紅土鎳礦氯化冶金技術(shù)基礎(chǔ)研究

《紅土鎳礦冶煉鎳鐵新技術(shù)：原理與應(yīng)用》對(duì)鎳資源及紅土鎳礦的開發(fā)利用進(jìn)行了綜述，詳細(xì)闡述了紅土鎳礦冶煉鎳鐵流程中的選擇性固態(tài)還原技術(shù)、熔煉渣系調(diào)控技術(shù)、軟熔性能調(diào)控技術(shù)、冶煉渣資源化利用技術(shù)的原理與工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用新進(jìn)展。

《紅土鎳礦冶煉鎳鐵新技術(shù)：原理與應(yīng)用》可供冶金工程、礦業(yè)工程、資源綜合利用等領(lǐng)域的科研、生產(chǎn)、管理人員閱讀參考。

用紅土鎳礦提取鎳金屬有三種主要工藝，即濕法冶煉（電解法），火法冶煉（電爐法），火法冶煉（高爐法）。

目前我國新設(shè)工業(yè)項(xiàng)目已實(shí)行環(huán)保評(píng)估一票否決制度，因此首先從環(huán)保與循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行比較：

紅土鎳礦冶煉工藝技術(shù)濕法冶煉

一般紅土鎳礦含Ni在0.8~3.0%之間，含Co在0.02~0.3%之間，濕法冶煉僅提取其中的Ni和Co，其余近97%部分包含含量較高的Fe（占總量的10~45%%）和少量的Cr全部作為固體廢棄物廢棄，需建專門場(chǎng)地堆集；濕法冶煉采用液態(tài)酸或氨作為Ni、Co的浸出劑，使用后除部分回收利用外，其余均以液態(tài)經(jīng)處理后排放江河或匯入廢液潭；濕法冶煉中還會(huì)產(chǎn)生大量的CO2氣體排放。由于生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體、液體、氣體廢棄物不能被循環(huán)利用，從而對(duì)環(huán)境造成極大危害，屬三廢全排放，因此，在我國沒有發(fā)展前途。

紅土鎳礦冶煉工藝技術(shù)火法冶煉

無論是電爐還是高爐，生產(chǎn)中產(chǎn)生的固體爐渣因已經(jīng)高溫煅燒，經(jīng)干燥研磨即成為低強(qiáng)度的水泥，是水泥生產(chǎn)廠家生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)水泥時(shí)最佳的填充劑，也是磚瓦廠生產(chǎn)磚瓦的優(yōu)質(zhì)原料，可100%得到循環(huán)使用；另外，高爐生產(chǎn)中使用的冷卻水，可建封閉冷卻水池循環(huán)使用；高爐沖渣水也可沉淀后循環(huán)使用。因此火法冶煉產(chǎn)生的固體、液體廢棄物幾乎全部得到循環(huán)回收利用，在三廢中徹底解決了二廢，因此是我國鎳金屬提煉工業(yè)發(fā)展的方向。但無論是電爐還是高爐，對(duì)生產(chǎn)中產(chǎn)生的CO2排放尚沒有徹底解決的辦法，國際上也沒有解決此難題的報(bào)導(dǎo)。由于紅土鎳礦與一般鐵礦相比硫含量較低，因此生產(chǎn)中SO2排放較一般生鐵冶煉大大減少，但火法冶煉中對(duì)煤氣的回收利用，對(duì)粉塵的回收利用則是重點(diǎn)。其中電爐占地面積小，較易處理；高爐則相對(duì)工程與投資量較大。我們應(yīng)密切結(jié)合我國的實(shí)際，加速研究、制定整套火法冶煉鎳鐵的符合環(huán)保生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)需要的設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)和工藝是當(dāng)務(wù)之急。

電爐冶煉

主要以電為主要能源。一般人都認(rèn)為電能清潔、方便，冶煉時(shí)不排放CO2，符合環(huán)保。我們應(yīng)了解，如果所用的電是核電、風(fēng)電、太陽能電，這觀點(diǎn)當(dāng)然不錯(cuò)。但事實(shí)是我國電爐冶煉絕大部分使用煤電，發(fā)電過程中產(chǎn)生大量CO2與廢氣，煤燃燒經(jīng)鍋爐將水變成高溫、高壓蒸汽以氣體能帶動(dòng)氣輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成機(jī)械能，汽輪機(jī)的機(jī)械能再帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)形成電能。能量的形式每轉(zhuǎn)換一次，效率就降低一次；加之電能遠(yuǎn)距離輸送的損耗，因此經(jīng)層層損耗，電能至用戶電爐時(shí)每消耗一度電發(fā)出的熱量遠(yuǎn)低于將發(fā)這一度電的煤炭直接投入高爐產(chǎn)生的熱量。因?yàn)橥度敫郀t的焦炭是直接燃燒不經(jīng)能量轉(zhuǎn)換而效率高。由于用電能和電爐冶煉同高爐相比必須達(dá)到同樣的溫度才能出鐵水，因此用電能與電爐冶煉耗電轉(zhuǎn)化為電煤的用量將高于用高爐用焦炭的用量，推而論之，用電能經(jīng)電爐冶煉排放CO2總量將超過高爐冶煉。其次，高爐冶煉時(shí)以焦炭為能源，而將煤煉成焦炭過程可從煤中提取幾百種化工原料，公認(rèn)是最經(jīng)濟(jì)合理綜合利用煤資源的有效途徑。最后，電力生產(chǎn)投資大，焦炭生產(chǎn)投入少。因此，高爐生產(chǎn)鎳鐵比電爐生產(chǎn)在能源消耗與環(huán)保上更勝一籌。

從不同工藝的產(chǎn)品質(zhì)量、價(jià)格與市場(chǎng)需求比較，濕法冶煉：能分別提煉出含量99.9%的鎳和鈷金屬，這是濕法冶煉最大的優(yōu)勢(shì)。其產(chǎn)品純鎳是電鍍、電池、化工催化設(shè)備與特種不銹鋼特鋼的主要原料；純鈷是耐高強(qiáng)、高溫、高耐磨特鋼的主要原料。

濕法冶煉在我國歷史比較長，占我國鎳金屬產(chǎn)量比例較高。但純鎳的年產(chǎn)量已遠(yuǎn)超過以上用途的年市場(chǎng)需求量。因此，目前相當(dāng)大部分被轉(zhuǎn)用于300系列含鎳不銹鋼的冶煉。這真是高射炮打蚊子，有大材小用之嫌。由于濕法冶煉生產(chǎn)工藝投資大，周期長，工藝復(fù)雜，成本較高而售價(jià)較高，使不銹鋼與特鋼生產(chǎn)企業(yè)對(duì)其是又愛又恨。愛其純度高，使用方便，產(chǎn)品質(zhì)量有保證；恨其價(jià)格太高，使產(chǎn)品成本上升盈利降低，減少市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，但這種狀態(tài)一時(shí)尚難以改變。

火法冶煉的電爐工藝：

能提煉出含鎳10~25%，含少量鈷與鉻的鎳鐵，可以代替純鎳成為冶煉300系列不銹鋼的鎳原料。因其以電作為主要熱能（一般需消耗7000~8000度電生產(chǎn)一噸鎳鐵），它不像高爐用焦炭作為熱源同時(shí)也把焦炭中的磷帶入產(chǎn)品中，因此電爐產(chǎn)的鎳鐵磷含量應(yīng)比高爐低，對(duì)縮短冶煉不銹鋼時(shí)間有利，因此廣受市場(chǎng)歡迎。但美中不足的是，我國電力供應(yīng)持續(xù)緊張，我國對(duì)高耗電行業(yè)管制很嚴(yán)，而且生產(chǎn)企業(yè)所在地區(qū)一旦用電緊張，首當(dāng)其沖是斷用電大戶電爐的電，使生產(chǎn)不正常。其次，電爐煉鎳鐵產(chǎn)量較低，單臺(tái)2.5萬KW的電爐，每年產(chǎn)含鎳14%的鎳鐵為2.5萬噸左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足近幾年我國不銹鋼產(chǎn)業(yè)井噴式發(fā)展對(duì)鎳金屬的大量需求；最后要說明，電爐冶煉含鎳15~25%，甚至更高含鎳量的鎳鐵并不是通過提高入爐鎳礦的鎳含量來實(shí)現(xiàn)，相反是通過減少鎳礦中鐵的還原來實(shí)現(xiàn)，這樣大量的未經(jīng)還原的氧化鐵以爐渣排出（有時(shí)爐渣中鐵的含量竟高達(dá)20%以上），爐渣又被運(yùn)到水泥廠做水泥或制磚廠做磚瓦。考慮到目前含鐵量65%的進(jìn)口鐵礦市場(chǎng)價(jià)已達(dá)到一千幾百元一噸，大量的含鐵爐渣去做水泥或磚瓦實(shí)在是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。

電爐工藝生產(chǎn)的鎳鐵銷售價(jià)以含鎳量計(jì)，在市場(chǎng)純鎳價(jià)基礎(chǔ)上打一定折扣，其余鐵、鈷、鉻奉送不計(jì)價(jià)，冶煉300系列不銹鋼相比用純鎳冶煉，每噸可下降成本3000~4000元。

火法冶煉高爐法：

能冶煉出含鎳1.5~10%并含少量鐵與鉻的鎳鐵，可以成為冶煉含鎳不銹鋼的基礎(chǔ)原料。由于礦價(jià)與海運(yùn)費(fèi)高和鎳鐵銷售僅以含鎳量計(jì)價(jià)的原因，除非客戶特別要求并給于升價(jià)，一般含鎳4%以下的鎳鐵已很少有廠家冶煉，市場(chǎng)上最受歡迎的是含鎳10%，含磷≤0.035%的鎳鐵，不銹鋼廠家只需要加入一定量鉻鐵即可冶煉成300系列的產(chǎn)品（低于鎳含量10%的鎳鐵去冶煉300系列不銹鋼還需加入一定量的純鎳或電爐產(chǎn)高鎳鎳鐵作調(diào)節(jié)）。因技術(shù)、礦的成分等原因，目前能生產(chǎn)以上成分的高爐不多。高爐冶煉鎳鐵的最大特點(diǎn)是產(chǎn)量高。一座208m3高爐年產(chǎn)量可達(dá)到4萬噸以上，由于需加入鉻鐵與高鎳鐵，6座這樣的高爐可滿足一家年產(chǎn)30萬噸304不銹鋼廠的基本鎳與鐵需求。

不銹鋼冶煉脫磷最難，高爐鎳鐵控制磷含量達(dá)到0.035%以下是關(guān)鍵。目前本公司已基本掌控了高爐內(nèi)脫磷技術(shù)，我們的產(chǎn)品甚至比一些電爐冶煉廠家的產(chǎn)品鎳更高，磷更低。由于產(chǎn)量比較高，鎳含量一般比電爐冶煉低，銷售計(jì)價(jià)方式同電爐鎳鐵，但折扣系數(shù)更大些，每個(gè)鎳略低于電爐鎳價(jià)。綜上所述，以高爐鎳鐵為基本原料，以電爐鎳鐵為調(diào)節(jié)原料，是組成300系列不銹鋼原料的成本最低，供應(yīng)量最有保障的最佳組合，是今后發(fā)展的方向。

高爐能煉生鐵，也能煉鎳鐵。鎳鐵和生鐵雖一字之差，卻分屬于鐵合金與普鐵二個(gè)行業(yè)，其所用礦成分、配方及冶煉工藝等有相當(dāng)大的區(qū)別，將冶煉生鐵的一套觀念生搬硬套到鎳鐵冶煉上去是絕對(duì)錯(cuò)誤的。

鎳鐵和生鐵礦的金屬含量有天壤之別：高爐冶煉生鐵如用進(jìn)口含鐵65%礦，出一噸鐵產(chǎn)幾百公斤的渣；如煉含鎳7%的鎳鐵，一般需要消耗含鎳1.5%、含鐵20%左右的干礦5噸，濕礦為7.7噸左右，礦總金屬含量在21.5%左右，因此出1噸鎳鐵產(chǎn)4噸爐渣，幾乎是生鐵冶煉出渣的近十倍。渣口打開與出渣耗時(shí)、出渣次數(shù)明顯增加，工藝等必須作大的調(diào)整。

目前盛行煉生鐵大高爐是先進(jìn)生產(chǎn)力，符合環(huán)保，小高爐是落后生產(chǎn)力，是污染大戶，必須淘汰，并把這一觀點(diǎn)生搬硬套到冶煉鎳鐵上來，其實(shí)這是天大的誤解。由于煉鎳鐵出渣是煉生鐵的很多倍，因此大型高爐不宜轉(zhuǎn)煉鎳鐵，因?yàn)槌鲈繉?shí)在太大，出渣口開放時(shí)間太長，影響爐溫，影響生產(chǎn)順行。從高爐每立方米爐容每天出鐵噸數(shù)來比較，一般100~200立方米的小高爐出鐵系數(shù)在3.4，即每立方米每天產(chǎn)鐵3.4噸，爐型、爐料和技術(shù)如果配合好，還可超過這一系數(shù)。相反，近年國內(nèi)外大量投產(chǎn)的幾千立方米高爐，其出鐵系數(shù)僅在2左右徘徊，原因何在？

原來高爐大小是按爐容來衡量的，而爐容是長寬高的三維立體空間，是以長度單位米的3次方計(jì)量的，但高爐以頂部加入燒結(jié)礦與焦炭后逐步下降并燃燒，溫度逐步上升，直至某一個(gè)高度層面溫度才達(dá)到礦中氧化鐵在此溫度環(huán)境下還原流出鐵水，即主要的產(chǎn)鐵量主要是由層面面積大小決定的，而層面面積是以長度單位米的2次方計(jì)量，在米的數(shù)字大于1以后，米的二次方永遠(yuǎn)小于米的三次方。因此說大高爐一定比小高爐好，在出鐵比上卻恰恰相反，雖然大高爐上環(huán)保設(shè)備比較經(jīng)濟(jì)，人力成本分?jǐn)傁鄬?duì)較低，但如果大高爐不裝節(jié)能環(huán)保設(shè)備同樣是污染大戶。

目前國內(nèi)冶煉鎳鐵高爐一般均從煉鐵高爐改造而來，最大爐容沒有超過400m3，生產(chǎn)尚正常，但我們已發(fā)現(xiàn)爐容越大，生產(chǎn)越困難，單位容積每天出鎳鐵量越少的規(guī)律。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)發(fā)展觀首先必須建立在科學(xué)的客觀的在實(shí)踐基礎(chǔ)上的調(diào)查研究上，才能保證在實(shí)事求是的基礎(chǔ)上制定新的政策。因此就高爐冶煉鎳鐵這一特定項(xiàng)目而言，說大高爐一定比小高爐好，甚至不經(jīng)調(diào)查研究，拍腦袋下達(dá)新建鎳鐵高爐必須達(dá)到1000m3以上的標(biāo)準(zhǔn)是典型的反科學(xué)的行為，而且已造成十分嚴(yán)重的后果。舉個(gè)例子：我公司生產(chǎn)的產(chǎn)品以冷的鎳鐵塊運(yùn)至我國主要的幾家不銹鋼廠供冶煉300系列不銹鋼用。其中一家不銹鋼冶煉廠去年因新建的一座幾千立方米的高爐即將投產(chǎn)，原有的二座各為700 多立方米的高爐將停爐，希望我公司將其改煉鎳鐵，本公司表示同意。

我們預(yù)計(jì)這二座完全符合國家鐵合金生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的高爐可年生產(chǎn)含鎳7%左右的鎳鐵水25萬噸左右，可直接入該廠轉(zhuǎn)爐及AOD爐煉成300系列不銹鋼。鎳鐵水熱裝熱送符合國家大力提倡的節(jié)能減排政策，與用冷的鎳鐵塊需用中頻爐熔化相比每噸可節(jié)省電費(fèi)300~400元左右，以25萬噸計(jì)，每年可節(jié)省近一億元以上的電費(fèi)，相當(dāng)于每年節(jié)約用煤近7萬余噸，可減少排放CO220萬噸左右。但不久該廠說為完成節(jié)能減排指標(biāo)此二座高爐必須拆除。去年年末，當(dāng)一家著名報(bào)刊頭版刊登該廠二座700多立方米高爐被拆除，每年可減少排放多少萬噸廢氣時(shí)我只有痛心疾首，幾億元完全有使用價(jià)值的國家資產(chǎn)頃刻灰飛煙滅，而每年幾十萬噸冷的鎳鐵塊仍源源不斷的運(yùn)往該廠加熱熔化煉成不銹鋼，而這一切均是在節(jié)能減排名義下進(jìn)行的。