镍铁合金冶炼技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

在全球镍矿资源日渐缺乏的形势下，一项突破低品位氧化镍矿综合开发利用技术瓶颈的专利问世，即浙江华光冶炼集团有限公司所发布的“氧化镍矿经高炉冶炼镍铁新工艺”。该公司已经正式拿到了高炉火法冶炼镍铁的专利技术，用此技术冶炼红土镍矿生产镍铁的含镍量最高可接近8.5%至9%，含磷量低于0.035%。金属镍是不锈钢产业的基础原料。

近年来，全球不锈钢市场需求旺盛，全球镍价持续高涨，2007年以来，期镍价格已上扬逾40%。目前全球镍资源主要有两种，一种是资源品质好、工艺技术成熟的硫化镍矿，比如我国的金川镍矿。但由于长期开采，这类镍矿在全球范围内已经出现资源危机。另一种是俗称红土镍矿的低品位氧化镍矿，由于受到冶炼技术限制而长期处于被遗忘的角落，70%未得到开发利用。我国《有色金属工业中长期科技发展 规划 （2006—2020年）（征求意见稿）》明确将氧化镍矿开发利用列为重点项目。

针对我国氧化镍矿开发状况，我国已经发明出一种不含结晶水的氧化镍矿经高炉冶炼镍铁工艺，其特征在于：所述高炉冶炼工艺主要包括如下步骤：将原矿破碎筛分，其中粒径10～60mm的原矿块为高炉冶炼原料，粒径小于10mm的矿粉与焦粉、生石灰/石灰石混合配料进行烧结，得到烧结矿块；将烧结矿块破碎筛分，粒径粒径10～50mm的烧结矿块为高炉冶炼原料，粒径小于10mm的矿粉重新烧结将烧结矿块、原矿块、焦炭、石灰石/生石灰、白云石和萤石混配进行高炉冶炼得到镍铁，其中，下列添加剂与烧结矿重量比为：萤石0.3～8％白云石0～8％石灰石/生石灰4～35％。

第二节 产品工艺特点或流程

目前世界上氧化镍矿的处理工艺归纳起来大致有三种，即火法工艺、湿法工艺和火湿法结合工艺。火法工艺还可以按其产出的产品不同分为还原熔炼生产镍铁的工艺和还原硫化熔炼生产镍锍的工艺；湿法工艺可以按其浸出溶液的不同分为氨浸工艺和酸浸工艺；火湿法结合工艺是指氧化镍矿经还原焙烧后采用选矿方法选出有用产品的工艺。

1、火法工艺

1）还原熔炼生产镍铁

火法处理工艺中世界上用得最多的是还原熔炼生产镍铁。目前，至少有14家工厂使用还原熔炼法处理氧化镍矿生产镍铁。镍铁年产量(含镍计)在25万吨左右，大都采用电炉熔炼，采用鼓风炉熔炼的只有几个规模较小的工厂。

电炉熔炼生产镍铁的工艺则适合处理各种类型的氧化镍矿，生产规模则可依据原料的供应情况、矿石的贮量等决定，可大可小，对入炉炉料的粒度也没有严格的要求，粉料以及较大块料都可直接处理。电炉熔炼生产镍铁的唯一缺点就是能耗大。

鼓风炉熔炼生产镍铁其优点是投资小、能耗较低，适合生产规模小、电力供应困难以及氧化镍矿含镍低的地区。它的缺点是对矿石适应性差、对镁含量有较严格的要求，另外也不能处理粉矿、对入炉炉料也有严格要求。

2）还原硫化熔炼生产镍锍

还原硫化熔炼处理氧化镍矿生产镍锍的工艺最早用来处理氧化镍矿，早在上世纪二三十年代就得到了应用，当时采用的都是鼓风炉熔炼。该工艺与鼓风炉还原熔炼生产镍铁的工艺存在相同的缺点。上世纪70年代以后建设的大型工厂均采用了电炉熔炼的技术处理氧化镍矿生产镍锍。

还原硫化熔炼的硫化剂可供选择的有黄铁矿、石膏、硫磺和含硫的镍原料。采用硫磺作硫化剂的优点是简单易行，而且对熔炼过程不产生负面影响(即不影响渣成分、不影响处理能力、不增加电耗)，但它价格较贵，硫的有效利用率不高，而且要有一套硫磺熔化和输送喷洒的设施。采用还原硫化熔炼处理氧化镍矿生产镍锍的工艺，其产品高镍锍具有很大的灵活性:经焙烧脱硫后的氧化镍可直接还原熔炼生产用于不锈钢工业的通用镍;也可以作为常压羰基法精炼镍的原料生产镍丸和镍粉;由于高镍锍中不含铜，还可以直接铸成阳极板送硫化镍电解精炼的工厂生产阴极镍。总之，可以进一步处理，生产各种形式的镍产品，并可以回收其中的钴。

2、湿法工艺

氨浸法处理氧化镍矿，其产品可以是镍盐、氨浸法处理工艺不适合处理含铜和含钴高的氧化镍矿以及硅镁镍烧结镍、镍粉、镍块等。型(新喀里多尼亚)的氧化镍矿，只适合于处理表层的红土矿，这就极大地限制了氨浸工艺的发展。此外，氨浸工艺镍钴回收率偏低，全流程镍回收率仅为75～80％，钴约为40～50%。（2）酸浸法。

在250～270℃，4～5MPa的高温高压条件下，用稀硫酸将镍、钴等有价金属和铁、铝矿物一起溶解，在随后的反应中，控制一定的pH值等条件，使铁、铝和硅等杂质元素水解进入渣中，镍、钴选择性进入溶液，从溶液中采用溶剂萃取、硫化沉淀等技术回收。

酸浸工艺适合于处理低镁含量的氧化镍矿，矿石中镁含量过高会增加酸的消耗，提高操作成本，对工艺过程也会带来影响。如果矿石中的钴含量高，更适合采用酸浸工艺，不仅钴的浸出率比氨浸工艺高，而且由于钻的价值比镍高，使酸浸工艺的单位生产成本大幅度降低。

3、火湿法结合工艺

主要工艺过程为:原矿磨细与粉煤混合制团，团矿经干燥和高温还原焙烧，焙烧矿团再磨细，矿浆进行选矿(重选和磁选)分离得到镍铁合金产品。该工艺的最大特点是生产成本低，能耗中的85%能源由煤提供，吨矿耗煤160-180kg。而火法工艺电炉熔炼的能耗80%以上由电能提供，吨矿电耗560-600kWh，两者能耗成本差价很大，按照目前国内市场的价值计算，两者价格相差3-4倍。该工艺的技术关键是还原焙烧过程的温度控粉煤与矿石混合和制等。从节能、低成本和综合利用(处理低品位氧化镍矿)镍资源的角度出发，这一工艺是值得进一步 研究 和推广的。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

1、国外技术现状 分析

国际镍公司(INCO)所属的印度尼西亚、新喀里多尼亚的工厂均采用硫磺作硫化剂。将硫磺熔化后有控制地喷洒在回转窑焙烧出来的尚处于一定温度下的焙砂上，使铁、镍转化为硫化物，而后送入电炉熔炼生产低镍锍。其硫磺的来源是火山口的天然硫磺，其价格较低。

到目前为止，世界上只有四家工厂采用氨浸法处理氧化镍矿，而且都是在上世纪70年代以前建设的，三十多年来没有一家新建工厂采用氨浸工艺。

火法-湿法相结合的工艺处理氧化镍的工厂，目前世界上只有日本冶金(NipponYakim)公司的大江山冶炼厂(OyamaSmelter)。但是该工艺存在的问题还比较多，大江山冶炼厂虽经多次改进，工艺技术仍不够稳定，经过几十年其生产规模仍停留在年产镍1万t左右。

2、国内外技术趋势 分析

火法工艺处理氧化镍矿生产镍铁合金具有流程短、效率高等优点，但能耗较高，其操作成本中的最大构成项是能源消耗，如采用电炉熔炼，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，用火法工艺处理中低品位的镍红土矿由于冶炼矿石量大能耗高，冶炼成本较高，所以目前火法工艺主要处理高品位的镍红土矿。目前处理中低品位镍红土矿的主要方法是湿法工艺，虽然成本上比火法低，但湿法处理氧化镍矿工艺复杂、流程长、工艺条件对设备要求高。

综上所述，解决火法工艺能耗高的难题以及开发新的湿法工艺处理中低品位镍红土矿将是今后镍铁冶炼的发展方向。

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