镍红土矿RKEF法工艺进展.doc

文章编号:1007 967X( 2012) 02 0034 04*镍红土矿法工艺进展RKEF秦丽娟，赵景富，孙镇，郑鹏( 沈阳有色金属研究院，辽宁 沈阳 110141)摘 要: 介绍了世界先进的镍红土矿火法冶炼 RKEF 法，对其工艺流程进行了详细的说明，对电炉 和回转窑等主要设备的作用、工作原理进行了分析，以世界范围内先进 RKEF 法工厂的操 作参数为依据对电炉和回转窑的现状和发展进行了分析。还对近年来出现的新熔炼工艺 进行了探讨。关键词: 镍红土矿; RKEF 法; 回转窑; 电炉中图分类号:TF815文献标识码:B见图 1。回转窑和电炉是该工艺中的关键设备，干燥窑 根据原料情况选用。干燥回转窑和焙烧回转窑的燃 料是由磨煤机提供的煤粉，煤粉通过直吹的形式直 接供给干燥窑或回转窑。作为配料加入回转窑中的 还原煤和燃料煤是同一种煤，但粒度有所区别。干 燥窑在窑头引入热空气，通过顺流的形式实现对湿 矿的干燥; 回转窑采用逆流的形式对配料进行焙烧前言1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，矿层一般形成几层， 顶部是一层崩积层，含镍较低，一般弃置堆存; 接着 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; 再下一层是混有脉石的 残积层矿，含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低，这类矿 一般采用火法工艺处理1 3。目前，世界范围内的红土镍矿火法冶炼主流工 艺是: 回转窑焙烧 电炉熔炼，即 RKEF 法，世界先 进的 RKEF 法生产企业的基本标准是，一条生产线 具有 160 t /h 处理能力的回转窑配套 80 MW 的矿热 炉，每年处理将近 1 3 亿 t 的红土镍矿4。随着回 转窑和电炉技术的不断进步，例如回转窑内壁上的 环状挡圈的应用、热源的改善，电炉电极遮弧技术和 电炉边墙铜水套水冷系统的应用5等，回转窑和电 炉的处理能力不断增加，使一条 RKEF 法生产线能 够实现一台 240 t /h 回转窑配套一台 120 MW 的电 炉6，每年处理 2 亿 t 镍红土干矿( 含镍 2% ) 。下 面我们对 RKEF 法的工艺流程及其主要设备电炉和 回转窑的作用、工作原理、操作参数及新工艺等进行 探讨。和预还原 收尘设备全部采用布袋收尘器 干燥窑。，、回转窑、电炉等三种烟尘经收集后按照一定比例用压球机进行团料的制备。图 1 RKEF 法工艺流程图主要设备如下: 干燥窑: 1 m 10 m; 回转窑: 1 5 m 12 5 m;矿热电炉: 圆形，炉壳直径 3 4 m，高度 2 5 m;电极: 石墨电极;RKEF 法工艺本文以 沈 阳 有色金属研究院红土镍矿火法 RKEF 法冶炼试验基地为例，介绍 RKEF 法的主要 工艺流程和基本设备。RKEF 法工艺流程为: 干燥 回转窑干燥 焙烧回转窑预还原 电炉还原熔炼，2收稿日期:2011 10 09作者简介:秦丽娟( 1979) ，女，研究生，工程师，主要从事镍红土矿冶炼、炉渣综合利用等研究工作。*变压器: 1 000 kVA;压球机: 350 型 1MQJ。回转窑窑中部，开始脱除干矿结晶水，直到卸料前，干矿被煤和一氧化碳部分还原，最终所得的焙砂中的镍以 金属 Ni 和 Ni2 + 两种形式存在7，干矿中的大部分 铁也被还原为 Fe2 + 。焙砂通过焙砂运输系统输送 到电炉。回转窑的烟气由窑尾排出，经收尘装置收 尘后，由专用烟道排到空气中。33 1 作 用回转窑在整个镍红土矿 RKEF 法流程中的作 用，有如下几点:使红土矿表面水分彻底蒸发;脱除镍红土矿的结晶水，即烧损;预还原反应部分还原矿石中的铁、镍和钴( 1)( 2) ( 3) 氧化物;( 4)焙砂加热到 800 左右。图 2 RKEF 法回转窑工作原理图例: 某企业采用 2 台回转窑干燥，干燥窑规格为在这里要说明的是，干燥回转窑是跟据处理矿物的情况而选定的。我国采用 RKEF 法的镍铁生产 企业，多数使用来自缅甸、印度尼西亚等东南亚国家 的镍红土矿，其特点之一是含水量比较高，最高可达35% 左右，在这种情况下，多选用干燥回转窑对原矿 进行干燥，减少矿粘黏，降低整个 RKEF 法流程中的 烟尘产量，减少原矿中镍的损失。m，燃料为粉煤，矿石含水由 30%5 0 m 4035% 干燥至 20% 22% 。干燥矿石、还原煤、烟尘粒料通过胶带运输机加入回转窑。回转窑规格为5 5 m 115 m，两台回转窑，混合物料在回转窑内经脱水、预热、焙烧及部分还原产出 775 的焙砂，焙砂通过焙砂运输系统自动输送到电炉熔炼系统。3 3 主要操作参数表 1 列出了世界范围内一些处理镍红土矿回转 窑的操作参数。工作原理镍红土矿在回转窑中干燥、收尘、还原等的处理 过程，如图 2 所示，燃烧器设置在窑头，干矿、烟尘粒 料、还原煤从窑尾进入，首先被干燥，然后到达回转3 2表 1回转窑操作参数参数LarcoLoma de NiquelHyugaPamcoCerro MatosoP T Inco回转窑编号2 和 3141 和 23 和 5236121 345炉壳直径( m)4 25 26 154 85 255 54 66 16 05 566长度( m)9090125120105100115131185135100115135燃料油 /煤天然气煤煤天然气油干矿含水( % )6 1520 252410 1220还原剂褐煤煤烟煤煤烟煤油 /烟煤烟尘率( % )81120 2524 2512 1522 2515 20焙砂放出温度( )700800 850850 900950 1 000800 850700 750生产能力( t /h)41691078183861038615895121128回转窑内部体积( m3 )9161 4962 9941 9431 5531 8022 2941 7634 6203 2531 9952 7713 253生产效率( kg /hm3 )45463642534845493448484439从表 1 可以看出，目前回转窑的直径范围在4. 2 6 1 m，长度 90 158 m; 进料干矿含水量 6% 25% ; 还原剂以烟煤为主; 烟尘率均控制在 25% 以内; 焙砂放出温度 700 1 000 ; 生产效率最高 可达 53 kg /hm3 。烟气经收尘装置收尘后排入大气，烟尘回收制粒再处理。4 1电炉构造电炉的形状有圆形、矩形。圆形电炉是 3 根电极，炉膛面积可达 330 m2 ; 矩形电炉是 6 根电极，炉膛面积可达 390 m2 。P T Inco( 印尼) 、Cerro Matoso( 哥伦比亚) 、SNNC( 新喀) 均采用的是世界上最先 进的圆形电炉8，电炉功率可达 94 MW。世界先进电炉的主要操作参数见表 2。圆形电炉的 3 根电极排列成等边三角形，矩形 电炉的 6 根排成一列，电炉的电压是平均分配给每电炉4焙砂在电炉里进行熔炼，产出粗镍铁和炉渣。粗镍铁接下来将进入精炼系统，炉渣冷却后，堆存或 回收再利用。电炉熔炼产生的烟气在电炉炉膛上部空间燃烧后，通过烟道进入烟气冷却装置，冷却后的有 色矿 冶第 28 卷36根电极的，例如，120 MW 的电炉，矩形仅需 20 MW的电极 6 根，圆形需要 40 MW 的电极 3 根，对于圆 形电炉电极的电压和功率可能会超出现有的范围。 矩形电炉还可以实现炉身在三个尺寸上进行弹簧紧 固，给电炉内炉衬连续的压力，保证耐火衬砖一直紧 密的结合，防止金属或炉渣渗入砖缝而产生松动，提 供可靠的电炉结构稳定性。表 2 世界先进电炉的操作参数辐射产生的大部分功率，传送到进料层，比单独的熔池直接产生热量更加有效10。结论5从 19 世 纪 50 年 代 开 始，回 转 窑 电 炉 法( RKEF 法) 成为红土矿中提取镍铁的主要方法，随 着技术发展，回转窑和电炉的生产效率逐渐提高，冶 金工作者为了实现了更低的能耗、更稳定的运行、更 高的投资回报而不断努力。镍铁企业电炉参数 Falcondo SLN CerroMatoso P T Inco SNNC ( 1)RKEF 法工艺流程为: 干燥回转窑干燥 电炉形状电炉尺寸( m) 炉膛面积( m2 ) 电极数量 电极直径( mm) 额定功率( MW)矩形矩形圆形圆形17 0ID22731 800753302544241 0502 3100圆形21 0ID34631 8009427031 320408001 7100焙烧回转窑预还原 电炉还原熔炼;( 2) 回转窑的主要功能是干燥和预还原，尺寸 最大可达 6 1 m 185 m，生产效率最高可达 53 kg /hm3 ;73 229 116 306 21 0ID16761 0206539010 875129006 85035561 4006518510 880 10034631 800752152548231 1001 15100炉膛功率密度( kW /m2 )每根电极功率( MW) 每根电极电阻( mohm) 电极电流( kA) 每根电极电压( V) 功率 /熔池功率比熔池功率密度( kW /m2 )( 3)矩形电炉比圆形电炉具有炉膛面积大、结构稳定、平均每根电极低等的优点，将成为未来电炉结构的趋势;( 4)电炉电极遮弧技术和电炉侧墙铜水冷系统技术的结合，不仅克服了埋弧技术热量损耗等缺点，而且增加了热量传递的效率，大大提高了电炉的生产效率，将逐渐取代埋弧技术。参考文献:4 2 熔炼工艺从 19 世纪 70 年代开始，传统的埋弧熔炼方式 用于对镍红土矿的处理，电炉的功率传送方式如图3 所示，但是很快发现，电炉侧壁的冷却装置会造成 能量的消耗引起电炉侧壁炉衬的磨损和熔融的腐蚀 性炉渣的搅拌，会限制电炉内熔池直接产生的热量 的传输9。1徐小锋 红土镍矿预富集 还原熔炼制取低镍铁合金研究D 长沙: 中南大学资源加工与生物工程学院，2007王成彦，尹 飞，陈永强，等 国内外红土镍矿处理技术及进展J 中国有色金属学报，2008，18( E01) : 1 823 张 莓 我国火法冶炼红土镍矿进展J 国土资源情报，2008( 2) : 29 324 A E M Warner，C Diaz，A D Dalvi，P J Mackey，A V Tara- sov，World Nonferrous Smelter Survey，Part : Nickel: LateriteJ Journal of Metals( JOM) ，April，2006: 11 205G Hatch，B Wasmund，Cooling Devices For Protecting RefractoryLinings of FurnacesP，United States Patent ，3，849，587，No- vember 19，1974C Walker Kashani Nejad，A D DALVI，N Voermann，I Candyand B Wasmund，Future of Rotary Kiln Electric Furnace( RKEF) Processing of Nickel LateritesA，Proceedings of the6图 3 埋弧熔炼European Metallurgical ConferenceC，EMC 2009，Innsbruck，Austria，28 June 1 July，2009R A Bergman，Nickel Production from Low Iron Laterite Ores:Process DescriptionsJ CIM Bulletin，Vol 96，No 1072，June / July 2003: 127 138C Walker S Kashani Nejad，N Voermann，I Candy and BWasmund，Evolution and Future of Rotary Kiln Electric Furnace( RKEF) Plants for Smelting of Nickel LateritesA，Proceedings of 2008 ALTA Nickel Cobalt，Copper Uranium ConferenceC，Perth，Australia，16 20 June 2008F Archibald，G Hatch，Electric Are Furnace OperationP，Unit- ed States Patent 3，715，200，February 6，1973N Voermann T Gerritsen，I Candy F Stober，A Matyas，Fur-78图 4 遮弧熔炼近年来，出现了提高电炉熔炼能力的两项重要 技术，即电极遮弧技术侧墙铜水冷系统技术。遮弧 熔炼技术的功率传送方式，如图 4 所示，配合侧墙的 水冷铜水套，耐火炉衬并没有被侵蚀，而是在炉墙的 高温面上，炉渣凝固形成一层保护层，这样，由电弧910nace Technology for Ferro Nickel Production an UpdateA，International Laterite Nickel Symposium CharlotteC ，NorthCaroliana，U S A，TMS March 14 18，2004: 563 577(下转第 39 页)的延长逐渐增大，当脱锡时间为 5 min 时，表面平均粗糙度值由 0 121 m 达到 1 074 m，脱锡的效率 达到 97 3% 。高锰酸钾 亚硝酸钠体系的脱锡剂 对导电辊材质腐蚀性较小。参考文献:1Metal bulletin research Coated steels monthlyJ /OL 2006，( 1) ( 12) 2Metal bulletin research Coated steels monthlyJ /OL 2007，( 1) ( 12) 兰兴华 世界镀锡板生产能力和生产技术改进J 中国金属 通报，2005，( 2) : 12 13图 2 模拟导电辊粗糙度的变化1粗糙度曲线; 2轮廓曲线( a) 1 min; ( b) 2 min; ( c) 3 min; ( d) 4 min; ( e) 5 min34宋 加 我国镀锡板生产技术的发展及几点建议J 轧钢，2007，24 ( 4) : 35 38朱 成 电热高效吹锡器P CN2144037，1992 08 03 李世厚，石道民，张宗华 白钨矿药剂处理电选除锡方法P CN1010767，1986 05 27戴明山，谢里阳，钱 钢，符寒光，范光杰，宋锦春，夏永发一种脱锡液及其制备工艺和用途P CN1619013，2005 05 25符寒光，闰丽芬 电镀锡机组软熔导电辊脱锡技术研究J钢铁钒钛，2006，27( 3) : 44 474结论56综述了脱锡剂的研究进展。研究了不同酸性脱锡剂对导电辊脱锡效果，脱锡剂三氯化铁、高锰酸 钾、双氧水、亚硝酸钠和重铬酸钠均有一定的脱锡效 果，但脱锡剂高锰酸钾脱锡效果较好，脱锡速度快， 脱锡速度达 0 023 g /cm2 。在高锰酸钾体系中添加 亚硝酸钠，脱锡效果略有提高。粘锡的模拟导电辊 脱锡过程表明，其表面平均粗糙度值随着脱锡时间78Effect of Acid Removing Tin Agent on Reflow Conductor Roll of Tinplate SetZHU Guo-he1 ，LI Jian-zhong2 ，DENG Bi-tao2 ，SHAO Xiong-feng2 ，WANG Zhi-cheng2( 1 Cold Rolled Sheet Plant，Baoshan Iron Steel CO ，LTD ，Shanghai 200431，China;2 School of Metallurgy and Materials，Northeastern University，Shenyang 110004，China)Abstract: Research of the tin agent is overviewed The effects of different acid removing tin agent on removing tin of reflow conductor roll The results show that the removing tin agent of potassium permanganate presents the better effect of removing tin， which is have a characteristics of high removing tin speed of 0 023 g /cm2 In addition， the additive effect of sodium nitrite improves removing tin The removing tin process of simulated conductive rolls shows that the simulated average surface roughness value of conductive roller 1 074 m at time of 5 min， and removal ef- ficiency is of 97 3% The agent of potassium permanganate sodium nitrate system has less corrosive prop