[发明专利]用红土镍矿低温冶炼生产镍铁合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶金制备技术领域，特别涉及一种用红土镍矿低温冶炼生产镍铁合金的方法。

背景技术

镍是一种重要的战略金属材料，具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，在现代工业中有着广泛的用途。镍主要消费用于不锈钢生产，不锈钢用镍需求约占全球镍消费总量的66%。

目前，已探明陆地上的镍金属工业储量约为8千万吨，其中硫化镍矿约占20％，红土镍矿约占75％，而硅酸镍矿占5％。传统镍冶金是使用硫化镍矿进行冶炼，但是受到资源的限制。从长远来看，红土矿将是未来镍的主要来源，因此资源更广泛的红土镍矿得到了开发。

目前投入工业化生产的红土矿冶炼技术包括高炉法和矿热炉冶炼法。高炉法采用焦炭冶炼，对于含铁低的红土矿，吨镍铁合金焦比超过2吨，经济性差；矿热炉法通过点冶金，1吨镍铁合金达到6000度左右，同时还消耗1吨左右的碳质还原剂或燃料。从目前的行情来说，矿热炉冶炼也不具备多少经济性。高炉法或电炉法冶炼红土矿均采用高温（1500～1700℃左右）来分离渣铁，而红土矿中炉渣的质量远远大于镍铁合金的质量，导致冶炼有效热量不高，因此表现的是高炉和矿热炉冶炼红土矿的能耗高，所需冶炼成本高，对企业来说，经济性差，对国家来说，碳排放大。

除了这两种成熟的火法冶炼红土矿工艺外，日本在上世纪尝试开发用回转窑法直接冶炼红土矿生产液态镍铁合金技术（称为大江山法），将回转窑内的窑头温度控制在1350℃～1450℃，促使还原后的镍铁合金以及炉渣成为液态，再冷却并回收镍铁合金和炉渣。这种工艺对回转窑装备要求很高，同时很容易结瘤，工艺难以长期顺行，同时一吨镍铁合金需要3～5吨煤粉，其经济性与矿热炉或高炉法相当，但由于冶炼难度大于高炉和矿热炉，这种回转窑冶炼红土矿技术没有得到发展。

本世纪中国研究红土矿的积极性较高，其发展思路是将非高炉炼铁工艺用于红土矿的冶炼， 主要分为3类工艺：

（1）转底炉生产红土矿工艺想法

转底炉主要用于钢铁行业含锌粉尘的处理，冶炼温度1250～1350℃，冶炼废气温度达到1100℃，其主要目的是得到富锌料，另外得到低金属化率的金属化球团，但是这种工艺能量效率很低，将含碳球团直接从常温进入高温，容易爆裂导致粉尘量大。中国产生利用转底炉生产红土矿的想法，包括授权专利ZL200610163832.0、申请专利200610031071.3等，但是红土矿的理化性能与钢厂粉尘差距很大，最为重要的差距来自红土矿含有大量结晶水，约10～15％，含如此多的结晶水的含碳球团突然进入高温去，会大量爆裂，使生产难以延续，另外，转底炉的热效率非常低（高温废气带走了大部分热量），对于冶炼红土矿，其能耗将会很高，经济性较差。

（2）回转窑生产红土矿工艺想法

回转窑用于海绵铁的生产，其产品为海绵铁，采用富矿冶炼，冶炼温度低于1100℃。中国将这种思想用于红土矿还原，大致分为两类，一类采用固体还原，再通过磁选方式得到含镍的铁精矿粉，这是一种中间原料，不能直接用作不锈钢冶炼的原料；另一类是熔化法，通过提高还原温度（遵照日本的做法）或通过低熔点添加剂降低炉渣熔点来促进渣铁分离，得到镍铁合金，这种做法与日本大江山法相类似，其能耗也与日本大江山法类似，解决不了回转窑结瘤和经济性低的难题，在高镍价时代，有一定赢利空间，但在低镍价时期，将会失去经济性。

（3）隧道窑生产红土矿工艺想法

中国还有将隧道窑生产海绵铁的工艺移植到红土矿的还原，一类想通过罐装方式生产镍铁（授权号为CN100424191C的发明专利），这类工艺能耗极高，原因是采用优质矿生产海绵铁，1吨海绵铁的能耗达到1200公斤煤耗，而红土矿中的铁只有10～30％左右，用此方法冶炼，即时能够得到镍铁，1吨镍铁合金的煤耗将超过5000公斤，没有经济性。实际上采用传统罐装隧道窑，窑内温度最高只有1180℃，而罐内的温度低于1150℃，即时还原后得到的镍与铁粉，也是极其细微的，通过后续磁选也是选不出来的。