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1、-RKEF工艺教育训练资料-第 11 页联德生产工艺介绍一、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
2、被开采枯竭，故红土矿将是未来镍的主要来源。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。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(RK
3、EF)、烧结鼓风炉硫化熔炼法、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。(1) 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资料来源：中国有色金属学报。.(2)烧结鼓风炉硫化熔炼法、烧结高炉还原熔炼法此
4、二法顾名思义即是原料经烧结机烧结处理后, 再投入鼓风炉或高炉中熔炼。而二法中之差别即是所使用的矿及产出物略有不同，在硫化熔炼法是其原料中除使用紅土鎳矿外, 并添加了黄铁矿、石膏、硫磺等使用硫化剂，熔炼出硫化镍。高炉还原法则是直接使用氧化镍矿，唯其祇适用含镍品较低之红镍嚝。2.2 湿法工艺濕法工藝處理紅土鎳礦的工業發展，始於上世紀40年代。所採用的工藝有二：(1)氨浸法及(2)酸浸法。氨浸法即是將氧化鎳礦經乾燥還原焙燒後，進行多段常壓氨浸；此工藝不適合處理含銅，以及含鈷高的礦；因其金属回收率低，鎳約7580%，鈷約4050%。酸浸法则是在250270，45MPa的高温高压下，用稀硫酸将矿中的镍、
5、钴等有价金属, 以及铁、铝等之氧化矿物一起溶解，然后控制一的Ph值等条件，使铁、铝等元素水解溶入渣中，镍及钴则选择性进入溶液，再将此溶液以溶剂萃取或硫化沉淀等技术加以回收。此法回收率可达90%以上，唯其亦限于矿本身的条件，以及设备要求苛刻，发展迄今尚不成熟。表二，三所示，即是全世界采用湿法工艺之生产厂家及基本情况。表二、全世界采用还原焙烧氨浸法的有关生产厂家与基本情况资料来源：中国有色金属学报。表三、全世界采用加压酸浸法的有关生产厂家与基本情况资料来源：中国有色金属学报。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(Nippon Yakim)公司的大江山
6、冶炼厂(Oyama Smelter)。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/吨焙烧嚝。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、联德生产工艺介绍3.1 RKEF工艺特点(1)bF E k G原料适应性强：可适用镁质硅
7、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。(2) !A Z 1U!W e6k-?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。(3)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
8、渣的整个过程产中，炉料处于全封闭，环保节能。(4) 9i u(?- F u D o E镍渣热料入矿热炉：回转窑产的镍渣在900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。3.2 联德厂区配置整個生產工藝的設備，主要由四座4.340m干燥窑、四座4.8110m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。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：(1)红土矿储区：此区细为二，一是露天与
9、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(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)。(2)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50mm, 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。(3)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
10、料，此区共有4条回转窑。(4)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。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。图二、联德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(800900)送至矿热炉，经由矿热炉冶炼
11、，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。联德工生产设备介绍(1) 干燥窑设备A. 设备作业示意图B. 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。C. 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（600）和回转窑烟气（300）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500。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4.3m40m，处理能
12、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。D. 设备性能规格(見表)干燥窑设备性能表序号项目参数单位1直径m2长度40m3倾斜度5 / 1004转速5rpm5红土矿粒度 200mm6入窑之烟气温度 5007入料速度t / h8出料速度t / h(2) 回转窑设备A. 设备作业示意图B. 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。C. 作业说明设置四座4.8m110m回转窑，与矿热炉一一对应。回转窑燃料采用粉煤制备系统输送的煤粉为燃
13、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7501,000，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750850。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还原气氛。D.
14、 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m2长度110m3倾斜度3.5 / 1004转速rpm5红土矿粒度 50mm6焙烧温度700 11007焙砂温度750 8508出料速度55 65t / h(3) 矿热炉设备A. 设备作业示意图B. 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。C. 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
15、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14501550。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13001400。矿热炉排出的烟气温度为8001000，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
16、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15508出铁温度14509出渣频率2小时10出铁频率4小时11出渣量80MT / 次12出铁量(最大量)33MT / 次(4) 铸铁机A. 设备作业图B. 设备功能將鎳生鐵水澆鑄凝固冷卻成一塊塊之鑄生鐵錠。C. 作业说明以铁水包盛接自矿热炉出铁口出来之镍生镍水，然后用浇铸天车吊运至倾倒站，倒入分铁槽逐量铸入浇铸机上之铸铁模中，透过水之冷却作用，铁水凝固成铸生铁锭，再以卡车运至成品仓库冷却至室温，再打包储放或装柜运送至不锈钢厂。D. 设备性能规格(見表)铸铁机设备性能(双链式)序号项目参数单位1铸机长度45m2链带倾角69度3鏈帶速度m/min3最大生产能力110t4最大产能/天1300t5铸块重量2430kg6铸锭数/块3