镍铁冶炼工艺

镍铁冶炼工艺1.1

高镍合金工艺选择

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。由于风化淋滤,矿床一般形成几层,顶部是一层崩积层(铁帽),含镍较低;中间层是褐铁矿层,含铁多、硅镁少,镍低、钴较高,一般采用湿法工艺回收金属;底层是混有脉石的腐植土层(包括硅镁性镍矿),含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低,一般采用火法工艺处理。

(1)湿法工艺流程

较成熟的湿法工艺流程有:Caron

流程和

HPAL

流程(HighPressure

Acid

Leach)。

Caron流程处理褐铁矿或褐铁矿和腐植土的混合矿,矿石先干燥,再还原,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。干燥、焙烧、还原等火法工艺,消耗能量大;回收金属采用湿法工艺,消耗多种化学试剂;镍和钴的回收率比火法流程和

HPAL

流程低。

HPAL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170℃~245℃,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硫化物或氢氧化物。HPAL

流程处理的红土矿要求含Al低、含Mg低,通常含Mg<4%,含Mg越高,耗酸越高。

(2)火法工艺流程

红土矿储镍量约占镍总储量的70%,到2003年,红土矿产镍量占镍总产量的42%。红土矿产镍量的70%是采用火法工艺流程回收的。火法工艺处理红土矿的工艺流程有传统的

RKEF

流程(回转窑—矿热炉工艺)、多米尼加鹰桥竖炉—矿热炉法、日本大江山回转窑直接还原法等。

多米尼加鹰桥竖炉—矿热炉工艺流程包括将红土矿干燥脱水、制团、竖炉焙烧部分还原焙烧团矿、矿热炉熔炼生产粗镍铁、粗镍铁在钢包炉中精炼等工序。

日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁,是唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的火法工艺。该流程分为三个步骤:(1)物料预处理:磨矿、混合与制团,以提高回转窑操作效果;(2)冶炼工艺:回转窑焙烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集;(3)分离处理:回转窑产出的熟料采用重选与磁选分离出镍铁合金。

RKEF

流程是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种工艺流程,该工艺主要分为以下几个工序:

干燥:采用回转干燥窑,主要脱出矿石中的部分自由水。

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。

矿热炉熔炼:还原金属镍和部分铁,将渣和镍铁分开,生产粗镍铁。

精炼:一般采用钢包精炼,脱出粗镍铁中的杂质如:硫、磷等。

通过分析,我们认为设计应当采用工艺成熟、技术可靠、有成功生产经验的工艺。RKEF

工艺非常适合本项目红土镍矿的性质,因此,本项目可采用RKEF流程生产镍铁。即干燥一焙烧/预还原一矿热炉熔炼的工艺流程,暂不考虑精炼工序。1.2

产品品种

采用低品位红土矿生产含镍高的镍铁,需要除去大量杂质,不仅原材料消耗多,而且也降低镍的回收率,十分不经济。如果生产的镍铁含镍很低,产品的使用范围受限制,影响产品的销售,综合技术、经济和市场各种因素,设计选择镍铁含镍为10%。粗镍铁成分见表3-1。

表3-1

镍铁成分(Wt%)

成份

Ni

Fe

Co

C

Cr

Si

S

P

%

10.00

87.35

0.29

0.30

0.55

0.60

0.07

0.0351.3生产规模

生产规模为建设3座33MVA矿热矿热炉,年产镍铁合金(镍含量10%)18万t/a。

车间年生产天数

330d/a,矿热炉年生产天数

330d/a。1.4

主要原辅材料和技术条件1.4.1

红土矿

红土矿(氧化镍矿石)是生产镍铁合金的主要原料,主要是由铁、镍、硅等含水氧化物组成的疏松粘土状矿石,由于铁的氧化,矿石呈红土状。红土矿一般含有

20~40%的水分,需要在干燥、还原焙烧阶段将水分去除,这个过程是在干燥窑和回转窑中进行的,矿石在料场风干后加入干燥窑,然后破碎并加入炭素还原剂加入到回转窑。矿石被焙烧脱水和还原后在保温状态送矿热炉车间。

本厂处理的红土矿石含结晶水10%时,平均品位1.6%,矿石的成分见表3—2。矿石中Fe/Ni=9.625SiO2/MgO=1.96。矿石含水40%,其中结晶水为~10%,外表水为~30%.年处理红土矿约189万t/a。

表3—2

红

土

矿

成

分

成份

Ni

Fe

Co

MgO

SiO2

Cr

Al

Mn

Ca

H2O结晶

%

1.61

15.7

0.04

16.4

42.0

0.96

2.85

0.25

1.64

10.01.4.2

燃煤

镍铁冶炼厂矿石干燥、焙烧用煤粉作燃料,煤粉用褐煤生产,冶炼厂褐煤需求量为14.4万t/a(干基)。燃煤在印尼当地采购。

总体来说,印度尼西亚的煤炭质量不错,热值在4000~7500kcal/kg之间。尤其灰及硫的含量较低,平均含硫量在1%以下,含灰量在1~9%之间,挥发份在38~43%之间。1.4.3

无烟煤

焙烧回转窑还原剂用无烟煤,无烟煤从中国进口,由中国海运到厂。需求量约为

8.1

万

t/a(干基)。炭质还原剂入炉技术条件见表

3-3。

表3-3

炭质还原剂技术条件

物料名称固定炭灰分挥发分PSH20粒度mm无烟煤61.3617.67.040.0150.7012.05～301.4.4石灰石灰年用量7.2万t/a。其主要技术指标见表3-4。表3-4石灰技术条件物料名称：石灰化学成分CaOSiO2PS粒度mm%90.30.720.0080.015≤601.4.5柴油柴油：柴油作为辅助燃料，主要用于干燥窑、焙烧回转窑、电炉的开炉以及烘烤铁包。柴油消耗量较小且不稳定，年需求量约为80吨。1.4.5电极糊电极糊需要量4500t/a。主要从河北等地购买。按YB/T5215-96标准执行。电极糊入炉尺寸50～150mm。具体电极糊理化性要求见表3-5。表3-5电极糊理化性能指标项目牌号灰分%挥发分%抗压强度MPa电阻率μΩm体积密度g/cm314.012.0～15.5≥18≤65≥1.3826.012.0～15.5≥17≤75≥1.381.5生产工艺简述矿热炉熔炼采用圆形矿热炉熔炼焙砂。矿热炉变压器容量为33MVA,采用3台11MVA单相变压器向矿热炉供电。矿热炉需要的焙砂由焙烧回转窑直接热装入焙砂保温仓,焙砂保温仓布置再矿热炉顶上方，再通过加料管加入矿热炉。焙砂保温仓设一个大仓，2个小仓，每个加料仓下设有若干加料管，矿热炉共设有18个加料管，采用阀门控制加料。加料仓设有盖板，防止热损失和烟尘损失。矿热炉采用交流矿热炉熔炼，操作采用高电压、低电流模式。焙砂在矿热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10%的镍铁。还原过程产生大量的矿热炉高温烟气，经烟道输送供回转式干燥窑干燥红土矿用，以节约部分煤粉。每座矿热炉设2个出镍口，熔融金属通过矿热炉2个出镍口中的1个出镍口定期放入铁包内，铁包由铁包车运到浇铸厂房铸锭机浇铸面包镍铁。金属出镍口和出渣口采用泥炮和挡渣器堵上。每座矿热炉设2个出渣口，炉渣通过矿热炉2个出渣口中的1个出渣口半连续地排出，放渣温度约为1580℃（过热50℃）。炉渣通过溜槽流入水碎渣系统。炉渣采用传统水碎系统，渣经过水碎渣池的高压水喷射，液态渣变成颗粒，冲入水碎池中，粒渣由抓斗起重机抓出后就地滤水堆存，再由汽车外运厂外，卖给签约用户。水碎渣的水经过澄清、冷却后，用水泵加压后再用于渣水碎。工艺流程图见图2-1。图2—1镍铁合金生产工艺流程镍铁水

不锈钢冶炼车间

1.6主要设备选择1.6.1电炉设备⑴电炉炉形选择交流电炉炉形一般有圆形和长方形，圆形电炉采用3根电极，3根电极圆周布置。小长方形电炉采用3根电极，大长方形电炉采用6根电极，方型电炉电极直线布置。圆形电炉电极至炉墙的距离均等，热负荷均匀分布，炉体热膨胀均匀。长方形电炉与圆形电炉相比有以下优点：长方形电炉加料仓和加料管的布置和焙砂自动上料系统要比圆形电炉易于配置。长方形电炉的缺点：电炉采用弹性结构，监视和操作量比圆形电炉大；长方形电炉比圆形电炉投资大。综合考虑，本项目电炉选择采用圆形电炉。⑵33000kVA镍铁电炉技术参数见表3—7。表3—733000kVA镍铁电炉主要技术参数序号参数名称主要技术参数单位备注1矿热炉炉型内燃固定式2额定功率33000kVA11000kVA×3（单相）3变压器一次侧电压110kV4二次侧电压250V-490V恒电流490V-950V恒功率5电极直径φ1300mmmm6电极行程1500mm7极心圆直径φ4300mm8炉壳直径（内）φ17500mm9炉壳高度6500mm10出铁口个数2个10出渣口个数2个

⑶电极升降、压放、把持系统电极升极采用液压缸升降方式。把持器采用压力环式，能保证每块铜瓦与电极都接触良好。压放装置采用液压抱闸和压放缸组成。1.6.2铸锭机设计选用链轮中心斜长为35m，双链滚轮移动式铸锭机，用于镍铁合金的产品成型生产。2座33MVA电炉配2台铸锭机，单台铸锭机最大生产能力65t/h。铸锭机技术性能见表2－8。表2－8铸锭机技术性能表（需订正）序号项目单位技术规格备注1铸锭机的型式：双链滚轮移动式2台2铸锭机链轮中心斜长m353铸锭机倾角°7.54运行速度m/min3-185铸铁模间距mm2506链带节距mm5007铸铁模腔数4Z=108链轮节圆直径Φ1618mm9减速器（两台）型号ZS12510电动机（两台）转速r/min980型号YVP200L2-6功率KW22转速rpm98012喷浆泵2台型号ZPNL-11流量M3/h6013搅拌机（一台）型号:XLD5-59功率KW4514冷却水泵IS150-125-400A功率KW2.2

1.7工艺特点及装备水平冶炼工艺采用成熟、可靠的工艺技术，炉体设备设计采纳和吸收国内外许多成熟可靠的先进技术和装备。为提高劳动生产率，上料系统采用机械化控制，配料准确可靠达到精料入炉并减轻工人劳动强度。采用内燃式炉型，改善工人操作环境，为烟气净化除尘和余热利用创造较好条件。短网采用水冷铜管，软母线采用水冷电缆。电极升降、压放和把持装置采用液压传动。1.8车间主要技术经济指标镍铁车间主要技术经济指标见表3—9。表3—9镍铁车间主要技术经济指标

序号名称指标备注单位数量1电炉座数座32电炉变压器额定容量MVA333产品品种镍铁4车间年产量t/a180000含Ni~10%5车间年工作日d3306电炉年工作日d3307劳动定员人13508主要原辅料消耗红土原矿（湿基）Kg/t10500平均品位1.6%褐煤800无烟煤450石灰400电极糊25电极壳2.55钢材10耐火材料189电耗约50kWh/t焙砂动力消耗kwh/t250冶炼电耗kwh/t370010电炉渣量万t/a97

序号12345678

镍铁车间主要技术经济指标

指标名称单位座MVA数量333镍铁t/add