镍铁合金生产工艺流程

前言：我国是一个镍资源相对贫乏的国家，相当大部分依赖进口。传统的从硫化镍矿中提取镍金属已有近百年历史，工艺成熟。硫化矿主要分布在俄罗斯、加拿大和中国，但经百年开采，地球上硫化镍矿资源日渐枯竭，最近十多年未见有发现大型硫化镍矿的报道，因此用氧化镍矿提取镍金属正逐步成为世界提取镍金属的主流。目前世界上镍储量65%是氧化矿，由于矿石中铁的氧化，矿石呈现红色，通称红土镍矿。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。

 现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。含镍硫化矿主要采用火法处理，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得到金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理即为镍铁法。

    火法冶炼镍铁是在高温条件下，将C作为还原剂，对氧化矿中的NIO,以及其他氧化物（Fe2O3）进行还原而得，反应生成的NI,以及Fe互溶形成镍铁。火法冶炼在中国主要有：传统高炉生产方法，以及目前新的RKEF(回转窑+矿热炉)生产工艺。

一、传统工艺

  1、小高炉工艺

    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。

    前几年我国快速发展的不锈钢生产拉动了镍铁需求，在高镍价、低价焦炭、低环保门槛的条件下，部分投资者利用钢铁产业政策淘汰的炼铁高炉冶炼镍铁，获得暴利。但随着焦炭价位回归合理、镍价下跌和环保政策落实，目前高炉镍铁厂大部分已停产。高炉冶炼镍铁技术必将被淘汰的主要原因是： 
    
  (1) 原料适应性差、高炉无法大型化红 
    
    适用“高铁低镁(低镍)”红土镍矿，当红土矿含镍1.5％、含铁35％时可得到含镍约  4％的低镍生铁。如果用低铁高镁(高镍)矿，高炉渣量大、粘度大炉况顺行难以保证。由于炉料强度低，只能采用小型高炉(矮高炉)生产镍铁。 
    
  (2) 产品质量难以符合炼钢要求 
   
    高炉含镍生铁品位低，一般在2～8％，大多在5％以下，冶炼不锈钢时需要配合加入较多的镍板，这提高了单位原料镍的成本。 该工艺焦炭、熔剂的用量大，P、S大部分进入产品，镍铁品位低、ω   (S)、ω(P)含量高，增加了不锈冶炼的负担。 
    
  (3) 生产工艺不稳定 
    
    镍铁的成分波动大，不易控制，难以大批量稳定供货。 
    
  (4) 焦比高 
    
    生产含镍2％的镍铁，每吨镍铁的焦炭消耗大于1.0t；生产含镍5％的镍铁，每吨镍铁的焦炭消耗量约2.0t。 
    
  (5) 污染严重 
    
    除去传统高炉污染，氟化物的污染更严重。为保持高炉顺行，必须加入萤石以提高炉渣流动性，萤石加入量占炉料总量的8～15％，国内镍铁小高炉没有脱氟设备，全部放散，对人和环境伤害巨大。

  2、冷料入炉“烧结机-矿热炉”镍铁工艺

    由于用户要求高含镍量的镍铁，国内建设了一些用烧结机生产红土镍矿烧结矿，冷却后入矿热炉冶炼镍铁的工厂，其中很多是改造旧的铁合金电炉来生产镍铁。

    该工艺原料适应性比小高炉好，可以用任何铁镍品位的矿石生产任何含镍量的镍铁，技术上是在回转窑阶段控制铁的还原率来实现的（镍全部还原成金属、铁部分还原成金属和低价氧化物），这是该种工艺的最大特点，也是其具有生命力的原因。但由于矿热炉耗电巨大致使其生产成本较高，电耗是RKEF工艺的2倍多，原因在于：“烧结机-矿热炉”工艺无法为矿热炉提供预还原的高温料。

    并且一般“烧结机(有的还采用土法烧结工艺和烧结锅工艺准备矿热炉用原料)-矿热炉”工艺的产镍铁厂都没有完善的环保设备，特别是矿热炉为敞开式或者半密闭的小烟罩式，不能回收煤气，不但污染环境，还造成煤气浪费。烧结机也全部没有安装余热回收利用设施，这类工厂不具备现代化、大规模的镍铁生产条件。有的工厂利用电弧炉处理烧结矿，生产镍铁，效益更差，基本上已停产。

  二、RKEF镍铁生产工艺

    RKEF工艺技术(“回转窑-矿热炉”法)始于20世纪50年代，由Elkem公司在新喀里多尼亚的多尼安博厂开发成功，由于产品质量好、生产效率高、而且节能环保，RKEF工艺很快取代了鼓风炉工艺。随着冶金科学技术的发展，RKEF工艺也吸纳了包括自动化、清洁生产在内的众多成果，在设计制造、安装调试和生产操作上日臻成熟，已成为世界上生产镍铁的主流工艺技术，占据统治地位。目前采用RKEF工艺生产镍铁的公司有十几家，生产厂遍及欧美、日本、东南亚等地，其中最大年产能达7～8万t金属镍，在长期的经营中，尽管世界镍行业风云变幻、镍价大起大落，但这些镍铁厂大都保持着良好的业绩。