洛阳建材建筑设计研究院RKEF法冶炼镍铁工艺介绍---王群红-副本要点.pdf
《洛阳建材建筑设计研究院RKEF法冶炼镍铁工艺介绍---王群红-副本要点.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《洛阳建材建筑设计研究院RKEF法冶炼镍铁工艺介绍---王群红-副本要点.pdf(23页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、洛阳建材建筑设计研究院 RKEF 红土镍矿镍铁冶炼技术介绍 一、红土镍矿镍铁冶炼 1 镍、镍铁和镍矿 1.1 镍 镍是略带黄色银白色金属, 是一种具有磁性的过渡金属。 镍的应 用在于镍的抗腐蚀性, 合金中添加镍可增强合金的抗腐蚀性。不锈钢 与合金生产领域是镍最广泛应用领域。全球约2/3 的镍用于不锈钢生 产,因此不锈钢行业对镍消费的影响居第一位。捏镍不锈钢中的主要 作用在于它改变了钢的晶体结构。 在不锈钢中增加镍的一个主要原因 就是形成奥氏体晶体结构, 从而改善诸如可塑性、 可焊接性和韧性等 不锈钢属性,所以,镍被称为奥氏体形成元素。 目前全球有色金属中, 镍的消费仅次于铜、铝、铅、锌,居有色
2、金属第五位。因此,镍被称 为战略物资,一直被各国所重视。 1.2 镍铁 镍铁主要成分为镍与铁,同时还含有Gr、Si、S、P、C 等杂质 元素。根据国际标准( ISO)镍铁按含镍量分为FeNi20(Ni1525%)、 FeNi30(Ni2535%)、FeNi40(Ni3545%)、FeNi50(Ni4560%),又再分 为高碳( 1.02.5%) 、中碳( 0.0301.0%)和低碳( 10.030%) ;低 磷(P0.02%)与高磷( P0.02%)镍铁。目前国内生产厂家生产 的镍铁品位 1015%,也有部分厂家生产20%或 25%以上的镍铁。 1.3 镍矿 世界上可开采的镍资源主要有两类,一
3、类是流化矿床, 另一类是氧化 矿床。由于硫化镍矿资源品质好,工艺技术成熟,现约6070%的镍 来源于硫化镍矿。 而世界上镍的储量80%为氧化镍矿, 矿物组成主要 是含水镍镁硅酸盐( xNi.yMgO )2Si2nH2O,以及针铁矿 Fe2O3.H2O、赤 铁矿 Fe2O3和磁铁矿 Fe3O4,由于铁的氧化,矿石呈红色,所以通称 红土镍矿。 世界上的红土镍矿分布在赤道线南北纬30以内的热带国家, 其可开采部分一般由三层组成:褐铁矿层、过渡层和腐殖土层。其化 学成分组成见表 1. 表 1 红土镍矿不同层的化学成分 矿层 化学成分 /% Ni Co Fe Cr2O3 MgO 特点 褐铁矿层0.81.
4、5 0.10.2 4050 25 0.55 高铁低镁 过渡层1.51.8 0.020.1 2540 12 515 腐植土层1.83 0.020.1 1025 12 1535 低铁高镁 图 1 红土型镍矿剖面图模式 褐铁矿层,含铁多、硅镁少、镍低、钴较高,一般采用湿法工艺 回收金属;再下层是混有脉石的残积层(过渡层和腐殖土层)矿,含 硅镁高、铁较低、钴较低、镍较高,这类矿一般采用火法工艺处理。 具体情况见表 2 。 表 2 矿石范围与冶炼工艺 矿石 分层 矿石分 层名称 矿石品位冶炼方法冶炼工艺冶炼常规产品 顶层崩积层含镍低, Ni0.020.1% 弃置堆存 中层 褐铁矿 层 含镍低、铁高、硅镁
5、低、 钴较高。 Ni:1.01.7% Fe:3550% MgO:0.515% Co:0.10.2% 湿法冶炼 1.还原焙烧氨浸工艺; 2.高压酸浸工艺; 3.强化高压酸浸工艺; 4.常压酸浸工艺; 5.硫酸堆浸工艺; 6.氯化浸出工艺 电解镍 氧化镍 下层残积层 含镍较高、 铁较低、 硅 镁高、钴较低。 Ni:1.83% Fe:1025% MgO:1535% Co:0.020.1% 火法冶炼 1.回转窑电炉工艺; 2.多米尼加鹰桥竖炉 电炉工艺; 3.日本大江山回转窑 直接还原法。 镍铁 2 镍的冶炼工艺 现代生产镍的方法主要有火法和湿法两种。根据世界上主要两类 含镍矿物(含镍的硫化物和氧化物
6、)的不同,冶炼方法各异。 镍硫化矿目前主要采用火法处理,通过精矿焙烧反射炉 (电炉或鼓风 炉) 冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解的金属镍。 氧化矿主要是含镍红土矿, 其褐铁矿层,含铁多、硅镁少,镍低、钴较高,一般采用湿法工艺处 理, 主要方法有氨浸法和硫酸法两种。 下层是混有脉石的腐植土层 (包 括硅镁性镍矿),含硅镁高、低铁、镍较高、钴较低,这类矿一般采 用火法工艺处理。 2.1 湿法工艺流程介绍 目前成熟的湿法工艺流程有还原焙烧氨浸流程、高压酸浸流程 和常压酸浸流程。 (1)还原焙烧氨浸流程 还原焙烧氨浸流程处理褐铁矿或褐铁矿和残积层矿的混合矿矿 石先干燥然后矿石中的镍在700时选择性还原成金属镍
7、钴和一部分 铁被一起还原还原的金属镍经过氨浸回收。还原焙烧氨浸流程的缺 点有矿石处理采用干燥、还原、焙烧等工序消耗能量大消耗多种化 学试剂镍和钴的回收率比火法流程和高压酸浸流程低。 (2)高压酸浸流程 高压酸浸流程主要处理褐铁矿和一部分绿脱石或蒙脱石。加压酸 浸一般在衬钛的高压釜中进行浸出,温度245-260,通过液固分 离、镍钴分离,生产电解镍、氧化镍或镍冠, 有些工厂生产中间产品, 如混合硫化镍钴或混合镍钴氢氧化物。 高压酸浸流程处理的红土矿要求含MgO/Al 2O3 低,通常含 MgO4%(含 MgO 越高,耗酸越高) ,含 Al 低的矿石。 (3) 其他湿法工艺流程有些湿法工艺流程正在
8、进行试验和进一步评 估如强化高压酸浸工艺、 常压酸浸工艺、 硫酸堆浸工艺和氯化浸出工 艺。 2.2 火法工艺流程 现有的火法工艺处理红土矿工艺流程有传统的回转窑电炉工 艺;多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺;日本大江山回转窑直接还原法。 多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺流程是红土矿经过干燥脱水、制 团、采用竖炉煅烧生产部分还原煅烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁,粗 镍铁在钢包炉中精炼。 日本大江山回转窑直接还原法生产镍铁,该流程分为三个步骤: (1)物料预处理:磨矿、混合与制团,以提高回转窑操作效果;(2) 冶炼工艺:回转窑煅烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集;(3)分 离处理:回转窑产出的熟料采用重选与磁选分离出镍
9、铁合金。这是世 界上唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法。 RKEF 流程是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺 流程,该工艺流程已在世界上被广泛地采用,技术成熟可靠,项目投 资风险低。该工艺主要工序:干燥、煅烧和预还原电炉熔炼等。 2.2.1 回转窑电炉工艺( RKEF) 回转窑电炉工艺是目前红土矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼 工艺流程该工艺主要分为几个工序干燥、焙烧预还原、电炉熔炼、 精炼等工序简述如下: 1.干燥采用回转干燥窑主要脱出矿石中的部分 自由水。2.焙烧预还原采用回转窑主要是脱出矿石中剩余的自 由水和结晶水预热矿石选择性还原部分镍和铁。3.电炉熔炼还原金 属镍和部分铁将
10、渣和镍铁分开生产粗镍铁。4.精炼一般采用钢包精 炼脱出粗镍铁中的杂质如硫、 磷等满足市场要求。 如果生产镍锍需要 在焙烧回转窑的出料口喷入硫磺将镍转变成低铁的镍锍。 2.1.2 多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺 多米尼加鹰桥竖炉电炉工艺流程包括红土矿干燥脱水、制团、 竖炉焙烧生产部分还原焙烧团矿、电炉熔炼生产粗镍铁、 粗镍铁在钢 包炉中精炼。 高炉生产镍铁的主要工艺流程是:矿石干燥筛分(大块破碎) - 配料-烧结 -烧结矿加焦炭块及熔剂如高炉熔炼-镍铁水铸锭和 熔渣水淬 -产出镍铁锭和水淬渣。 图 2 高炉镍铁生产 图 3 高炉生产的镍铁锭(含镍7.8%) 2.1.3日本大江山回转窑直接还原法日本大江
11、山回转窑直接还原法生 产镍铁该工艺包括物料预处理、回转窑焙烧和还原、 回转窑产出的熟 料采用重选与磁选分离出镍铁合金。这是世界上唯一的采用回转窑直 接还原熔炼氧化镍的方法。 主要工艺流程是:原矿石干燥(大块破碎和磨矿)-配加还原 煤和熔剂 -入回转窑还原和熔炼-熔块水淬 -水淬渣和镍铁粒破 碎、磨矿、磁选 -产出镍铁锭粒和细熔渣。 图 4 某厂大江山法镍铁生产线 图 5 磁铁作用下的产品(粒状镍铁,未分级) 该工艺不用焦炭、不用大量耗电,流程环节少也省人工,干矿综 合加工成本较低,(视含铁量多少配加更多或更少的还原剂煤,造成 成本略有增加或减少),大约相当于电炉 1/2 或高炉的 1/3。目前
12、生产 过程中的配料、耐火材料、结圈等问题已有很好解决。 3 镍铁产品方案 镍铁品位介绍镍铁品位是镍铁生产厂的重要参数镍铁品位主要 影响以下几个方面镍回收率、电炉产量、精炼成本、运输成本、镍铁 中铁的价格、市场因素等。镍铁品位在2730之间是非铁磁体而生 产厂一般不选择生产非铁磁体即不选择生产品位在2730 之间的镍 铁。从表 3 可以看出世界上大部分镍铁厂的镍铁品位在1827之间, 部分镍铁厂生产含Ni35 以上的镍铁。矿石品位是影响镍铁品位选 择的一个重要因素矿石品位越高适合生产高品位镍铁。另外矿石成分 也影响镍铁品位的选择。 镍铁中铁是否计价也是影响确定镍铁品位的 一个重要因素。 根据对国
13、内厂家的咨询目前镍铁中的铁有的计价。另 外我国铁资源缺乏宜尽量回收矿石中的铁。 表 3 全世界主要镍铁厂的产量及镍铁品位 4 RKEF 工艺介绍 4.1 对原料的要求 对于“回转窑 (RK)-矿热炉 (EF)”流程,矿石成分很重要,有3 个指标是采用 RKEF 工艺应该关心的: (1) Ni 品位,希望在 1.5 以上,最好 2.0以上。 (2) (2) FeNi,希望在 610,最好接近 6,中 Ni 品位高;如 果 FeNi10,则很难冶炼出含20的镍铁,因为原料中 Fe 过高,很难在回转窑中控制氧化铁的还原度。 (3) (3) MgO/SiO2,在 0.55065 较合适,少量加入熔剂就
14、可 以得到低熔点的炉渣结构。 以上 3 个条件只是合适的条件, 而不是必须的条件, 在矿石条件 不符合上述要求时, 可以生产品位较低的镍铁, 技术经济指标将受到 影响。 还原剂(烟煤或无烟煤均可 )和石灰石也是 RKEF 工艺所必需的, 这两种原料在各地资源丰富,容易得到。 4.2、典型工艺流程、主体设备结构 (1) 生产流程:原料场筛分、破碎和混匀配料回转窑矿热炉 铁包脱硫精炼转炉浇铸。在这个基础上,发展了对原料预干燥、 原料制球、回转窑节能和余热发电、 矿热炉高效冶炼和低熔点渣系配 料、采用底吹或侧吹精炼转炉替代顶吹转炉、镍铁粒化等技术,适用 于不同条件的工厂。 (2) 典型工艺装备组成
15、A、2 台:5.040m烘干干燥窑;2 台 5.0100m 回转窑、 2 台 63MVA 的密闭矿热炉、 40t 的底吹精炼转炉, 造粒和铸块 设备。年产镍铁 10.12 万 t(镍金属 22.2 万 t)。 B、烘干干燥窑 2 台:5.040m;焙烧回转窑 2 台:5.5 115m ;交流矿热炉 2 台:72000kVA 年产镍铁 8.5 万 t(含镍 25%)。 (3) 工艺概述 粒度-100mm 的合格矿石运至厂内湿红土矿堆场进行堆存,从 料堆场来的矿石送进回转窑干燥, 干燥后的矿石输送到贮料仓中或干 料堆场。 干矿石、石灰石、还原剂在原料场、备料间加以筛分破碎后, 混匀配料送入回转窑。
16、在回转窑中,原料经干燥、焙烧、预还原,制 成约 1000的镍渣,回转窑烟气经余热锅炉、除尘、脱硫化后排放, 粉尘与原料混合后再次入窑。 镍渣在封闭隔热状态下 (高架送料小车 )加入矿热炉料仓 (内衬耐 火砖),根据工艺要求通过不同位置的下料管分配到矿热炉内。矿热 炉为全封闭式,自焙电极,埋弧冶炼,还原并熔分粗制镍铁和炉渣, 同时产生含 Co 约 75的矿热炉荒煤气, 荒煤气经过净化送到回转窑 烧嘴,与煤粉一起作为燃料,除尘灰经处理后,返回到原料场。矿热 炉炉渣经过水淬后可作为建筑材料,用于道路建设、制砖。 矿热炉的产品是粗制镍铁, 出铁前预先在铁水包加脱硫剂,出铁 同时脱硫,粗制镍铁含Si、C
17、、P 等杂质,需要继续精炼,扒渣后, 兑入酸性转炉,吹氧脱硅, 同时加入含镍废料以防铁水温度偏高,脱 硅后扒渣 (或者挡渣出铁 ),兑入碱性转炉,吹氧脱磷、脱碳,同时加 入石灰石造碱性渣, 碱性转炉精炼后的镍铁水送往浇注车间,铸成合 格的商品镍铁块或者制成粒状镍铁。 图 6 回转窑 电炉镍铁生产工艺流程图1 (此工艺图摘自 72000kVA 狂热电炉冶炼镍铁生产工艺 ) 主机设备: 1.烘干干燥窑2台: 5.040m 2.焙烧回转窑2台: 5.5115m 采用了中间加煤技术 3.交流矿热炉2台: 72000kVA 回转窑 电炉镍铁生产工艺流程图2 回转窑 电炉镍铁生产工艺流程图3(无干燥回转窑
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 洛阳 建材 建筑 设计研究院 RKEF 冶炼 铁工 介绍 王群红 副本 要点
链接地址:https://www.31doc.com/p-5209913.html