鎳鐵合金生產工藝流程

前言：我國是一個鎳資源相對貧乏的國家，相當大部分依賴進口。傳統的從硫化鎳礦中提取鎳金屬已有近百年歷史，工藝成熟。硫化礦主要分布在俄羅斯、加拿大和中國，但經百年開采，地球上硫化鎳礦資源日漸枯竭，最近十多年未見有發現大型硫化鎳礦的報道，因此用氧化鎳礦提取鎳金屬正逐步成為世界提取鎳金屬的主流。目前世界上鎳儲量65%是氧化礦，由于礦石中鐵的氧化，礦石呈現紅色，通稱紅土鎳礦。紅土鎳礦多分布在南、北回歸線一帶，如澳大利亞、巴布亞新幾內亞、新喀里多尼亞、印度尼西亞、菲律賓和古巴等地。

 現代生產鎳的方法主要有火法和濕法兩種。含鎳硫化礦主要采用火法處理，通過精礦焙燒反射爐（電爐或鼓風爐）冶煉銅鎳硫吹煉鎳精礦電解得到金屬鎳。氧化礦主要是含鎳紅土礦，其品位低，適于濕法處理；主要方法有氨浸法和硫酸法兩種。氧化礦的火法處理即為鎳鐵法。

    火法冶煉鎳鐵是在高溫條件下，將C作為還原劑，對氧化礦中的NIO,以及其他氧化物（Fe2O3）進行還原而得，反應生成的NI,以及Fe互溶形成鎳鐵。火法冶煉在中國主要有：傳統高爐生產方法，以及目前新的RKEF(回轉窯+礦熱爐)生產工藝。

一、傳統工藝

  1、小高爐工藝

    鼓風爐工藝是最早出現的紅土鎳礦冶煉鎳鐵的技術，1875年，在新喀里多尼亞小高爐就已應用，后法國也有采用，但該法因消耗大量優質焦炭、污染嚴重而為人詬病。最終該工藝在市場競爭和環保壓力下停止，1985年日本礦業公司佐賀關冶煉廠的最后一座鎳鐵高爐熄火，標志著鼓風爐冶煉鎳鐵技術在歐美、日本等發達國家壽終正寢。

    前幾年我國快速發展的不銹鋼生產拉動了鎳鐵需求，在高鎳價、低價焦炭、低環保門檻的條件下，部分投資者利用鋼鐵產業政策淘汰的煉鐵高爐冶煉鎳鐵，獲得暴利。但隨著焦炭價位回歸合理、鎳價下跌和環保政策落實，目前高爐鎳鐵廠大部分已停產。高爐冶煉鎳鐵技術必將被淘汰的主要原因是： 
    
  (1) 原料適應性差、高爐無法大型化紅 
    
    適用“高鐵低鎂(低鎳)”紅土鎳礦，當紅土礦含鎳1.5％、含鐵35％時可得到含鎳約  4％的低鎳生鐵。如果用低鐵高鎂(高鎳)礦，高爐渣量大、粘度大爐況順行難以保證。由于爐料強度低，只能采用小型高爐(矮高爐)生產鎳鐵。 
    
  (2) 產品質量難以符合煉鋼要求 
   
    高爐含鎳生鐵品位低，一般在2～8％，大多在5％以下，冶煉不銹鋼時需要配合加入較多的鎳板，這提高了單位原料鎳的成本。 該工藝焦炭、熔劑的用量大，P、S大部分進入產品，鎳鐵品位低、ω   (S)、ω(P)含量高，增加了不銹冶煉的負擔。 
    
  (3) 生產工藝不穩定 
    
    鎳鐵的成分波動大，不易控制，難以大批量穩定供貨。 
    
  (4) 焦比高 
    
    生產含鎳2％的鎳鐵，每噸鎳鐵的焦炭消耗大于1.0t；生產含鎳5％的鎳鐵，每噸鎳鐵的焦炭消耗量約2.0t。 
    
  (5) 污染嚴重 
    
    除去傳統高爐污染，氟化物的污染更嚴重。為保持高爐順行，必須加入螢石以提高爐渣流動性，螢石加入量占爐料總量的8～15％，國內鎳鐵小高爐沒有脫氟設備，全部放散，對人和環境傷害巨大。

  2、冷料入爐“燒結機-礦熱爐”鎳鐵工藝

    由于用戶要求高含鎳量的鎳鐵，國內建設了一些用燒結機生產紅土鎳礦燒結礦，冷卻后入礦熱爐冶煉鎳鐵的工廠，其中很多是改造舊的鐵合金電爐來生產鎳鐵。

    該工藝原料適應性比小高爐好，可以用任何鐵鎳品位的礦石生產任何含鎳量的鎳鐵，技術上是在回轉窯階段控制鐵的還原率來實現的（鎳全部還原成金屬、鐵部分還原成金屬和低價氧化物），這是該種工藝的最大特點，也是其具有生命力的原因。但由于礦熱爐耗電巨大致使其生產成本較高，電耗是RKEF工藝的2倍多，原因在于：“燒結機-礦熱爐”工藝無法為礦熱爐提供預還原的高溫料。

    并且一般“燒結機(有的還采用土法燒結工藝和燒結鍋工藝準備礦熱爐用原料)-礦熱爐”工藝的產鎳鐵廠都沒有完善的環保設備，特別是礦熱爐為敞開式或者半密閉的小煙罩式，不能回收煤氣，不但污染環境，還造成煤氣浪費。燒結機也全部沒有安裝余熱回收利用設施，這類工廠不具備現代化、大規模的鎳鐵生產條件。有的工廠利用電弧爐處理燒結礦，生產鎳鐵，效益更差，基本上已停產。

  二、RKEF鎳鐵生產工藝

    RKEF工藝技術(“回轉窯-礦熱爐”法)始于20世紀50年代，由Elkem公司在新喀里多尼亞的多尼安博廠開發成功，由于產品質量好、生產效率高、而且節能環保，RKEF工藝很快取代了鼓風爐工藝。隨著冶金科學技術的發展，RKEF工藝也吸納了包括自動化、清潔生產在內的眾多成果，在設計制造、安裝調試和生產操作上日臻成熟，已成為世界上生產鎳鐵的主流工藝技術，占據統治地位。目前采用RKEF工藝生產鎳鐵的公司有十幾家，生產廠遍及歐美、日本、東南亞等地，其中最大年產能達7～8萬t金屬鎳，在長期的經營中，盡管世界鎳行業風云變幻、鎳價大起大落，但這些鎳鐵廠大都保持著良好的業績。