119红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用关键技术与应用

2019年度国家科学技术进步奖提名公示材料项目名称红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用关键技术与应用提位教育部提名意见（不超过600字）针对我国镍铁生产存在的原料适应性差、成本高、能耗大以及镍铁渣利用率低、堆存带来的环境污染等突出问题，该项目历时十余年研究和攻关，发明了具有原创性的红土镍矿选择性固态还原-磁选制备镍铁新工艺，实现了镍铁的高效低耗低成本生产扩大了可利用的资源X围；开发出红土镍矿还原熔炼渣系优化调控新技术，显著降低冶炼温度和生产能耗，提高了金属回收率；开发出镍铁渣制备镁橄榄石型复相耐火材料新方法，实现镍铁渣的高效增值利用，消除了镍铁渣堆存带来的环境隐患。新工艺新技术已在国内外建厂实施和推广应用，近一年创直接经济效益14.87亿兀。该项目获授权专利20项，软件著作权1项，出版专著1部，发表论文31篇，应邀国际报告12个，培养博士、硕士13名，培训企业人才300余人。该项目从新工艺开发、现有工艺革新、冶炼渣的无害化增值利用等方面，对镍铁生产工艺进行了全方位的技术创新，为我国不锈钢工业的绿色、可持续发展提供了坚实的技术支撑，显著提升了我国镍铁生产的整体科技水平和国际影响，专家评价该项目“整体达到国际先进水平，其中红土镍矿选择性固态还原-磁选制备镍铁技术达到国际领先水平”。获2018年度高等学校科学研究优秀成果奖科技进步一等奖。对照国家科学技术进步奖授奖条件，我部决定提名“红土镍矿冶炼镍铁及冶炼渣增值利用关键技术与应用”为国家科技进步奖二等奖。不锈钢是国民经济和国防建设的重要高端材料，我国产量世界第一且需求量持续增加。镍基不锈钢占70%以上，通常以高品位硫化镍矿原料制备的电解镍为镍源。随着全球硫化镍矿资源日趋枯竭，以占陆基镍资源72%的红土镍矿为原料生产镍铁替代电解镍是不锈钢工业持续发展的必然趋势。近年来我国镍铁工业发展迅速，但暴露出的问题也十分突出。现有镍铁生产工艺原料适应性差、流程长、能耗大、金属回收率低；我国红土镍矿短缺，几乎全部依赖进口，由于原矿镍品位低、水份高、运输量大，极大增加了我国镍铁及不锈钢的生产成本；镍铁渣排放量大、利用率低，大量堆存带来严重的环境污染隐患。这些问题严重制约着我国不锈钢工业的持续健康发展。针对上述问题，本项目历时十余年研究和攻关，发明了全新的红土镍矿制备镍铁工艺，实现了镍铁的高效低耗低成本生产，扩大了可利用的资源X围；开发出还原熔炼渣系优化调控新技术，显著降低了现有工艺的冶炼温度和生产能耗；开发出镍铁渣制备耐火材料新方法，实现了镍铁渣的无害化和高效增值利用，消除了渣堆存带来的环境污染隐患。主要技术创新如下：项目简介(1)查明了镍、铁氧化物的还原行为与调控机制，开发出红土镍矿选择性还原技术和镍铁晶粒快速生长技术，发明了红土镍矿选择性固态还原-磁选直接制备镍铁新工艺，构建了镍铁生产新流程，在印尼建成首条生产线。工业生产获得了满足不锈钢冶炼要求的镍铁产品，镍铁比由原料的0.05提高至0.12，镍回收率大于95%，操作温度较现有熔炼工艺降低500。6成本降低30%以上。项目简介针对现有的镍铁生产工艺存在能耗大、金属回收率低等问题，构建了以透辉石和镁铁橄榄石为主要物相的低熔点新渣型，开发出以控制FeO为中心、以调节四元碱度为主要手段的渣系优化调控新技术。新技术在广青科技和宝钢德盛公司应用电炉操作温度降了60~100工，电耗平均降低400kWh/t以上镍、铁回收率分别提高1~2%、5~10%,铬回收率提高20%以上。设计出以镁橄榄石为主相、镁铝铬尖晶石为强化相的复相耐火材料组分，揭示了氧化镁提高耐火度和降低烧成温度的机制，开发出镁砂调控材料性能、级配调控坯体膨胀技术，发明了镍铁渣制备镁橄榄石型复相耐火材料新方法，实现了渣的无毒化和增值利用，工业生产获得了综合性能优于天然矿物生产的MS-65牌号产品，且烧成温度降低了150~200°C,成本降低40%以上。

本项目从新工艺开发、现有工艺革新、冶炼渣增值利用等方面，对镍铁生产进行了全面技术创新，显著提升了我国和“一带一路”沿线国家镍铁工业整体科技水平，为不锈钢工业可持续发展提供了技术支撑。经专家评价，本项目“整体达到国际先进水平，其中红土镍矿选择性固态还原-磁选制备镍铁技术达到国际领先水平”。获授权专利20项，软件著作权1项，出版专著1部，发表论文31篇，应邀国际学术报告12个，培养博士、硕士13名，培训技术人员300余人。获2018年度高等学校科学研究优秀成果奖科技进步一等奖。(1)成果评价中国金属学会于2018年2月3日在某某某某组织召开“红土镍矿冶炼镍铁关键技术及其应用”科技成果评价会，以王一德院士为主任、毛新平院士和白晨光教授为副主任的评价委员会专家一致认为：本成果“总体上达到国际先进水平，其中红土镍矿选择性固态还原-磁选制备镍铁技术达到国际领先水平。”(2)项目验收证明客观评价印尼SILO公司邀请国内外相关单位和专家，于2013年5月13日在对中南大学完成的"红土镍矿制备镍铁工业试验研究”项目进行验收，验收意见如下：本项目开发的镍铁生产新工艺，技术先进，工艺可行，经济合理，国内外尚无先例，具有良好的应用前景，特别适合电力及炼焦煤短缺的印尼等国家和地区发展镍铁和不锈钢生产，同意通过验收。建议加快工程设计进度，尽快实现大规模工业生产。客观评价(3)产品检验报告由镍铁渣制备的镁橄榄石型复相耐火材料，经某某省耐火材料产品质量监督检验站检测，耐火度＞1790°C(ASNO.L2532)。发表论文引用及评价情况•学术论文被SCI收录19篇，SCI总他引次数116次，其中《Beneficiationofnickeliferouslateritebyreductionroastinginthepresenceofsodiumsulfate,10.1016/j.mineng.2012.03.012》他引40次，是迄今红土镍矿火法冶金领域SCI引用次数最多的论文。•加拿大皇后大学(Queen'sUniversity)C.A.Pickles教授撰文大篇幅引用并对此给予高度评价，认为本项目“全面阐明了硫在还原过程对镍铁颗粒生长的影响机制…ThemechanismbywhichtheadditionofsulphuraffectstheformationofferronickelparticlesduringthereductionroastingofalateriteorehasbeenthoroughlydescribedbyRaoetal.”国际报告交流情况应邀在美国矿物、金属、材料学会(TMS)学术年会(2010、2016、2018)、第七届国际炼铁会议(AISTech2015)、第十四届中日双边钢铁技术研讨会(2016)等国际会议上报告12次。应邀到美国犹他大学、密歇根理工大学、韩国延世大学等国外知名大学进行学术交流，得到了国际著名的冶金专家美国犹他大学H.Y.Sohn教授、密歇根理工大学J.Y.Hwang教授等知名专家学者的高度评价。加拿大镍冶金专家P.Mackey专程前来中南大学与项目组开展学术交流，并签订合作协议开展红土镍矿冶炼镍铁研究。企业获奖、环保认证某某广青金属科技某某获2016年度某某省生产清洁企业荣誉称号，2016年度某某省优秀企业和某某省文明单位，2017年入选工信部首批绿色工厂。(7)论文获奖学位论文《红土镍矿选择性还原/硫化制备粗镍铁的基础与新工艺研究》被评为2017年度某某省优秀博士学位论文，《红土镍矿制取镍铁合金原料的新工艺及机理研究》被评为2012年度某某省优秀硕士学位论文。学术论文“红土镍矿还原焙烧-磁选制取镍铁合金原料的新工艺”和“红土镍矿钠盐还原焙烧-磁选的机理”均获2014年度中国有色金属学报优秀论文奖。(8)项目获奖“红土镍矿冶炼镍铁关键技术及应用”获2018年度高等学校科学研究优秀成果奖科技进步一等奖。

本项目发明的红土镍矿选择性固态还原-磁选直接制备镍铁新工艺，于2010年完成回转窑“火力模型”扩大化试验，2012年6月与印尼PT.SEBUKUIRONLATERITICORE（SILO）合作在某某某某完成煤基回转窑（窑体规格ei.6*16m）工业试验。2013年5月经专家组验收后，由印尼SILO公司组织工程化设计及建厂实施，于2015年8月在印尼SEBUKU岛建成回转窑（3.5*72m）直接还原-磁选生产线。经调试正常后，采用含镍1.78%红土镍矿为原料，生产出镍含量大于10.4%、镍回收率95.3%的镍铁产品。与粒铁法和电炉法相比，该工艺流程简单，冶炼温度分别降低300工和500^,成本降低30%以上，实现了低品位红土镍矿制备镍铁技术工艺的重大突破。应用情况本项目开发的还原熔炼渣系调控新技术和镍铁渣的资源化利用技术，已在某某广青金属科技某某应用。渣系调控新技术于2014年6月起率先在广青科技镍铁厂4座33000kVA电炉工业应用。应用4年以来，电炉冶炼温度平均降低60工以上，炉渣流动性改善，镍、铁、铬回收率分别提高1~2%、5~10%和20%以上镍铁电耗降低270kWh/t以上。镍铁渣资源化利用新技术，用于制备镁橄榄石型复相耐火材料，将烧成温度由传统方法的1500~1550°C降低至1350°C,大幅度降低了生产成本，工业生产获得性能优于MS-65等商业制品的产品；将镍铁渣制成微粉生产绿色高性能混凝土，实现冶炼渣的大宗化利用。上述新技术的成功应用，全面提升了广青科技镍铁生产的技术水平，取得了巨大的经济、社会和环境效益。应用情况本项目开发的还原熔炼渣系调控新技术于2018年1月起在宝武集团宝钢德盛不锈钢某某2座25500kVA电炉开始全面工业应用，经调试正常后，吨镍铁生产电耗平均降低400kWh以上，并实现了不锈钢酸洗污泥在电炉法工艺中的资源化利用,2018年4月~12月已处理不锈钢酸洗污泥4058.37吨，经济和环境效益十分显著。主要知识产权和标准规X等目录知识产知识产权国家授权号知识产知识产权国家授权号授权证书编权利人权（标（标准）具（地（标准（标号（标准（标准准）类体名称区）编号）准发批准发起草单发明人（标准起草发明专利（标人）准）有效别布）日期布部门）位）状态发明专利一种由红土镍矿■接制取镍铁合金粉的工艺中国ZL2.42011-0427767212李光辉，姜寿,X晓慧，李骞，饶月军，郭宇峰，X元波，等专利权有效中南大学发明专利一种用于虽化红土镍矿还原分选的添］加剂中国ZL4.X2010-0609637909李光辉，姜寿,X晓慧，李骞，饶月军，X元波，郭宇峰，白国华,X牡丹，陈许玲/许斌，杨永斌/袁礼顺，等专利权有效中南大学发明专利一种提高红土镍矿碳热还原选择性的方去中国ZL7.X2016-08312223613李光辉，姜寿，罗骏，饶月军，X元波，等专利权有效中南大学发明专利-种红土镍矿制备镍失的工艺中国ZL9.02016-04172050383李光辉，罗骏,饶明军，X元波,李骞/姜涛/等专利权有效中南大学

发明专一种红土镍中国ZL5.92016201228(-1^—1— 1李光辉，姜寿,饶专利权中南大利矿的烧结配-04-2学明军，罗骏，X元有效矿方去06波,X晓慧，等发明专一种从红土中国ZL6.92016223237中南大李光辉，姜寿,饶专利权利矿中富集各-09-6学明军，罗骏，X元有效的方去07波，等发明专采用回转窑专利权利直接还原2018宝钢德李想，胡志青,蒋有效285394RKEF联合中国ZL4.3-03-5盛不锈兴元，胡元生,董法生产镍失23乍钢某杲某某的方去实用新可用于测量中国ZL4.32017633549某某广陈彦虎/梁国燊/专利权型专利渣线高度的-07-4青金属何丛I珍,X光勇,有效自动升降装28科技某程学韦置某FacileACS10.1021中南大古佛全,彭志韦,RouteforSustai2018/acssus学，某X元波，唐慧敏，其他有论文Preparing中国nable-02-cheme某广青叶雷,田伟光，梁效的知RefractoryfChem.02ng.7b0金属科国燊，饶明军,李识产权MaterialsEng.4336光辉，姜寿

fromFerronickelSlagwithAdditionofMagnesia2018,6(4),48804889Chromium: AACSDouble-ESustaidgednable10.1021中南大彭志韦，古佛全，SwordinChem.2018/acssus学，某X元波，唐慧敏，其他有Preparatio)Eng.论文中国-06-cheme某广青叶雷,田伟光，梁效的知n of2018,25ng.8b0金属科国燊，饶明军,李识产权Refractoryf6(8),1882■技某某光辉，姜寿Materials10536from-1054Ferronicke4lSlag1、 姜涛、所长、教授、中南大学、中南大学、项目总负责人，负责研究方案的制定、组织实施。对创新点1、2、3做出贡献：提出了红土镍矿选择性固态还原-磁选直接制备镍铁的技术思想和熔炼渣系优化调控技术方案指导制定镍铁渣制备镁橄榄石型耐火材料的研究方案。2、 李光辉、系主任、教授、中南大学、中南大学、项目主要负责人，负责组织实施和推广应用。对创新点1、2、3做出贡献：构建了红土镍矿选择性固态还原-磁选直接制备镍铁新工艺流程和红土镍矿还原熔炼新渣型设计出镍铁渣制备镁橄榄石型复相耐火材料组分。主要完成人情况3、 胡志清、厂长、高级工程师、宝钢德盛不锈钢某某、宝钢德盛不锈钢某某、对创新点2做出贡献：负责渣系优化调控技术在宝钢德盛公司的实施，合作研发不锈钢污泥的资源化利用技术。主要完成人情况4、 田伟光、副总工程师、工程师、某某广青金属科技某某、某某广青金属科技某某、对创新点2、3做出贡献：负责红土镍矿还原熔炼渣系优化调控技术和镍铁渣增值利用技术在某某广青金属科技某某的工业实施。5、 饶明军、无、副教授、中南大学、中南大学、对创新点1做出贡献：开发出温度和添加剂协同调控的镍铁晶粒快速生长技术。6、 罗骏、无、无、中南大学、中南大学、对创新点2做出贡献：查明了各种组分对冶炼温度、金属回收率的影响，开发了以控制FeO为中心、以调节四元碱度为主要手段的渣系优化调控技术。7、 彭志伟、无、副教授、中南大学、中南大学、对创新点3做出贡献：揭示

了氧化镁提高镁橄榄石型复相耐火材料耐火度和降低烧结温度的机制。&何丛珍、总经理、/、某某广青金属科技某某、某某广青金属科技某某、负责红土镍矿还原熔炼渣系优化调控技术在某某广青金属科技某某的应用。1项实用新型专利的主要发明人。9、 X元波、系副主任、教授、中南大学、中南大学、开发出保证镁橄榄石耐火材料强度及耐火度的镁砂添加剂调控技术。10、 梁国燊、厂长、讲师、某某广青金属科技某某、某某广青金属科技某某、开发调控烧成坯体膨胀的原料级配技术，协助组织渣系优化调控技术在某某广青金属科技某某的实施。主要完成单位及创新推广贡献1、 中南大学：3项关键技术的第1完成单位。建立了镍、铁氧化物选择性还原热力学和动力学基础，开发出红土镍矿选择性还原和镍铁晶粒快速生长新技术，首创了具有自主知识产权的低品位红土镍矿低温固态还原-磁选制备镍铁新工艺，与印尼SILO合作建厂实施；揭示了钙、镁、硅、铝和亚铁等主要造渣组分对红土镍矿高温熔炼性能的影响规律，构建了以透辉石取代顽火辉石、以透辉石和镁铁橄榄石为主要物相的低熔点新渣型，开发出以控制FeO主要完成单位及创新推广贡献2、 某某广青金属科技某某：与中南大学合作，共同开发以控制FeO含量为中心、以调控四元碱度为主要手段的炉渣优化调控技术和镍铁渣增值利用新方法，组织开展新技术在广青科技公司电炉冶炼工业试

验，取得成功后组织推广，实现了新技术在广青科技公司 4座33000kVA电炉的全面应用。3、宝钢德盛不锈钢某某：与中南大学签订技术贸易协议后应用渣系调控优化技术，实现炉渣优化调控技术在2座电炉的应用，并实现了不锈钢污泥在RKEF工艺中的资源化利用。本项目完成人姜涛（第1完成人）、李光辉（第2完成人）、饶明军（第5完成人）、罗骏（第6完成人）、彭志伟（第7完成人）与X元波（第9完成人）为中南大学资源加工与生物工程学院同一课题组团队成员，合作关系稳定。自2006年起，依托校企海外合作项目（“印尼含镍钻褐铁矿