關于紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵生產的探析

伊清華

摘 要：基于鎳具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、強度高和延展性好等特征，使得其用途非常廣泛。特別是在不銹鋼和耐熱鋼中，鎳是一種不可或缺的元素。目前全球探明的鎳資源中，硫化鎳約占42%，其余均為紅土型鎳，因此必須對其進行合理開發利用。基于此，本文概述了、紅土鎳礦，闡述了紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵的原理，對紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵生產進行了探討分析。

關鍵詞：紅土鎳礦；回轉窯；還原鎳鐵；原理；生產

目前常見的紅土鎳礦冶煉處理工藝主要有濕法工藝和火法工藝。國外大部分采用濕法工藝冶煉紅土鎳礦，國內采用火法居多，也有火法和濕法混用的，火法工藝具有流程短、能耗低、便于還原操作等特征。以下結合某實例，對紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵生產進行了探討。

1 紅土鎳礦的概述

紅土鎳礦資源為硫化鎳礦巖體風化―淋濾―沉積形成的地表風化殼性礦床，世界上紅土鎳礦分布在赤道線南北30度以內的熱帶國家，集中分布在環太平洋的熱帶―亞熱帶地區。我國鎳礦資源儲量中70%集中在甘肅，其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陜西和青海和湖北7個省，合計保有儲量占全國鎳資源總儲量的27%。

2 紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵的原理分析

紅土鎳礦回轉窯直接還原鎳鐵中的窯內物料環境熱主要由窯頭噴煤和部分內配煤燃燒提供熱量，使入窯物料達到還原反應所需溫度。在物料中加入石灰石、白云石等熔劑是為了通過固相反應降低物料的熔點，調整熔融物的堿度、黏度，使反應能均勻順利進行，實現渣鐵分離。在冶煉過程中，經配料混合壓制成球的固體爐料由窯尾加入回轉窯，在窯轉動時把爐料推向窯頭運動，窯頭外側有燃燒器燒嘴燃燒燃料，燃燒廢氣則由窯尾排出，爐氣與爐料逆向運動，爐料在預熱段被加熱，蒸發水分，過渡段球體和熔劑（石灰石、白云石）開始分解，當進入環境溫度達到800℃以上時，在料層內金屬氧化物開始和固體碳發生還原反應，置換出氧化物中的金屬單質。

鎳鐵選擇性還原，其原理是利用Ni0還原溫度

3 紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵生產的分析

結合某紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵的實踐，對其生產過程進行分析，某紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵采用的紅土鎳礦均來自印度尼西亞，其成分波動較大，內配成分采用無煙煤；窯頭噴煤采用煙煤，要求控制的S，P均比較低；熔劑采用白云石粉和石灰石粉。

3.1 某紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵的生產過程控制要求

基于生產還原機理和原料成分，并結合設備情況，對生產過程進行嚴格生產指標控制，從配料成本的目標控制到工藝過程控制，到最后的質量指標控制，都進行了嚴格的審核和分析。生產過程中成品質量控制是指從回轉窯中先生產燒結礦，然后燒結礦再磁選出具有一定品位的鎳鐵和尾礦渣。在此過程中，主要通過控制物料在窯內焙燒時間、還原溫度、有無添加劑等，基本達到過程控制目的。

3.2 某紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵的生產工藝特征分析

紅土鎳礦直接還原鎳鐵生產工藝流程主要包括原料系統、紅土鎳礦破碎烘干系統、配料混料壓球系統、回轉窯焙燒系統、燒結礦磁選系統、煙氣除塵系統等工序。①在紅土鎳礦破碎烘干工序中，由于濕礦中含有鎳石較多，濕礦首先要經過篩分，將礦中的鎳石篩分并破碎至80mm以下，然后同紅土鎳礦一同進入干燥機內進行烘干處理，烘干后的物料再送入干礦破碎車間，先后經由兩道篩分破碎開路系統，最后保證配料用的紅土鎳礦粒度小于3mm的占80%以上。烘干設備能力和破碎機的選用是本工序的關鍵。②在配料混料壓球工序中，烘干后的紅土鎳礦和其他固體燃料、熔劑按照設定好的配比經由皮帶稱給入輸送帶上，送入混合機進行調水并混勻，然后壓制成球，壓球礦經由窯尾篩分裝置篩分后給入窯內。壓球機的選用和球團礦的含粉率是關鍵環節。③在回轉窯焙燒工序中，壓球礦的使用可以使除塵粉末量減少且物料穩定，固相反應充分，液相形成比較均勻，減少結圈生成。壓球礦同窯頭噴煤燃燒產生的廢煙氣進行逆向運動并發生熱交換，物料在窯內依次經過干燥預熱、分解過渡、高溫還原三個過程達到1300-1350℃，最后由窯頭排出落入撈渣機內進行水淬處理后進行選礦環節。

3.3 紅土鎳礦回轉窯還原鎳鐵存在的主要問題

通過生產實踐分析，為了提高其質量與經濟效益，筆者認為需要解決以下問題：①料場采用裝載機裝料成本高，布局不合理，是否可采用抓斗行車裝料，但紅土鎳礦中鎳石較多也存在上料的困難。②在生產烘干過程中會產生大量的除塵灰，有必要對除塵灰收集后單獨進行壓球處理。③在回轉窯耐材的選擇上，需要對其抗熱震性、侵蝕性、導熱性上作出更高的要求，使高溫段磚的壽命更長。

4 結束語

綜上所述，紅土鎳礦回轉窯直接還原鎳鐵主要是使入窯物料達到還原反應所需溫度，因此為了提高紅土鎳礦回轉窯直接還原鎳鐵的質量及其經濟效益，必須加強對其進行分析。

參考文獻：

[1]吳殿臣等.礦熱電爐紅土礦冶煉鎳鐵技術概論[J].鐵合金，2013（4）.

[2]柳楊.紅土鎳礦回轉窯還原焙燒的過程控制[J].中國新技術新產品，2013（07）.

[3]侯俊京，賈彥忠，梁德蘭，司金鳳.紅土鎳礦回轉窯-電爐熔煉生產鎳鐵的工藝研究[J].中國有色冶金，2014（3）.