目前国内生产厂家生产的镍铁品位1015%，也有部分厂家生产20%或25%以上的镍铁。1.3 镍矿世界上可开采的镍资源主要有两类，一类是流化矿床，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6070%

3、的镍来源于硫化镍矿。而世界上镍的储量80%为氧化镍矿，矿物组成主要是含水镍镁硅酸盐（xNi.yMgO）2Si2nH2O,以及针铁矿Fe2O3.H2O、赤铁矿Fe2O3和磁铁矿Fe3O4，由于铁的氧化，矿石呈红色，所以通称红土镍矿。世界上的红土镍矿分布在赤道线南北纬30以内的热带国家，其可开采部分一般由三层组成：褐铁矿层、过渡层和腐殖土层。其化学成分组成见表1.表1 红土镍矿不同层的化学成分矿层化学成分/%NiCoFeCr2O3MgO特点褐铁矿层0.81.50.10.24050250.55高铁低镁过渡层1.51.80.020.1254012515腐植土层1.830.020.11025121535

4、低铁高镁图1 红土型镍矿剖面图模式褐铁矿层，含铁多、硅镁少、镍低、钴较高，一般采用湿法工艺回收金属；再下层是混有脉石的残积层（过渡层和腐殖土层）矿，含硅镁高、铁较低、钴较低、镍较高，这类矿一般采用火法工艺处理。具体情况见表2。表2 矿石范围与冶炼工艺矿石分层矿石分层名称矿石品位冶炼方法冶炼工艺冶炼常规产品顶层崩积层含镍低，Ni0.020.1%弃置堆存中层褐铁矿层含镍低、铁高、硅镁低、钴较高。Ni:1.01.7%Fe：3550%MgO:0.515%Co：0.10.2%湿法冶炼1.还原焙烧氨浸工艺；2.高压酸浸工艺；3.强化高压酸浸工艺；4.常压酸浸工艺；5.硫酸堆浸工艺；6.氯化浸出工艺电解镍氧

5、化镍下层残积层含镍较高、铁较低、硅镁高、钴较低。Ni:1.83%Fe：1025%MgO:1535%Co：0.020.1%火法冶炼1.回转窑电炉工艺；2.多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺；3.日本大江山回转窑直接还原法。镍铁2镍的冶炼工艺现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。根据世界上主要两类含镍矿物（含镍的硫化物和氧化物）的不同，冶炼方法各异。镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解的金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿，其褐铁矿层，含铁多、硅镁少，镍低、钴较高，一般采用湿法工艺处理，主要方法有氨浸法和硫酸法两种。下层是混有脉石的腐植土层（包括硅镁性镍矿），含

6、硅镁高、低铁、镍较高、钴较低，这类矿一般采用火法工艺处理。2.1湿法工艺流程介绍 目前成熟的湿法工艺流程有还原焙烧氨浸流程、高压酸浸流程和常压酸浸流程。（1）还原焙烧氨浸流程 还原焙烧氨浸流程处理褐铁矿或褐铁矿和残积层矿的混合矿矿石先干燥然后矿石中的镍在700时选择性还原成金属镍钴和一部分铁被一起还原还原的金属镍经过氨浸回收。还原焙烧氨浸流程的 缺点有矿石处理采用干燥、还原、焙烧等工序消耗 能量大消耗多种化学试剂镍和钴的回收率比火法流程和高压酸浸流程低。 （2）高压酸浸流程 高压酸浸流程主要处理褐铁矿和一部分绿脱石或蒙脱石。加压酸浸一般在衬钛的高压釜中进行浸出，温度 245-260，通过液固分

7、离、镍钴分离，生产电解镍、氧化镍或镍冠，有些工厂生产中间产品，如混合硫化镍钴或混合镍钴氢氧化物。 高压酸浸流程处理的红土矿要求含 MgO/Al2O3 低，通常含 MgO4%（含 MgO越高,耗酸越高）,含 Al 低的矿石。（3）其他湿法工艺流程 有些湿法工艺流程正在进行试验和进一步评估如强化高压酸浸工艺、常压酸浸工艺、硫酸堆浸工艺和氯化浸出工艺。2.2火法工艺流程现有的火法工艺处理红土矿工艺流程有传统的回转窑电炉工艺；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。多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺流程是红土矿经过干燥脱水、制团、采用竖炉煅烧生产部分还原煅烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁，粗镍铁在钢包炉

8、中精炼。日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁，该流程分为三个步骤：（1）物料预处理：磨矿、混合与制团，以提高回转窑操作效果；（2）冶炼工艺：回转窑煅烧、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。这是世界上唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法。RKEF 流程是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程，该工艺流程已在世界上被广泛地采用，技术成熟可靠，项目投资风险低。该工艺主要工序：干燥、煅烧和预还原电炉熔炼等。2.2.1回转窑电炉工艺（RKEF）回转窑电炉工艺是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程该工艺主要分为几个工序干燥、焙烧预

9、还原、电炉熔炼、精炼等工序简述如下：1.干燥采用回转干燥窑主要脱出矿石中的部分自由水。 2.焙烧预还原采用回转窑主要是脱出矿石中剩余的自由水和结晶水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、磷等满足市场要求。如果生产镍锍需要在焙烧回转窑的出料口喷入硫磺将镍转变成低铁的镍锍。2.1.2 多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺 多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺流程包括红土矿干燥脱水、制团、竖炉焙烧生产部分还原焙烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁、粗镍铁在钢包炉中精炼。高炉生产镍铁的主要工艺流程是：矿石干燥筛分（大块破碎）-配料-烧结

10、-烧结矿加焦炭块及熔剂如高炉熔炼-镍铁水铸锭和熔渣水淬-产出镍铁锭和水淬渣。图2 高炉镍铁生产图3 高炉生产的镍铁锭（含镍7.8%）2.1.3日本大江山回转窑直接还原法 日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁该工艺包括物料预处理、回转窑焙烧和还原、回转窑产出的熟料采用重选与磁选分离出镍铁合金。这是世界上唯一的采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法。主要工艺流程是：原矿石干燥（大块破碎和磨矿）-配加还原煤和熔剂-入回转窑还原和熔炼-熔块水淬-水淬渣和镍铁粒破碎、磨矿、磁选-产出镍铁锭粒和细熔渣。图4 某厂大江山法镍铁生产线图5 磁铁作用下的产品（粒状镍铁，未分级） 该工艺不用焦炭、不用大量耗电，流程环节

11、少也省人工，干矿综合加工成本较低，（视含铁量多少配加更多或更少的还原剂煤，造成成本略有增加或减少），大约相当于电炉1/2或高炉的1/3。目前生产过程中的配料、耐火材料、结圈等问题已有很好解决。3镍铁产品方案镍铁品位介绍 镍铁品位是镍铁生产厂的重要参数镍铁品位主要影响以下几个方面镍回收率、电炉产量、精炼成本、运输成本、镍铁中铁的价格、市场因素等。 镍铁品位在 2730之间是非铁磁体而生产厂一般不选择生产非铁磁体即不选择生产品位在 2730之间的镍铁。从表3可以看出世界上大部分镍铁厂的镍铁品位在 1827之间， 部分镍铁厂生产含 Ni35以上的镍铁。 矿石品位是影响镍铁品位选择的一个重要因素矿石品

12、位越高适合生产高品位镍铁。另外矿石成分也影响镍铁品位的选择。镍铁中铁是否计价也是影响确定镍铁品位的一个重要因素。根据对国内厂家的咨询目前镍铁中的铁有的计价。另外我国铁资源缺乏宜尽量回收矿石中的铁。表3全世界主要镍铁厂的产量及镍铁品位4 RKEF工艺介绍4.1对原料的要求对于“回转窑(RK)-矿热炉(EF)”流程，矿石成分很重要，有3个指标是采用RKEF工艺应该关心的：(1) Ni品位，希望在1.5以上，最好2.0以上。(2) (2)FeNi，希望在610，最好接近6，中Ni品位高；如果FeNi10，则很难冶炼出含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) (3)M

13、gO/SiO2，在0.55065较合适，少量加入熔剂就可以得到低熔点的炉渣结构。以上3个条件只是合适的条件，而不是必须的条件，在矿石条件不符合上述要求时，可以生产品位较低的镍铁，技术经济指标将受到影响。还原剂（烟煤或无烟煤均可)和石灰石也是RKEF工艺所必需的，这两种原料在各地资源丰富，容易得到。4.2、典型工艺流程、主体设备结构(1)生产流程：原料场筛分、破碎和混匀配料回转窑矿热炉铁包脱硫精炼转炉浇铸。在这个基础上，发展了对原料预干燥、原料制球、回转窑节能和余热发电、矿热炉高效冶炼和低熔点渣系配料、采用底吹或侧吹精炼转炉替代顶吹转炉、镍铁粒化等技术，适用于不同条件的工厂。(2)典型工艺装备组

14、成A、 2台：5.040m烘干干燥窑；2台5.0100m回转窑、2台63MVA的密闭矿热炉、40t的底吹精炼转炉，造粒和铸块设备。年产镍铁10.12万t(镍金属22.2万t)。 B、烘干干燥窑2台：5.040m；焙烧回转窑2台：5.5115m ；交流矿热炉2台：72000kVA年产镍铁8.5万t(含镍25%)。 (3) 工艺概述 粒度-100mm 的合格矿石运至厂内湿红土矿堆场进行堆存，从料堆场来的矿石送进回转窑干燥，干燥后的矿石输送到贮料仓中或干料堆场。干矿石、石灰石、还原剂在原料场、备料间加以筛分破碎后，混匀配料送入回转窑。在回转窑中，原料经干燥、焙烧、预还原，制成约1000的镍渣，回转窑

15、烟气经余热锅炉、除尘、脱硫化后排放，粉尘与原料混合后再次入窑。 镍渣在封闭隔热状态下(高架送料小车)加入矿热炉料仓(内衬耐火砖)，根据工艺要求通过不同位置的下料管分配到矿热炉内。矿热炉为全封闭式，自焙电极，埋弧冶炼，还原并熔分粗制镍铁和炉渣，同时产生含Co约75的矿热炉荒煤气，荒煤气经过净化送到回转窑烧嘴，与煤粉一起作为燃料，除尘灰经处理后，返回到原料场。矿热炉炉渣经过水淬后可作为建筑材料，用于道路建设、制砖。 矿热炉的产品是粗制镍铁，出铁前预先在铁水包加脱硫剂，出铁同时脱硫，粗制镍铁含Si、C、P等杂质，需要继续精炼，扒渣后，兑入酸性转炉，吹氧脱硅，同时加入含镍废料以防铁水温度偏高，脱硅后扒

16、渣(或者挡渣出铁)，兑入碱性转炉，吹氧脱磷、脱碳，同时加入石灰石造碱性渣，碱性转炉精炼后的镍铁水送往浇注车间，铸成合格的商品镍铁块或者制成粒状镍铁。 图6 回转窑电炉镍铁生产工艺流程图1（此工艺图摘自72000kVA狂热电炉冶炼镍铁生产工艺）主机设备：1.烘干干燥窑2台：5.040m2.焙烧回转窑2台：5.5115m 采用了中间加煤技术3.交流矿热炉2台：72000kVA回转窑电炉镍铁生产工艺流程图2回转窑电炉镍铁生产工艺流程图3（无干燥回转窑） (4) 工艺特点 原料适应性强。可适用镁质硅酸盐矿和含铁不高于30的褐铁矿型氧化镍矿，以及中间型矿。最适合使用湿法工艺难以处理的高镁低铁氧化镍矿石。

17、 镍铁品位高，有害元素少。同样的矿石，RKEF工艺生产的镍铁品位高于高炉法和“烧结矿-矿热炉”工艺。该工艺的脱硫和转炉精炼工序能够将镍铁的有害元素降低到ISO6501标准所要求的范围内，为炼钢用户所欢迎。 节能环保，循环利用。原料水分较多，料场和筛分破碎运输的过程中不产生粉尘，回转窑烟气余热可回收蒸汽用于发电，经过烟气脱硫满足环保要求后排入大气，回转窑和矿热炉烟尘返回料场；矿热炉煤气经除尘后送回转窑作燃料，炉渣水淬后成为建筑工业原材料。转炉烟气余热回收蒸汽，煤气回收利用，炉渣磁选回炉，尾渣可铺路或制作水泥。从含水炉料进入回转窑直到矿热炉出铁出渣的整个过程产中，炉料处于全封闭，环保节能。 镍渣热

18、料入矿热炉。回转窑产的镍渣在900以上的高温下入炉，相对于“烧结矿-矿热炉”的冷料入炉，节省了大量的物理热和化学热，显著降低了电能和还原剂的消耗，提高了生产效率。 目前采用RKEF工艺技术生产镍铁的大型工程项目，已有福建鼎信实业镍铁项目（10万吨镍/年）、新希望集团镍铁项目（1.5万吨镍/年）、金川公司镍铁项目（3万吨镍/年）、德隆镍业镍铁项目（12万吨镍/年）、福建海和实业有限公司镍铁项目（2.2万吨镍/年）、苏拉威西矿业公司年产30万吨镍铁项目（4.5万吨镍/年）等十几家大型镍铁生产项目建成投产。 5 RKEF技术的注重方向 虽然RKEF是成熟技术，但由于各国各地的外部条件不同，比如电和能

19、源结构，将影响生产成本。 采用该技术必须进行针对性分析。首先要研究配料模型。国内氧化镍矿资源贫乏，要依靠进口，进口矿来源复杂，缺乏稳定的原料基地，使得配料模型的开发更为重要。配料模型确定后，还要进行小型工业实验，以获得炉渣熔点、渣铁熔分特性和合适的烧结温度等数据，以指导生产。 其次，开展对回转窑的余热利用和烟气脱硫的研究。由于天然气资源紧缺，国内建设项目的回转窑多用煤粉为燃料，为保护环境，必须明确回转窑烟气特性，脱除烟尘和硫分，同时回转窑低温余热已进行发电利用。 再次，矿热炉是镍铁冶炼投资最大的工序，对于炉型、耐火材料、电极直径、极心圆直径、电极电流密度及电压调整等需要进行研究，确定最适合的参

20、数，实现节电和延长炉衬寿命。 最后，转炉的问题。在国内看到的几座镍铁精炼转炉沿用了炼钢用顶吹转炉的设计，喷溅严重，原因是镍铁精炼转炉的渣量大，约是炼钢转炉渣量的10倍。另外，粗制镍铁是高硅镍铁水，普通炼钢转炉处理起来很困难。国内建设中的镍铁厂采用氧气底吹转炉将很好地解决以上问题。 6典型RKEF流程工厂的投资和主要技术经济指标 6.1投资估算 项目的设定： 建设一个年产10万t镍铁(镍含量20、镍金属量2万t)，产品符合ISO650l标准的镍铁厂。 投资估算内容： (1) 原料场。包括装卸料的抓斗机、胶带运输机，给料机、除铁器等，贮存量由原料供应条件决定，可以满足1个月正常生产的用料。 (2)

21、 筛分破碎工段。包括胶带运输机、板式给料机、锤式破碎机、格筛、吊钩桥式起重机等。 (3) 备料工段。圆盘给料机、计量皮带、悬挂式起重机等。 (4) 回转窑工段。回转窑，自行卸料小车等。 (5) 矿热炉工段。密闭式矿热电炉。 (6) 精炼工段。喷吹脱硫装置，精炼转炉。 (7) 浇铸工段。铸铁机或环形浇注机。 (8) 公辅设施、厂区道路：总降、制氧、能源中心、安全供电设施、烟气净化、余热(煤气)回收设备、渣处理、喷吹煤准备、水处理、机修、成品库等。投资估算费用见表4。 表4 投资估算表（单位：万元） 序号工程项目建筑工程设备购置及安装总价一工程费用1220001原料仓库90003000120002

22、原料准备及回转窑工段700023000300003矿热炉工段1300020000330004镍铁精炼工段700012000190005公共设施、总图运输120001600028000二其他费用10000三预备费5000四建设期贷款利息4000五铺底流动资金4000总投资145000上述估算是粗略的，项目所在地不同会有一定变化。 6.2主要技术经济指标 镍矿转运到工厂料场后的含水量2530(物理水)，经堆存配料自然干燥后，入回转窑时的含水量为2225。表5中的1.7是指干基的镍矿含镍量。 表5 主要技术经济指标项目数值备注原料红土镍矿品位1.7%；Fe/Ni在612产品品种20%品位的镍铁造块或

23、造粒（符合ISO6501）规模/(t/a)100000金属镍产量20000t/a镍回收率/%93年有效作业天数330冶炼电耗/(kWh/t镍铁)6650矿热炉电耗动力电耗/(kWh/t镍铁)430矿石/(t/t镍铁)12.65干矿15.81湿基矿，25%水分其它：回转窑用天然气或者其它煤气（Nm3/t镍铁）60相当于66kg无烟煤回收回转窑蒸气量（t/t镍铁）4.251.27MPa，197饱和蒸汽回收矿热炉煤气量（Nm3/t镍铁）990利用率80%，相当于263kg无烟煤回收转炉煤气量（Nm3/t镍铁）60平均CO含量7580%回收转炉蒸汽量（Nm3/t镍铁）2701.27MPa，197饱和蒸

24、汽回收蒸汽的当量电能（kWh/t镍铁）632全场平衡后的蒸汽发电氧气（Nm3/t镍铁）280氮气（Nm3/t镍铁）180转炉用天然气或丙烷气（Nm3/t镍铁）30压缩空气（Nm3/t镍铁）2新水（Nm3/t镍铁）30硅铁（kg/t镍铁）5.3转炉用电极糊（kg/t镍铁）35矿热炉用高铝砖（kg/t镍铁）7.25镁碳砖（kg/t镍铁）1.2镁砖（kg/t镍铁）15硅砖（kg/t镍铁）1.05耐热混凝土（kg/t镍铁）7.5劳动定员/人6507 RKEF镍铁生产工艺典型的工艺装备表6 RKEF镍铁生产工艺典型的工艺装备序号12345干燥窑5.040m 2套3.638 3套5.040m 2套5.04

25、0m 3套-焙烧窑5.5115m 2套4.5110M 3套5.0100m 2套4.4100m 3套5.5115m 2套矿热炉72000kVA 2套30000 kVA 3套63000 kVA 2套33000 kVA 3套45000kVA 2套镍铁产量（万吨/a）8.5wt（25%Ni）15 wt（15%Ni）10.12wt（20%Ni）20（25%Ni）10（15%Ni）8 主要指标（1）镍回收率：9094%；（2）综合电耗：60007500kWh/t-NiTe(1525%)；（3）综合煤耗：200300kg/ t-NiTe(1525%)；（4）综合水耗：300350m3/ t-NiTe(152

26、5%)；（5）烟气：（1）干燥窑：800950m3/t-焙烧料（200）； （2）焙烧窑：800900 m3/t-焙烧料（300）； （3）矿热炉：1500m3/t-焙烧料（700）；（6）劳动定员：6001350人；（7）项目综合投资：1.52.1亿美元/10万吨镍铁（含燃煤发电机组）。二、洛阳建材建筑设计研究院有限公司1.1洛阳建材建筑设计研究院有限公司简介洛阳建材建筑设计研究院有限公司（中文简称：洛阳建材建筑设计研究院，英文缩写LCDRI)是目前国内建材建筑工程设计行业十大甲级设计院之一，是科技部水泥科技行业创新平台、河南省特种水泥工程技术研究中心、洛阳市水泥工程技术研究中心。公司成立于

27、2000年，在多年的创业和发展历程中，一直致力于建材行业技术和装备的创新与进步，现已发展成为集科研开发、工程设计、工程总承包、工程监理、技术咨询、技术服务于一体的国家建材行业甲级设计研究院。近二十年来在国内成功设计或总包建设了各种规模的新型干法水泥熟料生产线六十余项（生产规模涵盖6008000吨/日水泥熟料）、水泥熟料生产线纯低温余热发电工程十余项、水泥粉磨站工程二十余项及大量的工业与民用建筑设计项目，获得全国建材、建筑行业优秀工程设计奖20余项、省部级以上科技进步奖30余项、获得专利60余项，被建设部授予“中国水泥设计行业技术实力十强单位”，在中国水泥及建筑行业享有一定知名度和美誉度。201

28、0年以来，LCDRI不断开拓发展空间和市场范围，目前公司业务已成功拓展到氧化铝、煤系高岭土、陶粒、镍铁（RKEF工艺）等无机非金属及有色金属材料制造行业，致力于无机非金属材料及有色金属先进制造技术和装备、环保（脱硫、脱硝）技术（工程）的研发及工程总包、在市政规划、厂区规划及工业与民用建筑设计领域成效显著。近年来先后完成了特种氧化铝、陶粒、高岭土煅烧、稀土煅烧、煤矸石活化利用、镍铁（RKEF工艺）等无机非金属及有色金属材料制造利用方面的技术研发和工程设计。在环保领域开发了有机污染物土壤修复技术及成套设备；在石化及新能源领域开发了油砂分离技术和成套装备，示范性油砂分离工程、多条年产10万吨RKEF镍铁（含镍20%）生产线已成功投运。LCDRI下设有研发中心、博士工作室、工艺所、装备所、电气自动化所、工业与民用建筑所、余热发电所、公用工程所、技经所、技术服务部；拥有先进的计算机网络系统、工程数据库、标准库、技术开发中心、科技产业基地和一支经验丰富、注重实效、作风严