回转窑矿热炉生产镍铁新工艺

1、转窑矿热炉生产镍铁新工艺一、前言镍是一种银白色金属，具有优良的使用性能，已成为航空工业、国防工业和日常生活不可缺少的金属。镍的最大用途是生产不锈钢、耐热钢，其次是生产合金结构钢和合金铸铁，其中仅不锈钢生产就占到镍产量的65。因此，随着世界不锈钢需求的迅猛增长，镍的需求量将进一步提高。虽然地球上镍元素含量很多，仅次于铁列第五位。但是目前可供人类开发利用的镍资源，只限于陆地的硫化镍矿和红土镍矿。全球目前已探明的镍资源约1.6亿t，其中30为硫化矿，70%为红土镍矿；但以世界镍生产量而言，则属红土臬矿之比例仅占44%因此，从长远来看，由于品位高、开采条件好的硫化镍矿资源已被开采枯竭，故红土矿将是未来

2、镍的主要来源。由于炼钢技术的进步,原来采用纯镍类原料，冶炼合金钢和不锈钢的钢厂，从经济角度考虑己改用非纯镍类。因此，火法冶炼发展很快。目前世界以紅土鎳礦所產出之镍，其中70%是采用火法工艺流程回收，产品为镍铁或镍锍。二、红土镍矿生产工艺分类目前世界上红土镍矿的处理工艺，总体上归纳起来大致有三种，即(1)火法工艺:以回转窑干燥预还原-电炉熔炼法(RKEF)、烧结-鼓风炉、硫化熔炼法、烧结-高炉还原熔炼法等法為主。(2)湿法工艺:以高压酸浸法和还原焙烧-氨浸法為主。(3)火湿法结合工艺。以下即是针对各工艺之简述。2.1火法工艺火法工艺主要冶炼方法包括回转窑干燥预还原-电炉熔炼法(RKEF)、烧结-

3、鼓风炉硫化熔炼法、烧结-高炉还原熔炼法等，产品主要为镍铁合金和镍锍产品。镍铁合金可直接供生产不锈钢，而镍锍则须经进一步精炼等程序，始得高纯镍之产品。回转窑干燥预还原-电炉熔炼法(RKEF)顾名思义即是红土镍矿经回转窑进行干燥与预还原后，再投入电炉熔炼成粗制镍铁。此法工艺较适合处理高品位的氧化镍矿，而其生产规模更可依据原料供应情况、矿石贮量等等决定。此法亦是现行生产镍铁的主流，表一即是目前全世界采用回转窑-电炉熔炼法的代表性生产厂家及基本情况。表iI日岭求iiiI叫蛉辛-电炉培炼圧的脊釆t严：谏咼圣本情捉表一、全世界采用回转窑电炉熔炼法的代表性生产厂家及基本情况印尼PninahPDSaK?32i

4、01.+髙康质哇議锲矿Ni2J.Mgp24.SiO：3540Fe20罠轶丸1.14.5焙砂範铀童邛農冋收申20%.45flOOfcVA也炉台+电炉施杠5dO-fiOOfcWiit-dr品资顶鞋菠锂库三回转宦岛诅证原焙饶产山粒快.大江LbftffiFNi+Ca2.5.fgO2（24.1.3经犠选、住沐衬榮产出谋谎音金SiO245.Fe14-15驟回收率7刖D人户启炼厂崗镁应肝釀懊Ifm回转窑干煥还原温度iooc贮.日車NirKo2.5,:WgO-k银轶2.5诜还涼（50000kVASjOj-1045,FelC15电炉1程铁合金含笺1%咏日向阳炼厂高战质吁惓银矿回荐窑快坯原举頤，400001VAN

5、i4c-2.5,MgP-24.谍铁1.5狀炉台电护44fikWM-rhSiO.45.Fe-15橙衆合金含裸-阳強新喙里多尼可务尼安即厂髙谡顷肝議谟矿Ni-Ko2.5,、龟OVtiQ:323?LFe14精輙诂煖出率60%乂出淸耗12k宙t-矿,娜治炼厂Co0.06SiO2-18.MgO-5jUUI?电耗9500k書血丫孑淙50ft-Ni,I花木56000/r-Ni表3国舛采川訥截淀注的有关生产r家圧垦点惜况Table3Nickelsmeltingandbasicstatusinf&ieignadoptingHPALprocess国别匚厂髦称原料良战企产品种类生产能力(104t-a1)主姿技术经济

6、描标2501.511.压力4.3MPa,利亚翟林穆林厂虹上矿：Mi1.244.5ft400kg/t-S晨出液含通离酸巧g/L：Ni.Co回收率大于95%f生产成本5澳元ZtW红土矿dNil.02.CcO.07.FelS.SiC42.5.MaO1.5S250X：.1.75h.力紳MPa,考新厂电解蕊1酸370决出液會游离醱30-40g/L：Ni.回收率丈于95%布隆厂飯上矿：Nil朋Co008.FelS.SiO.42.5,MgO1-2250r.1.3h.用力4.1MPa.酸耗520淹t矿、湼出掖會游离酸站和砂L：Nt.Coli&率94%巴布亚弃几250X?.圧力33MPa.270kg.;t-矿、

7、M冶炼厂红上旷；Ni0.9.CoO.i电解勰3.3侵出揪含游离酸Ni.Co回收率大于95%,成本$9S5cg-Ni虻琢$Nil.32.Cx)015,i-Co硫化2.70.2.2502KIktr+JKIPa.占巴毛阿滄爆厂Fe47.SlO24.Mp(DL7_K250kEM斌出液倉游离匿A12O38.510-20g?L；Ni.回收率大于95%2.3火湿法結合工艺用火湿法相结合的工艺以处埋红土镍矿的工厂，目前世界上只有日本冶金(NipponYakim)公司的大江山冶炼厂(OyamaSmelter)。主要的工艺过程就是将原矿磨细，然后与粉煤混合并制团，然后将团矿经干燥和高温还原焙烧，所得之焙烧团矿再磨

8、细成矿浆进行选矿，透过重选和磁选分离以得到镍铁合金产品。该工艺的最大特点就是其生产成本低，其能耗中的85%能源即是由煤提供，其煤耗量约160180kg/吨焙烧曠。而火法之电炉工艺之能耗主要为电能，约为560600kwh/吨焙烧矿。两者之能耗成本差异很大。唯此法目前尚存在诸多问题，虽经日本冶金多之改进，亦能处于不稳定状态，几十年来生产规模亦然停留在年产镍1万吨左右。三、生产工艺介绍3.1RKEF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。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

9、高炉法工艺。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，回圈利用：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。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。镍渣热料入矿热炉：回转窑产的镍渣在9009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，显着降低了电能和还原剂的消耗，提高了生产效率。3

10、.2厂区配置整個生產工藝的設備，主要由四座4.3x40m干燥窑、四座4.8x110m回转窑、四座36MVA矿热炉、两台铸铁机及配套的公用辅助设施組成，以生產年产镍铁20万t含镍大于10%的镍铁，其生產廠區配置如下圖一所示。輔助料棚露天堆場lass堆取料機礦熱爐礙熱爐輔助料棚配料站礦熱爐回轉窯乾燥紅土乾礦267綜合料棚图一、联德厂区示意图整个厂区依着设备与工艺流程，大致可分为几个区块，并简述如下：红土矿储区：此区细为二，一是露天与室内的红土湿矿储区，亦即露天湿矿经自然曝晒后，运至室内储区储放备用；一是经干燥窑干燥脱水处理后的红土矿室内储区，此室内储区依工序与功能，再细分几个重要储区堆取料机储区(

11、又简称蒙古包，为干矿主要储区)、南北两侧各一的辅助料棚以及配料站(南北各有20个70m3的高位料仓，各供给两条矿热炉产线用料)。干燥窑区：此区即是红土湿矿预先脱除部份自由水的作业区，并控制干燥的粒度V50mm,以及将红土矿、无烟煤、石灰石等物料配料，以作为回转窑之供料，此区共有4条干燥窑。回转窑区：此区即是将配料站配好之红土干矿，进一步加以完全脱除自由水与结晶水，以及将矿加热预还原与焙烧成焙烧砂，以供为矿热炉的原料，此区共有4条回转窑。矿热炉区：此区即是整厂心脏地区，合计共4座之矿热炉，其主要任务就是焙烧砂以热进料方式投入电炉中，以电力(每座均为36MVA)将焙烧砂进一步还原熔融，炼制产品镍生

12、铁水，再以铸锭将之铸成镍生铁锭，以供为不锈钢厂之炼钢原料。3.3工艺生產流程整个工艺生产流程，如图二之工艺流程图所示。流程简述如后。烟煤磨煤机回转窑矿热炉铸铁机襟生铁图二、生产工艺流程示意图红土湿矿经由船运运至厂内堆置于露天堆厂/室内堆厂后，以输送带机送进进干燥窑去除部分自由水，再以输送带机送至配料配料（红土干矿+石灰石+无烟煤），然后再与输送带机送至回转窑，进入回转窑焙烧产出培烧料，以保温料罐将高温（8009009）送至矿热炉，经由矿热炉冶炼，并定时出镍渣及出镍生铁水，镍生铁水再经铸铁机铸造成镍生铁，镍渣则以水淬制成细渣。3.4工生产设备介绍（1）干燥窑设备设备作业示意图埶、風熱風爐紅土乾礦

13、自由水:20-25%设备功能主要脱除一部分自由水，减少回转窑的负担，稳定回转窑的还原效率。作业说明干燥窑的热源分别有矿热炉烟气、回转窑烟气和热风炉烟气混合而成。干燥窑之热风炉采用粉煤制备系统输送的煤粉为燃料。经三级沉降后的矿热炉烟气（6009）和回转窑烟气（3009）直接送到热风炉的混烟室混合。干燥窑入口混合烟气的温度为5009。干燥后的红土矿经皮带秤计量后进入筛分破碎站，破碎至50mm以下，合格粒度的红土矿通过胶带输送机输送至红土矿料棚。干燥窑规格O4.3mx40m，处理能力最大为110t/h（湿矿）。红土矿湿矿含水量35%，干燥后红土矿含水量按24%计算。设备性能规格(見表)干燥窑设备性能

14、表序号项目参数单位1直径4.3m2长度40m3倾斜度5/1004转速5rpm5红土矿粒度200mm6入窑之烟气温度50097入料速度68.1t/h8出料速度58.3t/h(2)回转窑设备預熱還原500-750C加熱烘乾250350C焙燒冷卻750-1000C750-950C煤粉燃燒器焙燒砂设备作业示意图配料站：4.紅土鎳礦2.球團3無煙煤4石灰石设备功能主要去除红土镍矿的自由水和结晶水，同时对红土镍矿进行一定程度的预还原作业，以及焙烧成焙烧砂，为电炉持续稳定地提供高温焙烧砂，缩短电炉冶炼时间，降低冶炼能耗。作业说明设置四座/4.8mx110m回转窑，与矿热炉对应。回转窑燃料采用粉煤制备系统输送

15、的煤粉为燃料。回转窑工作为连续运转，回转窑内物料流向为逆流。炉料在回转窑内经烘干区、加热区到焙烧区，除去结晶水（结晶水属矿物化合物成分），此時炉料中的铁、镍氧化物被部分还原；在焙烧区，炉则继续料加热至7501,0009,焙烧成焙烧砂。还原焙烧后的焙砂储存在窑头罩下部的料仓（容积15m3）中，焙砂温度为7508509。当热料罐到达窑头罩下方时,打开窑头罩下方的阀门,热料卸入热料罐并送至矿热炉炉顶料仓。回转窑窑头设有四通道强涡流型燃烧器。燃烧器所用燃料为煤粉。煤粉由煤粉制备车间输送至回转窑附近的煤粉仓，采用转子称重计量装置将煤粉通过风机定量的送入燃烧器内。窑头罩上设有二次风风口，用于调节回转窑内的

16、还原气氛。设备性能规格（見表）回转窑设备性能表序号项目参数单位1直径4.8m2长度110m3倾斜度3.5/1004转速0.21.272rpm5红土矿粒度50mm6焙烧温度700110097焙砂温度75085098出料速度5565t/h矿热炉设备设备作业示意图電極1800C焙燒料CO600C1200C15501熔渣1450C鐵渣分離熔跣爐內不意圖设备功能采用自焙电极，插入炉料进行埋弧操作，利用电弧的能量及电流通过炉料时，所产生的电阻热，来熔融金属和氧化物。作业说明属于陆续加料及间歇式出铁渣的连续作业方式。热炉车间由两座36MVA电炉组成，矿热炉车间由电炉跨和铁水跨组成。从回转窑中排出的焙砂经保温

17、料管运至炉顶料仓，再通过保温加料管加入到矿热炉中。利用电能对焙砂进行还原熔炼，焙砂在电炉内熔化后分成渣和金属两相，焙砂中残留的碳将镍和部分铁还原成金属。矿热电炉渣通过位于电炉一端两个排渣口之中的一个排渣口排渣，每2小时排渣一次，每天排渣12次，每次排渣40分钟。炉渣温度为1450915509。炉渣通过溜槽进入嘉恒炉渣粒化系统，考虑操作安全，在炉渣排口附近设有渣、铁事故坑。粗镍铁水則通过电炉另一端两个出铁口之中的一个出铁口的溜槽，定期排入有内衬的有效容积为5m3钢包中，4小时出铁一次，每炉出铁持续时间为1520min,镍铁温度为130014009。矿热炉排出的烟气温度为80010009，送至干燥窑使用。烟尘送至粉尘成球车间造球。D.设备性能规格（見表）矿热炉设备性能序号项目参数单位1电炉变压器额定容量3*12MVA2炉壳直径17000mm3炉壳高度6900mm4矿热炉形式密闭式5自焙电极数量36炉口个数出铁口*2、出渣口*27出渣温度1550C8出铁温度1450C9出渣频率2小时10出铁频率4