文 | 燕
一、鎳鐵分類與發(fā)展
鎳按照生產(chǎn)原料的不同可以分為原生鎳和再生鎳，原生鎳的生產(chǎn)原料來自于鎳礦，再生鎳的生產(chǎn)原料來自于含鎳廢料。
其中原生鎳包括：電解鎳、鎳鐵和鎳鹽，其中電解鎳根據(jù)國標(biāo)GB/T6516-2010的規(guī)定，可分為Ni9999、Ni9996、Ni9990、Ni9950、Ni9920五個牌號；鎳鐵，又稱為含鎳生鐵，是鎳和鐵的合金，主要由紅土鎳礦進行火法冶煉燒結(jié)而成，鎳鐵的鎳金屬含量約為5%～30%，按照含量不同可以分為，高鎳生鐵、中鎳生鐵和低鎳生鐵。
從目前我國的鎳金屬生產(chǎn)工藝路線來看，主要分為三大類型：
一是利用硫化鎳礦資源，采用火法冶煉-電解精煉工藝生產(chǎn)電解鎳，這是目前國內(nèi)最主流的電解鎳生產(chǎn)方式，甘肅金川、新疆新鑫礦業(yè)等公司都是采取這種工藝生產(chǎn)電解鎳。
第二種類型是利用氧化鎳礦，采用濕法冶煉工藝生產(chǎn)電解鎳，目前國內(nèi)的江西江鋰科技、廣西銀億科技礦冶公司等采用這種濕法工藝?yán)醚趸嚨V生產(chǎn)電解鎳，但這種工藝目前在國內(nèi)應(yīng)用的并不多。
第三種類型則是利用進口氧化鎳礦，采用高爐或者礦熱電爐生產(chǎn)含鎳生鐵（或鎳鐵），這種工藝目前已成為國內(nèi)處理印尼、菲律賓氧化鎳礦的主要方式。中鋼中寶濱海鎳業(yè)、福建德盛鎳業(yè)等東部沿海地區(qū)的企業(yè)均是采用這種工藝生產(chǎn)鎳鐵。
值得注意的是，由于我國硫化鎳礦的短缺，加之鎳鐵具有的成本優(yōu)勢，因此利用氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵已成為我國未來鎳金屬產(chǎn)業(yè)的主要發(fā)展方向。
特別是在2005年之后，國際電解鎳價格快速上漲，使得利用氧化鎳礦生產(chǎn)鎳鐵在經(jīng)濟上更具優(yōu)勢，刺激了國內(nèi)鎳鐵產(chǎn)量的快速增長。
在國內(nèi)鎳金屬的消費總量結(jié)構(gòu)中，鎳鐵已成為最主要的供應(yīng)形式，這種消費結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變使得未來我國對進口氧化鎳礦的依賴嚴(yán)重加深。
二、鎳鐵生產(chǎn)工藝
1. 回轉(zhuǎn)窯一礦熱爐工藝(簡稱RKEF)
RKEF工藝生產(chǎn)鎳鐵是目前發(fā)展較快的紅土鎳礦處理工藝。其工藝成熟、設(shè)備簡單易控、生產(chǎn)效率高。不足是需消耗大量冶金焦和電能，能耗大、生產(chǎn)成本高、熔煉過程渣量過多、熔煉溫度(1500℃左右)較高、有粉塵污染等。而且，礦石含鎳品位的高低對火法工藝的生產(chǎn)成本影響較大，礦石鎳品位每降低0.1%，生產(chǎn)成本大約增加3～4%。
RKEF工藝流程為：礦石配料——回轉(zhuǎn)窯干燥——回轉(zhuǎn)窯焙燒——爐熔煉粗鎳鐵——LF爐精煉(或機械攪拌脫硫)——精制鎳鐵水淬——產(chǎn)出合格鎳鐵粒。
巴西淡水河谷公司于2006年8月在帕拉(PARA)州開工建設(shè)奧卡普馬（OncaPuma）鎳鐵項目，該項目采用RKEF工藝處理紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵，由德瑪克公司設(shè)計。項目配置2條Φ4.6×45m干燥窯、2條Φ6×135 m回轉(zhuǎn)窯、2臺120000 kVA矩型礦熱爐（目前世界最大功率），年產(chǎn)合金22萬噸(品位25%)，鎳5.2萬噸。
國內(nèi)RKEF工藝處理紅土鎳礦近幾年也向大型化發(fā)展。青山集團投資建設(shè)的福安鼎信鎳鐵公司，由中國恩菲工程技術(shù)有限公司設(shè)計，項目采用2條Φ5×40 m干燥窯、4條Φ4.8×100 m回轉(zhuǎn)窯、4臺33000 KVA圓型礦熱爐，年產(chǎn)鎳2萬噸。
兩條線于2010年6月投產(chǎn)，到目前為止，生產(chǎn)穩(wěn)定、指標(biāo)良好，成本國內(nèi)最低，是國內(nèi)最早采用大型矩形礦熱電爐生產(chǎn)鎳鐵的RKEF工藝的典范。
該公司又在廣東陽江建設(shè)2臺60000 kVA圓形礦熱電爐，已投產(chǎn)。該工藝適合處理鎂質(zhì)硅酸鹽型紅土礦A型、中間型紅土礦C1、C2型。且Ni品位>1.6%，最好1.8%，這樣有利于節(jié)約生產(chǎn)成本。
2. 回轉(zhuǎn)窯一磁選
回轉(zhuǎn)窯——磁選工藝又名直接還原工藝，目前世界上采用此工藝的只有日本冶金公司大江山冶煉廠。
主要工藝過程為原礦磨細(xì)與粉煤混合制團，團礦在回轉(zhuǎn)窯中經(jīng)干燥和高溫還原焙燒，焙燒礦再磨細(xì)，礦漿進行重選和磁選分離得到鎳鐵合金產(chǎn)品。此產(chǎn)品不管含硫多高均適用于AOD煉鋼過程，因為AOD法有很好的脫硫能力。
該工藝被公認(rèn)為是目前最為經(jīng)濟的處理紅土鎳礦的方法，其最大特點是生產(chǎn)成本低，能耗中85%能源由煤提供，噸礦耗煤160～180 kg。而電爐熔煉鎳鐵工藝能耗80%以上由電能提供，噸礦電耗560～600 kwh。
但是該工藝存在的主要問題是回轉(zhuǎn)窯的結(jié)圈及回收率問題，大江山冶煉廠雖經(jīng)多次改進，工藝技術(shù)仍不夠穩(wěn)定，經(jīng)過幾十年其生產(chǎn)規(guī)模仍停留在年產(chǎn)鎳1萬t左右。該工藝的技術(shù)關(guān)鍵是粉煤 與礦石混合和還原焙燒過程的溫度控制。
該工藝適合處理鎂質(zhì)硅酸鹽型紅土礦A型，原礦鎳品位0.7～1.2%，含鐵8～11%。
國內(nèi)近幾年對回轉(zhuǎn)窯直接還原紅土鎳礦工藝研究較多，典型的如：港禾公司設(shè)計的上海其昌不銹鋼公司在江蘇南通采用此工藝生產(chǎn)鎳精礦；昆明理工大學(xué)肖軍輝發(fā)明的《一種硅酸鎳礦回轉(zhuǎn)窯直接還原制備鎳鐵的方法》；山西長治潞城宏祥化冶廠建2.2×45 m回轉(zhuǎn)窯直接還原鎳鐵，年產(chǎn)4000 t鎳鐵項目等。
這些試生產(chǎn)廠不是生產(chǎn)成本過高就是操作難度大，都無法規(guī)?；a(chǎn)，好多還只是停在理論研究階段，沒有工業(yè)化生產(chǎn)。所以回轉(zhuǎn)窯一磁選工藝還需要不斷的探索向前推進。
3. 轉(zhuǎn)底爐+熔分爐
一種新型的以煤制氣或天然氣為燃料用轉(zhuǎn)底爐冶煉紅土鎳礦的方法，它是由煤制氣或天然氣作為燃料，非焦煤為還原劑，以紅土鎳礦為原料，用轉(zhuǎn)底爐與還原熔分爐聯(lián)動生產(chǎn)鎳鐵的冶煉方法。
紅土鎳礦原料中鎳的含量為0.8～3.0%，紅土鎳礦、還原劑和熔劑按照重量比例為100：8～15：8～15配比。此冶煉方法工藝流程短，操作簡單，易于控制，原料適應(yīng)性強，能耗低，燃料熱價比高，污染少，設(shè)備投資少，生產(chǎn)成本低，鎳回收率高，最適合于在電力資源緊缺、煤炭資源豐富的地區(qū)投資建廠。
該工藝適合處理鎂質(zhì)硅酸鹽型紅土礦A型、中問型紅土礦C1、C2型。Ni品位0.8～3.0%，含鐵15～20%。
國內(nèi)目前大多采用轉(zhuǎn)底爐直接還原鐵礦或冶金粉塵(泥)生產(chǎn)海綿鐵，產(chǎn)品用于高爐或直接用于煉鋼轉(zhuǎn)爐原料，在處理紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵方面還沒有應(yīng)用實例。
主要原因是轉(zhuǎn)底爐熱效率低，必須對原料進行細(xì)磨、造球處理，還必須對生球烘干，而球的強度、水分含量對轉(zhuǎn)底爐的運行穩(wěn)定性至關(guān)重要，同時從投資和生產(chǎn)成本來看，和成熟的RKEF工藝相比，并無明顯的優(yōu)勢。所以還需進一步的研究轉(zhuǎn)底爐的關(guān)鍵控制點，實現(xiàn)一步法生產(chǎn)珠鎳鐵工藝，體現(xiàn)轉(zhuǎn)底爐的優(yōu)勢。
4. 還原硫化熔煉鎳锍
硫化熔煉生產(chǎn)鎳锍的工藝是最早用來處理紅土鎳礦的，早在上世紀(jì)二三十年代就得到了應(yīng)用。印度尼西亞索羅阿科、新喀里多尼亞埃赫曼SLN等。
另外一些采用濕法和火法結(jié)合的工藝生產(chǎn)氧化亞鎳或造鎳锍（高冰鎳），如古巴毛阿、菲律賓珊瑚灣、塔甘廷托、新喀里多尼亞戈羅、巴西韋爾梅柳、馬達(dá)加斯加安巴托維均采用該工藝；古巴尼加羅和切.格瓦拉則、中國元江鎳業(yè)和青海平安采用氨浸——還原焙燒生產(chǎn)燒結(jié)氧化亞鎳或鎳鹽。
三井、住友合資菲律賓珊瑚灣項目是最經(jīng)濟的項目。全世界由氧化鎳礦生產(chǎn)鎳锍的鎳量在l5萬t左右。
工藝流程為：紅土鎳礦——干燥——破碎篩分——硫化熔煉——低鎳硫——轉(zhuǎn)爐吹燒——高鎳硫，采用硫化熔煉處理紅土鎳礦生產(chǎn)鎳锍的工藝的優(yōu)點是工藝成熟、易于操作，其產(chǎn)品高鎳锍具有很大的靈活性，可以進一步處理生產(chǎn)各種形式的鎳產(chǎn)品。
既可以生產(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，缺點是鎳回收率低，僅為70%，且能耗高、污染大。
該工藝適合處理鎂質(zhì)硅酸鹽型紅土礦A型、中間型紅土礦C1、C2型。可處理含鎳較低的紅土礦。
目前國內(nèi)朝陽吳天集團采用該工藝生產(chǎn)低鎳锍獲得的低鎳锍產(chǎn)品鎳品位為5～8%，鎳金屬回收率大于90%。
5. 燒結(jié)——高爐還原熔煉
燒結(jié)——高爐還原熔煉工藝是國內(nèi)近幾年發(fā)展起來的紅土礦冶煉工藝。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，大量500m以下的煉鐵高爐被淘汰。但由于國內(nèi)不銹鋼用鎳緊張，紅土鎳礦大量進口，加之當(dāng)?shù)卣疄榱私鉀Q就業(yè)問題和創(chuàng)造稅收，這些被淘汰的高爐又被用于紅土鎳礦的處理，生產(chǎn)含鎳3～5%的鎳鐵。
工藝流程為：紅土礦——脫水燒結(jié)造球——配入焦炭熔劑——高爐冶煉粗鎳鐵——精煉——鎳鐵。
目前小高爐鎳鐵冶煉面臨政策性淘汰，大高爐冶煉6～8%的鎳鐵又效率低下；焦炭價格影響高爐鎳鐵成本，造成高爐冶煉鎳鐵技術(shù)進展緩慢，利潤的削薄難以避免地會打擊到國內(nèi)高爐鎳鐵生產(chǎn)商的積極性。
從技術(shù)層面講，燒結(jié)——高爐還原熔煉工藝存在著高爐體積利用率低、焦炭消耗量大、燒結(jié)污染嚴(yán)重、鎳生鐵含磷高、鎳回收率低等缺點。
該工藝適合處理褐鐵礦B 型紅土礦，F(xiàn)e>30～40%。
6. 電硅熱法
美國漢納(Hanna)礦業(yè)公司所屬利得(Riddle)冶煉廠生產(chǎn)鎳鐵主要是電硅熱法。該廠由于硅鐵價格高、電耗高，20世界90年代后停產(chǎn)。
將從其附近礦山運來的氧化鎳礦烘干、篩分，去掉含鎳低(Ni約0.65％)的硬橄欖石礦。實際使用礦石含Nn1.6～1.7%，F(xiàn)e10～15%，SiO245～58%，MgO24～32%，Cr0.8～1.2%，A12O3l～3%，燒損6～8%，礦石在直徑3m，長80m的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)，用熱煤氣加熱至650～700℃。
窯內(nèi)停留時間約1.5h，可去除全部附著水和60％～70％的結(jié)合水。每臺回轉(zhuǎn)窯每小時處理礦石45～50t。熱礦石在14000kVA電爐內(nèi)熔化成礦熔體。
以后操作程序為：
從電爐內(nèi)放出約11t礦熔體于反應(yīng)包內(nèi)；
將反應(yīng)包放在渣包混合器的一側(cè)，另一側(cè)放有一個裝有9～14t熔融粗鎳鐵的包；
將裝有熔融粗鎳鐵的包升起，把粗鎳鐵迅速倒入裝有礦熔體的包內(nèi)，同時加入硅鐵(45％Si)；
空包下落，提取裝有反應(yīng)物的包，迅速倒入空包內(nèi)。從一個包倒入另一個包反復(fù)5次；
裝有反應(yīng)物的包鎮(zhèn)靜3小時，使金屬粒下降。然后將包提起，將爐渣放入旁邊的渣包中。
每個反應(yīng)周期為15～16min，產(chǎn)鎳鐵約400kg。包中鎳鐵重量超過12．7～13.6t時，便倒出一部分粗鎳鐵送2500kVA三相電爐內(nèi)精煉。精煉電爐分兩次裝料共裝3.6～4.1t粗鎳鐵。
精煉過程加鐵礦石和石灰脫磷，扒渣后再加石灰、螢石造渣。達(dá)到出爐溫度后，加硅鐵脫氧。出爐溫度約1482℃。用澆鑄機鑄成重約15kg的錠。精煉后鎳鐵成分為：Ni48.5%，Co0.5%，S0.005%，P0.01%，C0.02%，Cr0.02%，Si0.9%；鎳的回收率為90%；電耗62.7kw·h/kg。
7. 克虜伯一倫恩法
克虜伯一倫恩法，是將生產(chǎn)粒鐵的方法應(yīng)用于鎳鐵生產(chǎn)。
用硅鎂鎳礦(含Ni+Co2.7～3.5%，F(xiàn)e2O316～20%，SiO238～45%，MgO20～25%，A12O30.5～2.1%，水分約10%)作原料，還原劑用無煙煤(固定碳約80%，S0.24～0.51%，P約0.02%)，石灰與沙作熔劑。
將氧化鎳礦加入適當(dāng)?shù)娜蹌┖兔海?jīng)粉碎、混合、裝入回轉(zhuǎn)窯中，進行熔融態(tài)還原焙燒。使大部分鎳及一定量的鐵被還原成海綿狀金屬。放入水槽中使渣變脆。經(jīng)球磨機粉碎，使渣和金屬分離；再經(jīng)磁選選出金屬，得到粒狀鎳鐵。
成分為：Ni+Co22%，S0.25%，P0.08%，C0.5%，Si0.1%。然后在電爐內(nèi)熔化，除去雜質(zhì)，得精煉鎳鐵成分為：Ni+Co26%，S0.03%，P0.03%，C0.15%，Cr0.1%，Si0.01%和Cu0.1%；鎳回收率約90%。
8. 鼓風(fēng)爐法
鼓風(fēng)爐法，主要是把氧化鎳礦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)預(yù)熱、干燥后，制成團塊，與焦炭塊一起加進鼓風(fēng)爐內(nèi)冶煉。生產(chǎn)出粗鎳鐵。再用蘇打脫硫，制出高碳鎳鐵。其成分為：Ni+Co20%，S0.05%，P0.03%，C3%，Cr和Si2%。如需要生產(chǎn)低碳鎳鐵，可再用轉(zhuǎn)爐精煉。
9. 高爐法
高爐生產(chǎn)鎳鐵的流程主要是：礦石干燥篩分（大塊破碎）——配料——燒結(jié)——燒結(jié)礦加焦炭塊及熔劑（英石）入高爐熔煉——鎳鐵水鑄錠和熔渣水淬——產(chǎn)出鎳鐵錠和水淬渣。
國內(nèi)用高爐生產(chǎn)低鎳鐵較多，所用原料為含鐵50%左右和含鎳1%左右的紅土鎳礦，生產(chǎn)含鎳2%左右的低鎳生鐵。通常生鐵的焦比為0.5左右（500Kg焦炭/噸生鐵），以上鎳鐵的焦比在0.8左右（800Kg焦炭/噸鎳鐵）。
相對于電爐來講，高爐污染嚴(yán)重（氟化物），能耗高，小高爐（300M3以下）近年來逐步被淘汰。
中國最大的有色金屬及礦產(chǎn)品供應(yīng)商之一·邁科集團
