氧化鎳礦生產鎳鐵
(production of ferronickel from nickel oxide ore)
硅鎂鎳礦中的鎳和部分鐵在高溫下被還原劑選擇性還原成金屬，產出鎳鐵的過程，為氧化鎳礦處理的一種方法。產品供合金鋼生產使用。
自20世紀50年代新喀里多尼亞多尼安博(Doniambo)冶煉廠首先采用回轉窯–電爐熔煉氧化鎳礦生產鎳鐵以來，此法已在全世界獲得廣泛應用。1988年世界鎳鐵產品的含鎳量約占氧化鎳礦總產鎳量的65％。降低電爐熔煉的電耗是該法需待解決的重要課題。
典型的硅鎂鎳礦含鎳量較低(Ni l.8％～3.5％)，水分含量很高(30％～45％)，在熔煉時形成熔點較高的爐渣和金屬相。在鎳鐵生產中必須配有完善的干燥設施和可產生高溫的電爐。生產流程包括干燥、煅燒與預還原、熔煉和精煉等環節。
干燥 用直接加熱的干燥窯除去礦石表面水分的作業。窯溫維持在523K左右，得到含水分15％～20％的預干燥礦石。
煅燒與預還原 用回轉窯除去礦石中的化學結合水并選擇性地將鎳氧化物還原成金屬的作業。在回轉窯內混有還原劑(碎煤或焦)的預干燥礦石與煙氣逆向運行，隨著爐料向窯頭方向移動，其溫度和被還原程度逐漸提高。礦石在673K溫度區域內完全脫水，在773～873K溫度區域開始被還原。排料端窯溫控制在1073～1173K，此時礦石中絕大部分鎳的氧化物被還原成金屬，而鐵的氧化物只有一部分被還原成金屬，其余成為氧化亞鐵。
熔煉 在電爐內直接處理熱燒礦，產出粗鎳鐵和爐渣的作業。電爐產出粗鎳鐵一般含Ni 25％、C 2.5％、S 0.4％、Si 1.5％、P 0.15％，熔點1513K；爐渣一般含FeO 12％、SiO2 45％、MgO 30％，液化溫度1858K。電爐熔煉每噸爐料的電耗通常為450～500kW•h。
精煉 除去粗鎳鐵中的硫、硅、碳、鉻和磷等雜質使之達到產品標準的作業。例如中國1號鎳鐵產品標準要求這些雜質含量各小于0.03％。通常在鎳鐵包中加入純堿、石灰或碳化鈣進行爐外精煉除硫。脫硫鎳鐵注入轉爐內，向金屬爐體鼓入空氣或工業氧氣，氧化殘留的雜質。碳成為CO氣體除去，而硅、鉻、磷等則形成氧化物進入爐渣。粗鎳鐵經鑄錠或�；勺罱K產品。
氧化鎳礦生產鎳鐵 重有色金屬
氧化鎳礦的冶煉提取方法，可分為火法和濕法兩大類。前者又可分為鎳鐵法和造硫熔煉法，后者有還原焙燒—常壓氨浸法和加壓酸浸法。
1 火法冶煉工藝
硅鎂鎳礦通常采用火法冶金工藝處理�；鸱ㄖ饕袃煞N：一種是用鼓風爐或電爐還原熔煉得到鎳鐵，又稱鎳鐵法；另一種是添加硫化劑進行硫化熔煉生產鎳硫，又稱鎳锍法。
鎳鐵法是采用電爐熔煉，可以達到較高的溫度，爐內的氣氛也比較容易控制。但為了保證礦石處理的經濟性，通常要求礦石達到一定品位，所以在開始熔煉前，首先需對礦石進行篩選，排除風化程度低，品位低的礦石。爐料需預先在回轉窯中干燥脫水，在700～800℃條件下進行預焙燒。所得焙砂與粒度在10～30mm的揮發性煤混合一起加入電爐進行還原熔煉，產出粗鎳鐵合金。在電爐還原熔煉的過程中幾乎所有鎳和鈷的氧化物都被還原成金屬，而鐵則不必全部還原成金屬，鐵的還原程度可通過還原劑的加入量加以調節。粗鎳鐵合金再經過精煉產出成品鎳鐵合金，鎳鐵合金主要供生產不銹鋼，其生產工藝原則流程，如圖XX所示。采用該法生產鎳鐵合金的工廠主要有法國的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠、哥倫比亞塞羅馬托莎廠和日本住友公司的八戶冶煉廠，鎳鐵產品中含鎳20～30%，全流程回收率為90～95%，鈷進入合金。
此外硅鎂鎳礦也可以采用外加硫化劑的方法進行硫化熔煉得到鎳锍，石膏是最常用的硫化劑。造锍熔煉一般在鼓風爐中進行，也可以用電爐。鎳锍的成分可以通過還原劑(焦粉)和硫化劑(石膏)的加入量加以調整。得到的低鎳锍(通常含Ni+Co=20~30%)再送到轉爐中吹煉成高鎳锍。
生產高鎳锍的工廠主要有印度尼西亞的蘇拉威西梭羅阿科冶煉廠。高鎳锍產品一般含鎳79%，含硫19.5%。全流程鎳回收率70～85%。
火法工藝主要應用于處理硅鎂鎳礦，適合于處理鎳含量>1%，鐵含量30%左右，鈷含量低的紅土鎳礦。其最大特點是處理工藝簡單，流程短。缺點是鈷也進入鎳鐵合金或鎳锍中，失去了鈷應有的價值。
2 濕法冶煉工藝
褐鐵礦類型的紅土鎳礦和含MgO比較低的硅鎂鎳礦通常采用濕法冶金工藝處理。濕法主要形成了兩種工藝，一 種是還原焙燒—氨浸工藝(簡稱RRAL)，另一種是加壓酸浸工藝(簡稱HPAL)。近年來，紅土鎳礦的濕法冶金技術有了很大的發展，特別是加壓浸出技術和各種溶劑萃取技術。
RRAL工藝由Caron教授發明，又稱為Caron流程，適合于處理含鎂較高(MgO>10%)，含鎳1%左右的硅酸鹽型紅土礦，基本流程是還原焙燒—氨浸。還原焙燒的目的是使硅酸鎳和氧化鎳最大程度地還原成金屬，同時控制還原條件，使Fe還原成Fe3O4。焙砂中的鎳、鈷采用氨性溶液浸出，浸出渣中的鐵可以通過磁選回收。
古巴尼加羅(Nicaro)冶煉廠是最早使用還原焙燒—氨浸工藝回收低品位紅土鎳礦中鎳、鈷的冶煉廠，還原焙燒在多膛式反射爐中進行，流程見圖XX。為了防止濕料在焙燒過程中結團，在焙燒之前用回轉窯干燥，除去95%的水分，其還原焙燒時間為90min，還原氣體由煤氣發生器供給，控制爐膛底部還原氣氛CO/CO2或H2/H2O為1：1，焙燒溫度730～760℃。焙砂在還原氣氛下冷卻至150℃左右后，在含NH3 6.5%，CO2 3.5%，Ni 1%的碳銨溶液(ACC溶液)中淬冷。浸出過程在鼓空氣浸出槽中進行，金屬鎳、鈷浸出進入溶液并形成鎳、鈷氨絡離子。除鐵后液直接蒸氨，得堿式碳酸鎳，煅燒得到最終產品NiO。在此，氧化鎳產品中含有大量鈷，這種氧化鎳產品即不符合各種鎳合金生產要求，鈷的回收率又非常低，只有40%左右。
鑒于Nicaro冶煉廠鈷沒有得到充分利用的缺陷，Caron法在相繼建成的澳大利亞昆士蘭州Townsville鎳冶煉廠和菲律賓的Marinduque冶煉廠分別得到了相應改進。
在Towsville 鎳冶煉廠，還原焙燒設備使用層式Herreschoff還原焙燒爐，入料前混入礦重4%的重油。在燃燒室內還原氣體將逐層向下走的物料加熱至焙燒溫度760℃。淬冷后在ACC體系溶液中浸出，浸出液用H2S沉鈷得到Ni/CoS產品(含Ni約39%，Co約13%)，沉鈷后液蒸氨，煅燒，在帶式還原爐中用H2還原焙燒得含鎳90%的鎳粉，最后在980℃，惰性氣氛條件下壓制成Ni塊。采用化學沉淀法分離鈷后得到的鎳產品中鈷含量較低，適合鎳合金生產要求，鈷也得到了有效富集。
Marinduque冶煉廠與Townsvillen鎳冶煉廠流程相似，不同之處主要表現在以下兩點：
（1） 還原焙燒還原劑和沉鈷劑不同：Marinduque冶煉廠使用的還原劑是含H2 75%，N2 25%的氣體，還原溫度較低，才650℃。在浸出液鎳、鈷粉分離工序中，沉鈷劑使用的是(NH4)2S，并認為是最好的化學沉鈷劑。
（2） Marinduque冶煉廠將蒸氨所得堿式碳酸鎳用AAC溶液再溶解，部分蒸氨除雜后，在165℃，3.5MPa條件下用H2還原制鎳粉產品。
回轉窯冶煉紅土鎳礦礦石生產鎳生鐵。
1、鎳鐵的來歷、成分和消費市場
我國不銹鋼和電池行業的快速發展，國內鎳產品供應將面臨長期短缺的局面。2005年以來國際市場鎳價非理性的不斷上漲對國內鋼鐵業發展構成了新的挑戰。我國民營企業使用火法冶煉從菲律賓和印度尼西亞進口的紅土鎳礦礦石，大量生產鎳鐵合金作為冶煉不銹鋼的配料，成功狙擊了國際市場的瘋狂炒作，鎳價大幅下降，市場將逐步恢復理性。
我國鎳金屬生產技術已有重大突破，擁有自主知識產權，紅土鎳礦經高爐冶煉鎳鉻生鐵，生產出大批鎳生鐵的實際成效。技術變革及其快速進入生產應用領域，成功狙擊了國際市場的瘋狂炒作，2007年6月國際市場鎳價大幅下降。在市場高鎳價的情況下，2005年開始，國內民營企業開始利用煉鋼高爐轉產冶煉紅土鎳礦礦石生產鎳生鐵。
我國民營企業開始大規模利用從菲律賓和印度尼西亞進口的紅土鎳礦礦石冶煉鎳生鐵，此后進口礦石量逐月增加，到2007年底利用進口礦石約300多萬噸，產出鎳生鐵的含鎳量約3萬噸。2007年全國生產鎳生鐵的中小企業達到100多家，l～9月進口礦石1200萬噸左右。
目前我國中小企業生產的鎳生鐵的含鎳量多在4％～ 8％，只能用作冶煉不銹鋼的配料，在冶煉不銹鋼時，尚需加入一定量的精煉純鎳。只有提高技術使鎳生鐵中的含鎳量達到l2％～15％，才能在冶煉不銹鋼時完全替代純鎳。這就是產生礦石積壓在港口的原因，也是今后民營企業需要攻克的技術難關。據最新資料，個別技術先進的企業已經可以生產出鎳含量10％以上的鎳生鐵了。
成功的案例：福建頂新、浙江青山、山東臨沂。鎳生鐵項目使用的生產流程為：礦石→礦石+生石灰→脫水→燒結→燒結礦石冷卻破碎→燒結破碎礦石+石灰石+焦炭→高爐冶煉→鑄錠→鑄錠精整包裝。產品為鎳鐵(鎳含量4％～7％)，產量l8萬噸／年。另外，該集團正在印尼OBI島籌建鎳生鐵新項目，圖謀在海外的創業和發展。
我國使用火法利用紅土鎳礦冶煉鎳生鐵，使不銹鋼生產原料構成發生了重大變革，改變了全球不銹鋼生產原料鎳的供需格局，也改變了世界不銹鋼產業發展的格局。低成本利用礦石質量較差的紅土鎳礦資源，符合資源節約型的歷史發展趨勢，翻開了我國不銹鋼生產史的新篇章。目前，高爐法的低品位產品市場容量已經飽和，加快發展10％以上品位的回轉窯工藝，可以進一步擴大紅土礦火法鎳的市場容量。
2、紅土鎳礦用回轉窯生產鎳鐵的工藝和技術
大型焙燒還原回轉窯是整個紅土鎳礦冶煉工藝流程中關鍵設備之一，礦石經干燥后進入回轉窯，在回轉窯內加熱到800℃后去除礦石表面水分及結晶水，并部分還原礦石中的鐵、鎳和鈷氧化物，進入電爐熔煉。 回轉窯工藝與高爐法或電爐法等工藝相比有如下優點：
（1）、熔煉的主要能源為煤, 而不是昂貴的焦炭或電能。
（2）、原料的自由選擇, 可用東南亞的各種紅土鎳礦。
（3）、所產高鎳鎳鐵質量高（含Ni20%左右），可直接用作不銹鋼的生產原料。
（4）、同時可作為鋼水熔煉時的冷卻劑。
熔煉方法和工藝如下：
預處理步驟是將原料紅土鎳礦磨細后, 與含碳物料和熔劑石灰石混合, 然后連續給入回轉窯。在回轉窯中, 物料與煤燃燒所產生的熱氣流逆流運動,經受所有熔煉步驟--干燥, 脫水, 還原和金屬成長。金屬是在窯中半熔融條件下生成的。燒成的物料熔塊從回轉窯出來就將它水碎,磨細后, 用重選和磁選機將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來。分離出來的鎳鐵呈直徑2~3毫米的沙狀顆粒, 并夾帶1~2%爐渣, 其化學組成為C0.1%, Ni18~22%, S0.45%, P0.015% 。 此產品不管含硫多高均適用于煉鋼過程, 因煉鋼時有很好的脫硫能力。沙狀顆粒在煉鋼過程中相當有利于連續加料和作為冷卻劑物料快速溶解。
回轉窯生產工藝鎳和鐵的回收率都很高，均在90%以上。
3、財務分析
目前鎳市場處于低谷，電解鎳大約10萬元/噸，相當于鎳鐵為1000元/噸度（1%Ni或稱一個Ni，相當于10Kg鎳）。
當前進口紅土鎳礦國內港口價為400元左右/濕噸（低鐵高鎳礦，約2%左右Ni，10%左右Fe），相當于200元/噸度Ni。
以上述紅土鎳礦為例，加工一噸紅土鎳礦可得20%左右高鎳鎳鐵100Kg左右，生產總費用約250元/噸礦，礦石成本500元（加運費），噸成品約需10噸原礦，總成本約7500元，售價約2萬元左右（20%Ni），利潤1萬元以上，利潤率100% 。有適合鎳鐵生產的回轉窯生產線，無須固定資產投資，投資1000萬元流動資金即可租賃生產線生產（租金極其低廉）。該生產線年加工能力為原礦10萬噸，可生產高鎳鎳鐵1萬噸，產值2億元，利潤1億元。
河南華冠環保科技有限公司在國內有30余條大大小小紅土鎳礦回轉窯生產線業績，處理量有300-1000噸每天產能，回轉窯規格從φ3.5---φ4.8米，長度52米--68米的。在國內內蒙、唐山、福建頂新、浙江青山、山東臨沂有大量成功案例，可技術轉讓，可出售設備，產品。
河南華冠環�？萍加邢薰�專業致力于鎳鐵生產的回轉窯運轉率可提高10%以上，產量提高5%～10%，能耗降低20%左右，產能達到300-1000t/d，更加節能環保。如有需求，可直接咨詢18637113703(微信同號)，華冠環保科技公司為您竭誠服務，隨時歡迎前來參觀!
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活性石灰生產線 除塵器、脫硫塔
氧化鎂生產線 白云石、菱鎂礦
滑石回轉窯 球磨機、棒磨機
鎳鐵、鋁礬土生產線 立窯、回轉窯
土壤改良劑生產線 鉀肥、有機肥
固、危廢處理回轉窯 污染土修復、污泥陶粒
破碎機、立式磨機、皮帶輸送機、提升機
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