镍铁冶炼工艺介绍.docx

1、镍铁冶炼工艺介绍1.1、镍冶炼工艺流程研究 含镍红土矿是由含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经长期风化淋滤变质而成 的矿床一般形成几层顶部是一层崩积层铁帽含镍较低一般弃置堆存 下面是褐铁矿层含铁多、硅镁少镍低、钴较高 一般采用湿法工艺回收金属 再下层是混有脉石的残积层矿含硅镁高铁较低、钴较低、镍较高这类矿一 般采用火法工艺处理。具体情况见表 121 表 11-1 矿石范围与冶炼工艺矿石分 矿石分层 冶炼常 矿石品位 冶炼方法 冶炼工艺 层 名称 规产品顶层 崩积层 含镍低Ni0.02-0.1 弃置堆存 含镍低、 铁高、硅镁低、 1.还原焙烧氨浸工艺 钴较高。 2.高压酸浸工艺 Ni1.0-1.7 3.强化高压酸浸工艺 电解镍中间层 褐铁矿层 湿法冶炼 Fe35-50 4.常压酸浸工艺 氧化镍 MgO0.5-15 5.硫酸堆浸工艺 Co0.1-0.2 6.氯化浸出工艺。 含镍较高、铁较低、硅 1.回转窑电炉工艺 镁高、钴较低。 2.多米尼加鹰桥竖炉 Ni1.8-3 电炉工艺下层 残积层 火法冶炼 镍铁 Fe10-25 3.日本大江山回转窑 MgO15-35 直接还原法。 Co0.02-0.1 1.1.1、 湿法工艺流程介绍 目前成熟的湿法工艺流程有还原焙烧氨浸流程、高压酸浸流程和常压酸 浸流程。 1.1.1.1、 还原焙烧氨浸流程 还原焙烧氨浸流程处理褐铁矿或褐铁矿和残积层矿的混合矿矿石先干燥 然后矿石中的镍在 700时选择性还原成金属镍钴和一部分铁被一起还原还 原的金属镍经过氨浸回收。 还原焙烧氨浸流程的缺点有矿石处理采用干燥、还原、焙烧等工序消耗 能量大消耗多种化学试剂镍和钴的回收率比火法流程和高压酸浸流程低。 1.1.1.2、 高压酸浸流程 高压酸浸流程主要处理褐铁矿和一部分绿脱石或蒙脱石。加压酸浸一般在衬 钛的高压釜中进行浸出温度 245260通过液固分离、镍钴分离生产电 镍、氧化镍或镍冠有些工厂生产中间产品如混合硫化镍钴或混合镍钴氢氧 化物。 高压酸浸流程处理的红土矿要求含 MgO/Al O 低通常含 Mglt4含 Mg 越 高耗酸越高含 Al 低的矿石。1.1.2、 其他湿法工艺流程 有些湿法工艺流程正在进行试验和进一步评估如强化高压酸浸工艺、常压酸浸工艺、硫酸堆浸工艺和氯化浸出工艺。1.1.3、 火法工艺流程介绍 现有的火法工艺处理红土矿工艺流程有传统的回转窑电炉工艺多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺日本大江山回转窑直接还原法。1.1.3.1、 回转窑电炉工艺 回转窑电炉工艺是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程该工艺主要分为几个工序干燥、焙烧预还原、电炉熔炼、精炼等工序简述如下 1干燥采用回转干燥窑主要脱出矿石中的部分自由水。 2焙烧预还原采用回转窑主要是脱出矿石中剩余的自由水和结晶水预热矿石选择性还原部分镍和铁。 3电炉熔炼还原金属镍和部分铁将渣和镍铁分开生产粗镍铁。 4精炼一般采用钢包精炼脱出粗镍铁中的杂质如硫、磷等满足市场要求。如果生产镍锍需要在焙烧回转窑的出料口喷入硫磺将镍转变成低铁的镍锍。1.1.3.2、 多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺 多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺流程包括红土矿干燥脱水、制团、竖炉焙烧生产部分还原焙烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁、粗镍铁在钢包炉中精炼。1.1.3.3、 日本大江山回转窑直接还原法 日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁该工艺包括物料预处理、回转窑焙烧和还原、回转窑产出的熟料采用重选与磁选分离出镍铁合金。这是世界上唯一的采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法。1.2、镍铁产品方案研究1.2.1、 镍铁品位介绍 镍铁品位是镍铁生产厂的重要参数镍铁品位主要影响以下几个方面镍回收率、电炉产量、精炼成本、运输成本、镍铁中铁的价格、市场因素等。 镍铁品位在 2730之间是非铁磁体而生产厂一般不选择生产非铁磁体即不选择生产品位在 2730之间的镍铁。从表2 可以看出世界上大部分镍铁厂的镍铁品位在 1827之间 部分镍铁厂生产含 Ni35以上的镍铁。 矿石品位是影响镍铁品位选择的一个重要因素矿石品位越高适合生产高品位镍铁。另外矿石成分也影响镍铁品位的选择。镍铁中铁是否计价也是影响确定镍铁品位的一个重要因素。根据对国内厂家的咨询目前镍铁中的铁有的计价。另外我国铁资源缺乏宜尽量回收矿石中的铁。 表 11-2 全世界主要镍铁厂的产量及镍铁品位 公司名称 国家 产量 t/a 镍铁品位 FENI 马其顿 7000 35-50Falcondo 多米尼加 28500 38.9CerroMatoso 哥伦比亚 49100 34-36Pobuzhsky 乌克兰 16000 25-35Codemin 巴西 6500 30Doniambo 新喀里多尼亚 60000 22-30Larymna 希腊 19200 20-25LomadeNiquel 委内瑞拉 17400 20-25Hyuga 日本 22000 16-28Hachinohe 日本 41000 17-23Oheyama 日本 15000 16-23Pomalaa 印度尼西亚 11000 18-21 1.2.2、 镍铁工艺流程介绍 传统的回转窑电炉工艺生产镍铁的工艺流程见图1。 图 11-1 传统的回转窑电炉工艺生产镍铁的工艺流程 1.3、回转窑电炉工艺生产镍铁案例介绍 中国恩菲近期给国内三个公司的镍铁项目进行了设计和论证具体项目是 1、福建鼎信实业有限公司 5000 吨镍/年的镍铁项目2010 年 6 月将投产 建设地点在福建省福安市该项目属于公司的试验基地性质成功后将在印尼的 OB 岛建厂该公司拥有红土镍矿山 镍 铁 冶炼用的红土镍矿品位 1.7、 24。 2、新希望集团镍铁项目一期 5000 吨镍/年、二期 10000 吨镍/年建设地 点在广西钦州市已到施工图设计阶段并准备在印尼成立两家资源类公司进 军印尼的镍资源冶炼用的红土镍矿品位镍 1.7、铁 15-17。 3、金川公司 30000 吨镍/年的镍铁项目建设地点在广西防城港市正在进 行项目调研冶炼用的红土镍矿品位镍 1.8、铁 20。 下面是福建鼎信实业有限公司 5000 吨镍/年的镍铁项目的生产工艺 1.3.1、 矿石干燥 红土矿是经长期风化淋滤变质而成的含水较高需要进行预干燥。标准的 回转窑电炉工艺处理红土矿时回转窑给料前的干矿石含水一般为 2022 这一含水率水平有利于最大程度降低矿石运输入窑过程中的粉尘发生率并易于 处理矿石。 由皮带运输机从矿石堆场运来的矿石直接加到干燥窑内矿石从干燥窑的窑头加入与热烟气接触而被加热干燥。矿石中自由水部分蒸发进入烟气矿石则由胶带运输机运到配料车间或者运到干矿储存库储存。干燥窑进料端设快速翻板卸灰阀将漏料排到料罐人工运到矿仓。 干燥窑燃烧室采用煤粉作燃料燃烧室为立式结构易于排出煤灰。燃烧室顶部设煤粉燃烧器一次风机将煤粉输送到煤粉燃烧器中二次风将煤粉完全燃烧燃烧后烟气配入三次风将烟气温度控制在 950左右。进入干燥窑的烟气温度取决于煤灰的熔点煤灰熔点高烟气温度则可以提高。 干燥车间设有煤粉仓煤粉制备产生的合格煤粉采用气体输送到干燥车间煤粉仓煤粉仓储存煤量约 22t储存时间约 12h煤粉仓下设锁风定量给煤机将煤粉定量输送到煤粉燃烧器燃烧。煤灰则沉到燃烧室的下部燃烧室下设电动扇形闸门定期打开闸门将煤灰排到煤灰罐内由叉车运到渣堆场堆存。干燥后的烟气进入电收尘器收尘后由排烟机经烟囱排空。1.3.2、 配料及烟尘制粒 来自干燥车间或者干矿仓的干矿由皮带运输机运到配料车间。 本项目一期工程设有 4 个干矿仓其中 3 个干矿仓每个储存干矿量 150t干矿仓下设定量给料机将干矿定量、均匀的给到皮带输送机上并运到焙烧还原车间另外 1 个矿仓储存干矿量 60t干矿通过定量给料机、皮带运输机将干矿石给到 1 个圆盘制粒机上与烟尘混合制粒。 配料车间设有还原煤加料仓 1 个、返料仓 1 个、备料仓 1 个。采用轮式装载机将还原煤加到皮带运输机并运到还原煤仓煤仓下设定量给料机将煤定量、均匀的给到运往回转窑焙烧车间的皮带运输机上。 返料主要包括回转窑焙烧预还原过程中产生的大块 其他返料包括精炼过程中产生的返料渣等。返料经人工破碎后返回回转窑。 烟尘制粒采用圆盘制粒方式烟尘来自回转窑、电炉及干燥窑等这些烟尘通过气力输送到烟尘制粒的烟尘仓烟尘仓分为两个不同接收仓一个接收干燥窑烟尘另一个接收回转窑和电炉烟尘。通风收集的烟尘输送到干燥窑烟尘仓。每个烟尘仓可以储存 35t 烟尘烟尘通过螺旋输送机定量输送到双轴粉尘加湿机内在双轴粉尘加湿机内按一定比例加入水加入的水量达到烟尘粒料的额定含水量。双轴粉尘加湿机将烟尘加湿并输送到圆盘制粒机作为黏结剂的干矿按比例通过皮带输送机加到圆盘制粒机在圆盘制粒机干矿、烟尘混合制成粒料并调整粒料的含水。 烟尘与干矿的混合比为 6 烟尘粒料含水初步确定为 25 4。生产过程可根据实际情况进行调节。1.3.3、 回转窑焙烧预还原 干燥后的矿石、烟尘制粒产生的粒料、还原煤和返料经加料胶带运输机加入到回转窑焙烧。回转窑采用逆流操作。 还原煤与矿石一起加入回转窑。还原煤粒度要求为 515mm。回转窑设有煤粉烧咀由风机鼓入一次风和二次风控制烧咀的风量使回转窑达到还原气氛。回转窑煤粉由煤粉制备车间通过气体输送到回转窑煤粉仓 通过转子秤定量输送到回转窑烧咀内燃烧产生的烟气与矿石逆流。 回转窑主要有四个作用 1红土矿表面水份彻底蒸发2结晶水即烧损降到 0.5最大 0.73预还原反应部分还原矿石中的铁、镍和钴氧化物4焙砂加热到 800。 矿石在回转窑内进行预还原可减少电炉的负荷。 回转窑窑头设有焙砂中间料仓和格筛产生的焙砂通过格筛格筛过筛粒度设计为-250mm筛下的焙砂进入焙砂缓冲仓进行储存并通过焙砂料罐运到电炉熔炼车间进行熔炼。大块物料经格筛端部排入废料堆送到精炼渣处理系统进行破碎回收矿石。 焙砂从回转窑排放出来温度 775850进入到焙砂中间料仓。中间料仓容量 30t借助中间料仓将热焙砂排放到焙砂转运料罐焙砂转运料罐放在转运车上有轨转运车通过转运车将料罐运到电炉熔炼车间。1.3.4、 焙砂转运和电炉加料 焙砂从回转窑排放出来温度为 775850进入到焙砂中间料仓。中间料仓容量为 30t因此相对于额定电炉给料量为 44.92t/h其停留时间相对较短。中间料仓将热的焙砂排放到焙砂转运料罐焙砂转运料罐位于转运车上有轨转运车。转运车随后将装满的焙砂转运料罐通过一条隧道运到提升井装满的料罐在该处被起重机提升起来。起重机将料罐放置到电炉给料仓上部。通过打开料罐底部排料阀门将热的焙砂排入电炉加料仓内。 料罐排空后起重机将空的料罐转运到提升井并下放到焙砂转运车上。该转运车可以同时运送一个空的、一个满的两个料罐。起重机将空的料罐放到转运车上后该转运车在轨道上移动以使起重机将满的焙砂料罐提起。起重机在提起满的料罐后转运车移动到回转窑中间料仓下将空的料罐装满。料罐装满后转运车移回到提升井又开始新的循环。 回转窑中间料仓排料时需要进行通风排烟控制粉尘飞扬。电炉加料仓设有专门的通风系统料罐往电炉加料仓加料时通风系统自动通风作业防止粉尘飞扬。通风系统收集的烟尘输送到烟尘制粒制粒后返回回转窑。1.3.5、 电炉熔炼 由桥式起重机自动地将焙砂提升到电炉顶的料仓上 起重机和焙砂罐运输车采用全自动控制自动、顺序将焙砂由回转窑下的焙砂缓冲仓加到 12 个电炉加料仓内焙砂经加料管加到电炉内电炉共设有 36 个加料管采用气动滑板阀控制加料加料仓设有盖板防止热损失和烟尘损失为了测量电炉的加料量和加料仓的焙砂量加料仓采用称重料仓。 电炉操作采用高电压模式电炉电压为 150V-550V-850V。侧墙渣线部分采用铜水套冷却提高电炉寿命焙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形成含镍 14的粗镍铁还原过程产生的CO 在炉膛内燃烧既能提高焙砂的温度又能焙烧电极燃烧后的烟气温度控制在 950防止焙砂烧结。 电炉产生的高温烟气经过冷却后由布袋收尘器收尘后通过烟囱排空。 电炉生产的粗镍铁每 45 小时定期放出一次每次放出量约 25t镍铁放到 25t 的镍铁罐内经精炼吊车起重机运到精炼车间精炼。 电炉每小时约产生 34.59t 电炉渣渣量较大。电炉渣通过位于电炉一端的两 每个排渣孔中的一个排渣孔排出 34 小时放出一次 放出渣量为 103.8138.4t放渣温度约 1550炉渣通过溜槽进行水淬后由捞渣机捞出用汽车运到渣场堆存。用于水淬的水经过沉淀、冷却后返回水淬系统。1.3.6、 粗镍铁精炼 镍铁从电炉排放到一个 25t 镍铁 罐内。该镍铁罐位于金属流槽端头在电炉排放小车的轨道上行驶。排放完毕后关闭放出口粗镍铁小车移向精炼车间。精炼起重机提起小车上镍铁罐放到有轨道的精炼镍铁罐车上。 结合粗镍铁脱硫、脱硅、脱碳的要求粗镍铁在一个镍铁罐中进行脱硫、扒渣、脱硅、脱碳、脱铬、扒渣、最终微调等工艺生产合格的镍铁。1.3.6.1、 粗镍铁排放到镍铁罐 粗镍铁通过流槽流到镍铁罐。每次排放前镍铁罐内衬耐火材料在镍铁罐预热站进行预加热以避免放出热的镍铁到罐内时产生过度的热冲击。 镍铁罐内粗镍铁的温度在排放过程中由于热损失会降低粗镍铁从电炉放出的温度是 1500。预计排放完全后镍铁罐中镍铁的温度为 1470这主要是由于放出过程中的热损失以及镍铁罐内金属的热辐射损失所造成的。 预计排放时间约为 25min。1.3.6.2、 一次扒渣 放出完成后镍铁罐通过精炼起重机运到精炼车间放到精炼镍铁罐车上。镍铁罐车的作用是将镍铁罐沿轨道移动到精炼位置。 如果镍铁中含有电炉渣需要在精炼前扒除。采用扒渣机扒渣。1.3.6.3、 喷粉脱硫 预计到精炼时镍铁的温度为 1470接近镍铁的熔点。由于脱硫过程又要吸收热量因此脱硫过程需要将镍铁升温。采用化学热法升温方式选用铝作为升温元素。 采用喷枪将脱硫剂喷入镍铁中脱硫剂在高温镍铁内上浮的过程中同镍铁水中的硫S反应形成渣采用底吹氮气加强搅拌。 采用扒渣机扒除镍铁中的脱硫渣。电炉生产的粗镍铁含硫为 0.08精炼后要求镍铁含硫小于 0.03。预计 1 罐 25t 粗镍铁脱硫过程消耗脱硫剂为173.52kg。每罐粗镍铁化学热法升温消耗铝量为 175kg。 预计脱硫持续时间为 8min。二次扒渣时间为 8min。吹氧率为 15Nm /min。1.3.6.4、 喷粉吹氧脱硅、碳 脱除镍铁中的硅、碳主要通过喷枪吹氧进行。 首先硅被氧化成SiO 。当镍铁中 Si 含量降到一定水平Si 和 C 同时被氧化。当 Si 达到较低含量氧气主要用于将碳氧化成 CO采用底吹氮气加强搅拌。 Si/C 氧化物生成的渣扒除防止这些杂质再从渣相返回到金属相。 预计脱硅、碳每罐镍铁消耗石灰粉基 600kg吹氧率为 15Nm /min持续约 20min。 扒渣操作需要约 8min。 1.3.6.5、 最终微调 最终微调的目的是调节温度以满足粒化操作并通过 CaSi 丝的加入以获得 足够的硅含量。 CaSi 丝以较高速度加入熔池从而在镍铁罐底部附近释放 Ca加速其在熔 池的分解Ca 的蒸汽压非常低。 加入约 100kg 的 CaSi 将持续大概 5min。随后金属将进行粒化操作。 1.3.7、 综合技术经济指标表5000t/a镍量 表 1-3 综合技术经济指标表 序号 指标名称 单位 数量 备注1 冶炼1.1 设计规模 镍铁 t/a 320561.2 产品产量 镍铁 t/a 32056 其中含镍 t/a 5000 品位 15.6 含铁 t/a 26927 品位 84.01.3 冶炼回收率 Ni 901.4 原料需要量 红土矿 t/a 326800 干基量 红土矿含镍 t/a 5556 品位 1.70