红土矿资源特点和火法冶金工艺分析.pdf

年第期 总第 期 铁合金 一 红土矿资源特点和火法冶金工艺分析 张友平周渝生 李肇毅 宝钢研究院炼铁新技术研究所上海 李维国 中国 摘要随着硫化镍矿资源的日趋枯竭 , 红土矿将是未来镍的主要来源 。 针对目前我国的红土矿高炉法冶炼低镍生 铁 , 在分析红土矿特征基础上 , 讨论了高炉法冶炼低镍生铁的工艺特点和存在问题 , 为红土矿在我国的合理利用提 供参考 。 关键词红土矿资源特点火法冶金镍铁合金 中图分类号“文献标识码文章编号 一一一 即 。 , 月 ,, 罗 山 , 姗 , 花 以洲」 石 ,,, 月舀 镍主要用于不锈钢 、 高温合金 、 电镀和化工等行 业 , 因此 , 镍在国民经济发展中具有极其重要的地 位 。 全球约的镍用于生产不锈钢 , 镍原料的成本 占奥氏体不锈钢生产成本的左右 。 年 , 我国不锈钢粗钢产量达到万 , 居 世界首位 , 形成了年产不锈钢万的能力 , 同 时也成为世界最大的镍消费国 。 随着我国不锈钢产 能的逐步释放 , 对镍的需求将不断增加 , 但我国有限 的镍资源主要为硫化镍矿 , 镍产能的增加受到许多 限制 。 目前 , 全球已经探明的镍储量约为亿 , 其 中硫化矿约占 , 红土镍矿约占 。 由于硫化 镍矿成熟的提取工艺 , 现约镍产量来源于硫化 镍矿 。 红土矿虽然储量很大 , 但由于技术和经济等原 因 , 许多红土矿并没有得到大规模开发因此 , 从长 远来看 , 红土矿将是未来镍的主要来源‘ ’ 一 ,’ 。 目前 , 品 位高 、 开采条件好的硫化镍矿资源渐趋紧张乃至枯 竭 , 红土矿的开发利用有加快之势 。 在目前世界镍价暴涨情况下 , 我国出现了许多 以红土矿为原料 , 在高炉内生产低镍生铁的企业 , 并有不断蔓延的趋势 , 本文在对红土矿资源特征分 析基础上 , 着重讨论该工艺的技术特点和相应措 施 , 为红土矿在我国的有效合理利用提供参考 。 红土矿的资源分布和特点【 一‘’ 镍在地壳中平均含量为 , 但可开采的矿 床并不多 。 目前开采的有硫化矿和氧化矿 , 这种镍 矿的不同特点见表 。 红土矿含镍低且组成比硫化镍矿复杂得多 , 研 作者简介 收稿日期 张友平男 , 年月出生 , 年获钢铁研究总院博士学位 , 现在宝钢研究院从事博士后研究工作 , 主要研究 熔融还原和直接还原 。 一一 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期张友平等 红土矿资源特点和火法冶金工艺分析 表硫化镍矿和氧化镍矿的特点 】万石 镍矿种类硫化镍矿 地理位置绝大多数处于南北回归线以外高纬度地区 矿石品位 一 , 采用浮选方法很容易提高精矿品位 矿石成分伴有黄铜矿和不同数量的 。 与贵金属 采矿条件大多埋藏地下 , 采矿成本高 冶炼产品电解镍 , 同时回收 、 。 和贵金属 冶炼能耗能耗较低 氧化镍矿 绝大多数处于赤道线南北以内地区 一 , 一般选矿方法很难富集 , 只能直接处理 成分单一 , 一般不含铜和贵金属 , 但含少量 。 和 露天开采 , 采矿成本低 , 因地势偏僻 , 可利用设施少 , 投资较高 主要为镍铁 , 很少有副产品 能耗较高 , 为硫化矿的 一 倍 究表明 , 通过传统的选矿工艺进行富集难以获得精 矿而且镍的收率很低 。 同时由于含镍太低也难以直 接用简单的冶金工艺富集 。 红土矿冶金的一系列困 难 , 是由红土矿的如下特点决定的 红土矿成分 红土矿中不仅镍等有用元素含量波动大 , 而且脉 石成分如仪 、、、 岛和水分波动也很大 , 典型红土矿的成分以铁含量由低到高为序见表 。 表典型红土镍矿成分 矿石类型 新喀里多尼亚 印尼红土矿 国际镍公司 菲律宾 一 高铁 元江红土矿 菲律宾 普列尼亚斯矿 毛阿弯矿 阿尔巴尼亚矿 巧 同一矿床的影响 即使是在同一个矿床 , 红土矿成分 , 。, 和等也随不同矿层的深度而不断变化 。 红土矿中储量对工艺的影响 由于有的红土矿中含含量超过 , 还原 熔炼时渣熔点高 , 需配加大量的熔剂和燃料 , 同时渣 量大 , 镍的损失也较大 。 火法冶金要求矿石含 较低为佳 。 含量变化的影响 由于红土矿 、 为 一 , 一般来说 , 含 铁高则脉石含量低 , 有利于火法还原熔炼 , 但得到生 铁产品镍的品位也低相反 , 对于低铁红土矿经还原 熔炼可得到含镍高的镍铁合金产品 , 但渣量大 , 能耗 高 。 湿法高压酸浸工艺 采用湿法高压酸浸工艺处理红土矿 , 部分脉石 和大部分铁将进人浸出液 , 硫酸消耗量大 , 成本高 , 工业上并没有广泛应用 。 还原后氨浸工艺 采用还原后氨浸工艺处理红土矿 , 虽然脉石不 能进入浸出液 , 但浸出前的还原处理难 , 主要是还原 气氛不易控制 , 从而影响镍的浸出率由于技术经济 等原因 , 工业上也没有广泛应用 。 因此 , 由于红土矿成分复杂 , 不同企业对红土矿 的提取冶金也各有特点 , 必须根据特定的原料条件 , 并结合产品特征对其工艺进行综合经济性评估 。 红土矿的主要冶金工艺流程【 一 目前世界范围内约的镍产量来 自于红土 矿 , 主要是采用火法工艺 , 最终产品为镍铁合金 。 红 土矿处理的主要流程见图 。 高炉生产含镍生铁最早 出现 的是利用红 土 矿 方法 , 年在新喀里多尼亚就进行过氧化镍 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 铁合金年 红土矿石 干干燥燥燥还原焙烧烧 烧烧结结结结结结结结结还原焙烧烧烧氨浸浸浸中和 , 净化化 造造造造造造造硫熔炼炼炼炼炼炼炼炼 小小高大大户熔炼炼炼炼炼炼炼炼炼 硫硫硫硫硫硫硫硫硫硫硫化沉淀淀 蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸蒸 氨氨氨氨 含镍生铁 氯氯氯氯氯氯氯氯气浸出出 焙焙烧烧烧烧烧烧烧烧 还还原熔炼炼炼电解解 电电 解解 拳 碳酸镍 送精炼 商品 止 电解镍 电解镍 镍粉 镍块 焙焙烧烧烧酸溶溶溶酸法法 电电解解解氨化 , 氢还原原 氧化镍 图红土矿冶金工艺流程 飞 矿 的小高炉熔炼 , 由于处理富矿而获得含镍 一 的镍铁合金 , 后来在欧洲也曾采用过这个 方法 , 只是由于消耗大量焦炭 , 成本高而没有被 推广 。 红土矿的还原造梳熔炼 , 最初是在鼓风炉内进 行 , 同样由于能耗高而被淘汰 , 目前仍有一些企业在 电炉内进行红土矿的造梳熔炼 , 得到低冰镍 , 其后工 序与传统硫化镍矿处理工艺相同 。 由于红土矿含镍 较低 , 得到的低冰镍含镍量较低 , 同时造梳过程能耗 较高 , 使该工艺无法与硫化镍矿的传统处理流程进 行竞争 。 目前 , 处理红土矿的主要流程是回转窑 一 电炉 工艺 , 矿石在回转窑内经干燥预热到 ℃ 。 在预热 的热矿石中加人约的焦粉 , 然后将混合料放人 还原电炉中冶炼 。 得到的粗镍铁精炼后 , 得到含镍约 的铁合金 。 传统红土矿处理方法所需块矿要经 干燥和预热等过程 , 在还原电炉中冶炼电耗 矿 , 按红土矿含镍计算 , 生产金属 镍要处理红土矿 , 镍铁能耗高达 八约合 标准煤 。 红土矿的湿法冶金主要有加压酸浸和还原氨浸 种工艺 。 由于湿法冶金能够回收元素 , 因此在 处理低品位红土矿时具有一定的优势但由于工艺 技术的复杂性 , 工业应用并没有完全成熟 , 仍处于开 发和优化阶段 。 红土矿高炉法冶炼低镍生铁的工艺技术 分析 红土矿的主要物相有赤铁矿 、 磁铁矿 、 磁赤铁 矿 、 褐铁矿 、 石英和含镍蛇纹石等红土矿成分复杂 , 现以某一红土矿见表为例进行说明 。 表某红土矿的干基成分 灼从 , 烧损 高炉法工艺 红土矿高炉法生产低镍生铁的工艺与传统高炉 炼铁没有本质的区别 , 主要工序为 氧化镍矿的破碎筛分。配料烧结、烧结矿的配 料冶炼。低镍生铁 但由于红土矿的成分和物理特征与一般的铁矿 不同 , 红土矿的烧结配料和高炉冶炼配料具有自身 的特点 。 红土矿高炉冶炼的热力学分析 红土矿中有用元素 、 。、 和等都以氧化 物形式存在 , 在高炉冶炼条件下 , 各氧化物还原的难 易程度见图 。 由图可知 , 以碳作还原剂 , 红土矿中的镍和钻 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 第期张友平等红土矿资源特点和火法冶金工艺分析 一 一 言 一 工 此 , 在目前高镍价情况下 , 经济效益远高于冶炼普通 生铁 , 镍价疯涨使小高炉红土矿冶炼低镍生铁在我 国遍地开花 , 使落后污染淘汰的产能反弹 。 该工艺存在的主要问题如下 原料适应性差该工艺适用于高铁低镁红 土矿 , 当红土矿含镍 、 含铁时 , 可得到含 镍约的低镍生铁 。 如果用高镁低铁或高铝红土 矿 , 高炉渣量很大使炉况顺行难以保证 。 高炉法处理红土矿得到的生铁镍含量 低 , 一般不超过 , 在冶炼系列不锈钢时必须 要补充加人大量电解镍 。 高炉冶炼低镍生铁焦炭和熔剂用量很 大 , 使低镍生铁 、 含量高且难以控制 , 而生产不锈 钢的电炉和也无法脱 , 低镍生铁含 、 量成 为不锈钢厂应用的最大障碍 , 该工艺必须配备电炉 精炼设备降低 、 含量 , 而这使生产成本增加 。 由于红土矿原料供应渠道 、 红土矿成分和 生产工艺的不稳定性 , 高炉法生产低镍生铁成分波 动大 , 增加了不锈钢厂使用难度 。 已 一又︶勺门 温度℃ 一一 一一 一 二 一 一 图红土矿中各元素的还原 的氧化物很容易被还原开始还原温度约为 ℃ , 铬和锰的氧化物较难被还原开始还原温度分 别约为 ℃和℃ , 但在高炉冶炼条件下 , 、 。、 、 和等有用元素以及原燃料中的 几乎全部进人低镍铁水 。 高炉法冶炼低镍生铁的技术分析 根据红土矿高炉法冶炼的热力学分析 , 对于特 定的红土矿成分 , 就可估算出产品成分 。 对于表的 红土矿成分 , 根据高炉炼铁的经验 , 假定 、 、 的收得率分别为 , 铁水含为 , 其余元素 总量为 , 则可计算出的铁水的成分见表 。 结语 表低镍生铁的成分 即 初 其它 在高炉冶炼条件下 , 由于红土矿中有用元素总 量较低表中为 , 使冶炼的渣量很大 , 再加 上需要 配人熔剂调整炉渣成分 , 使渣量进一步增 加 。 若以上述红土矿为原料 , 以炉渣二元碱度为计 算 , 镍铁合金渣量为 , 冶炼焦比约为 。 由于红土矿含量变化较大 , 对于含铁量更高的红 土矿 , 焦比将减少 , 反之 , 焦比则将增加 。 红土矿高炉冶炼低镍生铁的特点 目前 , 国内小高炉法冶炼低镍生铁 , 均由冶炼生 铁的小高炉转产低镍生铁 , 可利用现有的高炉设备 , 只需稍加改变工艺 , 不存在设备投资及技术风险 。 因 作为世界最大的不锈钢生产国和消费国 , 我国 对镍的需求量不断增加 , 而镍产量的增加受到许多 限制 。 目前 , 品位高 、 开采条件好的硫化镍矿资源渐 趋紧张乃至枯竭 , 从长远来看 , 红土矿将是未来镍的 主要来源 。 红土矿的湿法冶金工艺并未完全成熟 , 火法工 艺回转窑一电炉法能耗很高 , 高炉法产品为低镍生 铁 , 所依托的高炉炼铁工艺和技术设备十分成熟 , 但 该工艺渣量大 , 工艺能耗高 , 环保差 , 并且在原料供 应保障和产品质量等方面还存在很多问题待解决和 优化 。 红土矿冶炼镍铁合金的工艺技术开发是我国 不锈钢产业发展面临的严峻挑战 。 参考文献 【张守卫 , 谢曙斌等镍的资源 、 生产及消费状况有色 金属 , 一 【李建华 , 程威 , 肖志海红土矿处理工艺综述湿法冶 金 , 一 【徐庆新译红土矿的过去和未来中国有色金属 , 一 下转页 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 铁合金年 等损失可减少 , 软化水成本为元耐 , 则每 年节约 , 元 , 万元 。 经统计 , 多年来台塔一直连续运行 , 并且 由于其中台塔需检修和故障处理 , 每年需要停运 一 天 , 按每天硅微粉产量 、 元八计 算 , 每年可挽回损失约 一 万元 。 结语 根据生产和设备实际状况 , 进行了冷却塔的改 造 , 改造后效果显著 。 每年至少可为企业创造 万 元的经济效益 。 提高了设备的利用率和生产效率 , 使 电炉变压器能够在较低温度下稳定运行 , 降低了运 行成本 , 为冶炼生产和设备运行创造了良好条件 。 上接页 【宗树森对贫氧化镍矿冶金的几点意见福州大学学 报 , 一 【肖振民世界红土型镍矿开发和高压酸浸技术应用 中国矿业 , 一 【莫叔迟 , 刘 占芬低氧化镍矿选择性还原生产炉料级 镍铁研究有色金属冶炼部分 一 邱竹贤有色金属冶金学北京冶金工业 出版社 , 蔡博 , 张士敏等红土矿液态还原钢铁研究总院内 部资料 , 任鸿九 , 王立川 有色金属提取冶金手册北京冶 金工业出版社 , 」重有色金属冶炼设计手册 , 北京冶金工业出版社 , 上接页 结语 经济与社会效益双赢 锰铁高炉 配 用冷球矿在工艺技术上是可行 的 , 在经济效益上是明显的 , 而且具有良好的环保 效应和社会效益 , 这已为铁合金厂的生产实践所 证实 。 鉴于冷球矿强度较差的状况 , 在日常操作和调 剂过程中应采取一些针对措施 , 坚持 “适量配用、 灵 活调剂 ”的原则, 以维持炉况的稳定顺行 。 建议 如果能够改进冷球矿制作工艺并加强养护以提 高其强度 , 在运输 、 贮存过程中免于受潮 , 必将会提 高其人炉成品率并产生显著的经济效益 。 日本硅铁 、锰硅价格超纪录 在担心中国锰硅欲上调关税的情况下 , 东京现货价格上周 来到历史最高位 。 近日 , 一位东京贸易商就以美元八的 价购买了中国锰硅 。另一位以此为副业的商人更是表 示 , 当前 , 想要在低于美元的价成交 , 几乎是不可 能的 。 还有一些中国业者已经停止供应 , 称 时下现货不足 。 与 此同时 , 锰硅的期货价达到美元 。 。统计数据显示 , 上周锰硅 日本现货价格达 一 美元八 , 创历史新 高 。 而此前一周 , 锰硅 日本价格为 一 美 。 一位 日本商人说 , 日本用鼓风炉冶炼钢铁的企业 , 他们为了保障 年第一季度的生产 , 需要从月起加紧对中国的采购 。在 相关谈判过程中 , 有相关业者谈到了中国政府可能最早于 年月提高锰硅的出口关税的问题当前关税为 。近 日 , 硅铁日本价格涨至 一 美元 , 此前一周 , 硅 铁 日本价格为 一 美元 。 中国硅铁出口关税还有 可能上调 , 目前执行的关税为巧 。 月份 , 一些日本电炉钢厂 就预期原材料价格将上涨 , 但大部分并没有及时储备补充 , 一 般钢铁业者由于看到本国房地产业萧条 , 而延迟了他们的原材 料购买计划 。 多数钢铁业者计划于月或稍早举行锰硅 、硅铁 投标采购 , 而铁合金价格却是一直走高的 。 一位总部设在东京 的钢铁公司采购部官员表示 “公司会依照计划, 在月举行 硅铁 、 锰硅的投标采购 , 目前并没有供应紧张 。 当价格走高时 , 我们也将依照市场价格照常采购 , 我们对此并不担心 。”一位 日 商表示 , 钢铁业者没有打算改变其于月对年第一季度 硅铁 、 锰硅谈判 。 如果有变化 , 我们期待将谈判期限滞后 , 以期 待中国有充足的货源 。 目前中国国内硅铁 、 锰硅价格还比较稳 定 。 有少数业者也准备购买乌克兰 、印度等国产品。 摘自铁合金经济技术信息 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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