第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
在全球鎳礦資源日漸缺乏的形勢(shì)下，一項(xiàng)突破低品位氧化鎳礦綜合開(kāi)發(fā)利用技術(shù)瓶頸的專利問(wèn)世，即浙江華光冶煉集團(tuán)有限公司所發(fā)布的“氧化鎳礦經(jīng)高爐冶煉鎳鐵新工藝”。該公司已經(jīng)正式拿到了高爐火法冶煉鎳鐵的專利技術(shù)，用此技術(shù)冶煉紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵的含鎳量最高可接近8.5%至9%，含磷量低于0.035%。金屬鎳是不銹鋼產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)原料。
近年來(lái)，全球不銹鋼市場(chǎng)需求旺盛，全球鎳價(jià)持續(xù)高漲，2007年以來(lái)，期鎳價(jià)格已上揚(yáng)逾40%。目前全球鎳資源主要有兩種，一種是資源品質(zhì)好、工藝技術(shù)成熟的硫化鎳礦，比如我國(guó)的金川鎳礦。但由于長(zhǎng)期開(kāi)采，這類鎳礦在全球范圍內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)資源危機(jī)。另一種是俗稱紅土鎳礦的低品位氧化鎳礦，由于受到冶煉技術(shù)限制而長(zhǎng)期處于被遺忘的角落，70%未得到開(kāi)發(fā)利用。我國(guó)《有色金屬工業(yè)中長(zhǎng)期科技發(fā)展 規(guī)劃 （2006—2020年）（征求意見(jiàn)稿）》明確將氧化鎳礦開(kāi)發(fā)利用列為重點(diǎn)項(xiàng)目。
針對(duì)我國(guó)氧化鎳礦開(kāi)發(fā)狀況，我國(guó)已經(jīng)發(fā)明出一種不含結(jié)晶水的氧化鎳礦經(jīng)高爐冶煉鎳鐵工藝，其特征在于：所述高爐冶煉工藝主要包括如下步驟：將原礦破碎篩分，其中粒徑10～60mm的原礦塊為高爐冶煉原料，粒徑小于10mm的礦粉與焦粉、生石灰/石灰石混合配料進(jìn)行燒結(jié)，得到燒結(jié)礦塊；將燒結(jié)礦塊破碎篩分，粒徑粒徑10～50mm的燒結(jié)礦塊為高爐冶煉原料，粒徑小于10mm的礦粉重新燒結(jié)將燒結(jié)礦塊、原礦塊、焦炭、石灰石/生石灰、白云石和螢石混配進(jìn)行高爐冶煉得到鎳鐵，其中，下列添加劑與燒結(jié)礦重量比為：螢石0.3～8％白云石0～8％石灰石/生石灰4～35％。
第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程
目前世界上氧化鎳礦的處理工藝歸納起來(lái)大致有三種，即火法工藝、濕法工藝和火濕法結(jié)合工藝?；鸱üに囘€可以按其產(chǎn)出的產(chǎn)品不同分為還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵的工藝和還原硫化熔煉生產(chǎn)鎳锍的工藝；濕法工藝可以按其浸出溶液的不同分為氨浸工藝和酸浸工藝；火濕法結(jié)合工藝是指氧化鎳礦經(jīng)還原焙燒后采用選礦方法選出有用產(chǎn)品的工藝。
1、火法工藝
1）還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵
火法處理工藝中世界上用得最多的是還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵。目前，至少有14家工廠使用還原熔煉法處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵。鎳鐵年產(chǎn)量(含鎳計(jì))在25萬(wàn)噸左右，大都采用電爐熔煉，采用鼓風(fēng)爐熔煉的只有幾個(gè)規(guī)模較小的工廠。
電爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵的工藝則適合處理各種類型的氧化鎳礦，生產(chǎn)規(guī)模則可依據(jù)原料的供應(yīng)情況、礦石的貯量等決定，可大可小，對(duì)入爐爐料的粒度也沒(méi)有嚴(yán)格的要求，粉料以及較大塊料都可直接處理。電爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵的唯一缺點(diǎn)就是能耗大。
鼓風(fēng)爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵其優(yōu)點(diǎn)是投資小、能耗較低，適合生產(chǎn)規(guī)模小、電力供應(yīng)困難以及氧化鎳礦含鎳低的地區(qū)。它的缺點(diǎn)是對(duì)礦石適應(yīng)性差、對(duì)鎂含量有較嚴(yán)格的要求，另外也不能處理粉礦、對(duì)入爐爐料也有嚴(yán)格要求。
2）還原硫化熔煉生產(chǎn)鎳锍
還原硫化熔煉處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳锍的工藝最早用來(lái)處理氧化鎳礦，早在上世紀(jì)二三十年代就得到了應(yīng)用，當(dāng)時(shí)采用的都是鼓風(fēng)爐熔煉。該工藝與鼓風(fēng)爐還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵的工藝存在相同的缺點(diǎn)。上世紀(jì)70年代以后建設(shè)的大型工廠均采用了電爐熔煉的技術(shù)處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳锍。
還原硫化熔煉的硫化劑可供選擇的有黃鐵礦、石膏、硫磺和含硫的鎳原料。采用硫磺作硫化劑的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易行，而且對(duì)熔煉過(guò)程不產(chǎn)生負(fù)面影響(即不影響渣成分、不影響處理能力、不增加電耗)，但它價(jià)格較貴，硫的有效利用率不高，而且要有一套硫磺熔化和輸送噴灑的設(shè)施。采用還原硫化熔煉處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳锍的工藝，其產(chǎn)品高鎳锍具有很大的靈活性:經(jīng)焙燒脫硫后的氧化鎳可直接還原熔煉生產(chǎn)用于不銹鋼工業(yè)的通用鎳;也可以作為常壓羰基法精煉鎳的原料生產(chǎn)鎳丸和鎳粉;由于高鎳锍中不含銅，還可以直接鑄成陽(yáng)極板送硫化鎳電解精煉的工廠生產(chǎn)陰極鎳?？傊?，可以進(jìn)一步處理，生產(chǎn)各種形式的鎳產(chǎn)品，并可以回收其中的鈷。
2、濕法工藝
氨浸法處理氧化鎳礦，其產(chǎn)品可以是鎳鹽、氨浸法處理工藝不適合處理含銅和含鈷高的氧化鎳礦以及硅鎂鎳燒結(jié)鎳、鎳粉、鎳塊等。型(新喀里多尼亞)的氧化鎳礦，只適合于處理表層的紅土礦，這就極大地限制了氨浸工藝的發(fā)展。此外，氨浸工藝鎳鈷回收率偏低，全流程鎳回收率僅為75～80％，鈷約為40～50%。（2）酸浸法。
在250～270℃，4～5MPa的高溫高壓條件下，用稀硫酸將鎳、鈷等有價(jià)金屬和鐵、鋁礦物一起溶解，在隨后的反應(yīng)中，控制一定的pH值等條件，使鐵、鋁和硅等雜質(zhì)元素水解進(jìn)入渣中，鎳、鈷選擇性進(jìn)入溶液，從溶液中采用溶劑萃取、硫化沉淀等技術(shù)回收。
酸浸工藝適合于處理低鎂含量的氧化鎳礦，礦石中鎂含量過(guò)高會(huì)增加酸的消耗，提高操作成本，對(duì)工藝過(guò)程也會(huì)帶來(lái)影響。如果礦石中的鈷含量高，更適合采用酸浸工藝，不僅鈷的浸出率比氨浸工藝高，而且由于鉆的價(jià)值比鎳高，使酸浸工藝的單位生產(chǎn)成本大幅度降低。
3、火濕法結(jié)合工藝
主要工藝過(guò)程為:原礦磨細(xì)與粉煤混合制團(tuán)，團(tuán)礦經(jīng)干燥和高溫還原焙燒，焙燒礦團(tuán)再磨細(xì)，礦漿進(jìn)行選礦(重選和磁選)分離得到鎳鐵合金產(chǎn)品。該工藝的最大特點(diǎn)是生產(chǎn)成本低，能耗中的85%能源由煤提供，噸礦耗煤160-180kg。而火法工藝電爐熔煉的能耗80%以上由電能提供，噸礦電耗560-600kWh，兩者能耗成本差價(jià)很大，按照目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的價(jià)值計(jì)算，兩者價(jià)格相差3-4倍。該工藝的技術(shù)關(guān)鍵是還原焙燒過(guò)程的溫度控粉煤與礦石混合和制等。從節(jié)能、低成本和綜合利用(處理低品位氧化鎳礦)鎳資源的角度出發(fā)，這一工藝是值得進(jìn)一步 研究 和推廣的。
第三節(jié) 國(guó)內(nèi)外技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì) 分析
1、國(guó)外技術(shù)現(xiàn)狀 分析
國(guó)際鎳公司(INCO)所屬的印度尼西亞、新喀里多尼亞的工廠均采用硫磺作硫化劑。將硫磺熔化后有控制地噴灑在回轉(zhuǎn)窯焙燒出來(lái)的尚處于一定溫度下的焙砂上，使鐵、鎳轉(zhuǎn)化為硫化物，而后送入電爐熔煉生產(chǎn)低鎳锍。其硫磺的來(lái)源是火山口的天然硫磺，其價(jià)格較低。
到目前為止，世界上只有四家工廠采用氨浸法處理氧化鎳礦，而且都是在上世紀(jì)70年代以前建設(shè)的，三十多年來(lái)沒(méi)有一家新建工廠采用氨浸工藝。
火法-濕法相結(jié)合的工藝處理氧化鎳的工廠，目前世界上只有日本冶金(NipponYakim)公司的大江山冶煉廠(OyamaSmelter)。但是該工藝存在的問(wèn)題還比較多，大江山冶煉廠雖經(jīng)多次改進(jìn)，工藝技術(shù)仍不夠穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)幾十年其生產(chǎn)規(guī)模仍停留在年產(chǎn)鎳1萬(wàn)t左右。
2、國(guó)內(nèi)外技術(shù)趨勢(shì) 分析
火法工藝處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金具有流程短、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但能耗較高，其操作成本中的最大構(gòu)成項(xiàng)是能源消耗，如采用電爐熔煉，僅電耗就約占操作成本的50%，再加上氧化鎳礦熔煉前的干燥、焙燒預(yù)處理工藝的燃料消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65%以上，用火法工藝處理中低品位的鎳紅土礦由于冶煉礦石量大能耗高，冶煉成本較高，所以目前火法工藝主要處理高品位的鎳紅土礦。目前處理中低品位鎳紅土礦的主要方法是濕法工藝，雖然成本上比火法低，但濕法處理氧化鎳礦工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)、工藝條件對(duì)設(shè)備要求高。
綜上所述，解決火法工藝能耗高的難題以及開(kāi)發(fā)新的濕法工藝處理中低品位鎳紅土礦將是今后鎳鐵冶煉的發(fā)展方向。
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