一、紅土鎳礦概述
紅土鎳礦資源為硫化鎳礦巖體風(fēng)化―淋濾―沉積形成的地表風(fēng)化殼性礦床，世界上紅土鎳礦分布在赤道線南北30 度以內(nèi)的熱帶國家，集中分布在環(huán)太平洋的熱帶―亞熱帶地區(qū)，主要有：美洲的古巴、巴西；東南亞的印度尼西亞、菲律賓；大洋洲的澳大利亞、新喀里多尼亞、巴布亞新幾內(nèi)亞等。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％。世界上可開采的鎳資源有二類，一類是硫化礦床，另一類是氧化礦床。由于硫化鎳礦資源品質(zhì)好，工藝技術(shù)成熟，現(xiàn)約60％~70％的鎳產(chǎn)量來源于硫化鎳礦。而世界上鎳儲量的65％左右貯存在氧化鎳礦床中，氧化鎳礦由于鐵的氧化，礦石呈紅色，所以統(tǒng)稱為紅土礦。但實際上氧化鎳礦分為幾種類型，一種是褐鐵礦類型，位于礦床的上部，鐵高鎳低，硅鎂低，但鈷含量比較高，這種礦宜采用濕法工藝；另一種類型為硅鎂鎳礦，位于礦床的下部，硅鎂含量比較高，鐵含量低，鈷含量比較低，但鎳含量較高，這種礦宜采用火法工藝。而處于中間過渡的礦石可以采用火法工藝也可以采用濕法工藝。見下表：
類型（%） Ni Co Fe MgO SiO2 Cr2O3 工藝
褐鐵礦0.8-1.5 0.1-0.2 40-50 0.5-5.0 10-30 2-5 濕法
硅鎂礦
低鎂1.5-2.0 0.02-0.1 25-40 5-15 10-30 1-2 火、濕
高鎂1.5-3.0 0.02-0.1 10-25 15-35 30-50 1-2 火法
二、我國鎳鐵行業(yè)現(xiàn)狀
鎳是略帶黃色的銀白色金屬，是一種具有磁性的過渡金屬。鎳的應(yīng)用在于鎳的抗腐蝕性，合金中添加鎳可增強合金的抗腐蝕性能。不銹鋼與合金生產(chǎn)領(lǐng)域是鎳最廣泛應(yīng)用領(lǐng)域。全球約2／3 的鎳用于不銹鋼生產(chǎn)，因此不銹鋼行業(yè)對鎳消費的影響居第l 位。鎳在不銹鋼中的主要作用在于它改變了鋼的晶體結(jié)構(gòu)。在不銹鋼中增加鎳的一個主要原因就是形成奧氏體晶體結(jié)構(gòu)，從而改善諸如可塑性、可焊接性和韌性等不銹鋼的屬性，所以鎳被稱為奧氏體形成元素。目前全球有色金屬中，鎳的消費量僅次于銅、鋁、鉛、鋅，居有色金屬第5 位。因此，鎳被視為重要戰(zhàn)略物資，一直為各國所重視。
鎳鐵主要成分為鎳與鐵，同時還含有Cr、Si、S、P、C 等雜質(zhì)元素。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO）鎳鐵按含鎳量分為FeNi20（Ni 15％～25％）、FeNi30（Ni 25％～35％）、FeNi40（Ni 35％～45％）和FeNi50（Ni 45％～60％）。又再分為高碳（C 1.0％～2.5％）、中碳（C 0.030％～1.0％）和低碳（C <0.03％）；低磷（P <0.02％）與高磷（P <0.030％）鎳鐵。
我國不銹鋼和電池行業(yè)的快速發(fā)展，國內(nèi)鎳產(chǎn)品供應(yīng)將面臨長期短缺的局面。2005 年以來國際市場鎳價非理性的不斷上漲對國內(nèi)鋼鐵業(yè)發(fā)展構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。我國民營企業(yè)使用火法冶煉從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石，大量生產(chǎn)鎳鐵合金作為冶煉不銹鋼的配料，成功狙擊了國際市場的瘋狂炒作，鎳價大幅下降，市場將逐步恢復(fù)理性。
我國鎳金屬生產(chǎn)技術(shù)已有重大突破，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，紅土鎳礦經(jīng)高爐冶煉鎳鉻生鐵， 生產(chǎn)出大批鎳生鐵的實際成效。技術(shù)變革及其快速進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，成功狙擊了國際市場的瘋狂炒作，2007 年6 月國際市場鎳價大幅下降。在市場高鎳價的情況下，2005 年開始， 國內(nèi)民營企業(yè)開始利用煉鋼高爐轉(zhuǎn)產(chǎn)冶煉紅土鎳礦礦石生產(chǎn)鎳生鐵。
我國民營企業(yè)開始大規(guī)模利用從菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的紅土鎳礦礦石冶煉鎳生鐵，此后進(jìn)口礦石量逐月增加，到2007 年底利用進(jìn)口礦石約300 多萬噸，產(chǎn)出鎳生鐵的含鎳量 約3 萬噸。2007 年全國生產(chǎn)鎳生鐵的中小企業(yè)達(dá)到100 多家，l～9 月進(jìn)口礦石1200 萬噸左右。
目前我國中小企業(yè)生產(chǎn)的鎳生鐵的含鎳量多在4％～ 8％，只能用作冶煉不銹鋼的配料，在冶煉不銹鋼時，尚需加入一定量的精煉純鎳。只有提高技術(shù)使鎳生鐵中的含鎳量達(dá)到l2％～15％，才能在冶煉不銹鋼時完全替代純鎳。這就是產(chǎn)生礦石積壓在港口的原因，也是今后民營企業(yè)需要攻克的技術(shù)難關(guān)。據(jù)最新資料，個別技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)已經(jīng)可以生產(chǎn)出鎳含量10％以上的鎳生鐵了。
我國使用火法利用紅土鎳礦冶煉鎳生鐵，使不銹鋼生產(chǎn)原料構(gòu)成發(fā)生了重大變革，改變了全球不銹鋼生產(chǎn)原料鎳的供需格局，也改變了世界不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的格局。低成本利用礦石質(zhì)量較差的紅土鎳礦資源，符合資源節(jié)約型的歷史發(fā)展趨勢，翻開了我國不銹鋼生產(chǎn)史的新篇章。目前，高爐法的低品位產(chǎn)品市場容量已經(jīng)飽和，加快發(fā)展10％以上品位的回轉(zhuǎn)窯工藝，可以進(jìn)一步擴大紅土礦火法鎳的市場容量。
三、數(shù)種火法工藝流程
1、回轉(zhuǎn)窯直接還原法
鎳礦→烘干→破碎→配入焦炭、熔劑混合制團(tuán)→預(yù)熱→回轉(zhuǎn)窯脫水、還原→固融態(tài)渣鐵混合物→水淬→磨碎→跳汰、強磁選等多級渣鐵分離→細(xì)粒鎳鐵→電爐重熔→精煉脫硫→鎳 鐵。該工藝?yán)没剞D(zhuǎn)窖全程對鎳團(tuán)礦進(jìn)行脫水、焙燒，NiO、FeO 等氧化物還原，金屬物聚
集，最后生成融態(tài)海綿狀夾渣鎳鐵。熔煉過程熱能來自煤粉（或重油）燃燒放的熱量，其 是火法冶煉鎳鐵生產(chǎn)中，設(shè)備最簡單、生成金屬流程最短、綜合能耗最低的生產(chǎn)工藝。
2、鼓風(fēng)爐法
鎳礦→回轉(zhuǎn)窯烘干→制塊→配入焦炭→鼓風(fēng)爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、C、P、S→鎳鐵。該工藝在冶煉設(shè)備結(jié)構(gòu)方面與高爐法冶煉鎳鐵有相似之處。冶煉過程中以焦炭燃燒放熱作為熱源，但反應(yīng)機理有所不同。高爐直接冶煉出的鎳鐵，其含Ni 量基本取決于入爐鎳礦中的Ni／Fe 比值，而鼓風(fēng)爐法生產(chǎn)的粗鎳，其含Ni 量，不只受限于該比值的大小。鼓風(fēng)爐工藝是最早出現(xiàn)的紅土鎳礦冶煉鎳鐵的技術(shù)，1875 年，在新喀里多尼亞小高爐就已應(yīng)用，后法國也有采用，但該法因消耗大量優(yōu)質(zhì)焦炭、污染嚴(yán)重而為人詬病。最終該工藝在
市場競爭和環(huán)保壓力下停止，1985 年日本礦業(yè)公司佐賀關(guān)冶煉廠的最后一座鎳鐵高爐熄火，標(biāo)志著鼓風(fēng)爐冶煉鎳鐵技術(shù)在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家壽終正寢。
3、高爐法
鎳礦→脫水、燒結(jié)、造塊→配入焦炭、熔劑→高爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、P、S→ 鎳鐵.在國內(nèi)，近年采用的火法冶煉鎳鐵較為普遍，主要是借用于現(xiàn)有煉鐵小高爐直接轉(zhuǎn)產(chǎn)， 具體操作與小高爐生產(chǎn)生鐵操作相似，特別適合于使用低Ni、高Fe 鎳礦生產(chǎn)低Ni 鎳鐵（含鎳生鐵）。
該工藝仍以焦炭燃燒放熱作為冶煉熱能，入爐鎳礦中FeO 可被焦炭中的C 充分還原，故粗鎳鐵中的Ni 含量高低基本受限于入爐鎳礦Ni／Fe 的比值大小。
由于國家限制400 m3 以下小高爐的使用，而使用礦熱電爐，利用低鎳高鐵鎳礦，直接生產(chǎn)低Ni 鎳鐵，其工藝的合理性和易操作性，似乎不及高爐法，因而采用大容量高爐冶煉低Ni鎳鐵值得關(guān)注和研究。
4、電碳熱法
鎳礦→脫水、造塊→配入焦炭、熔劑→電爐冶煉→粗鎳鐵→降C、Si、P、S 精煉→鎳鐵。 電碳熱法是以C 作還原劑，在電能高溫條件下，對鎳礦中的NiO、FeO 等氧化物進(jìn)行還原，冶煉出鎳鐵，因而，在電爐冶煉過程中，調(diào)整合適的配炭量，限制FeO 還原，可生產(chǎn)出Ni含量較高的電爐鎳鐵。
國外火法冶煉鎳鐵主要采用此工藝，國內(nèi)廠家生產(chǎn)含Ni 大于10％的產(chǎn)品時亦普遍采用。 主要冶煉設(shè)備為礦熱電爐，國內(nèi)個別廠家也有使用與電弧爐結(jié)構(gòu)相似的電爐生產(chǎn)（其設(shè)備最大容量為9 MVA），其鎳礦預(yù)處理方式，冶煉工藝的具體操作，精煉工藝設(shè)備配套情況及精煉效果均不盡相同，各項指標(biāo)對比也存在一定差異。
5、電硅熱法
鎳礦→烘干→破碎→高溫脫水煅燒成塊→配入熔劑→礦熱電爐熔化→NiO 熔體→倒人反應(yīng)包→向反應(yīng)包加入45％硅鐵→倒包反應(yīng)→粗鎳鐵→降P、Si 精煉→鎳鐵。 電硅熱法工藝是以Si 作還原劑，在高溫條件下，對NiO、FeO 等氧化物進(jìn)行還原，生成鎳鐵。
據(jù)資料介紹，國外電硅熱法工藝是在爐外，通過倒包操作，使加入的Si 對熔體中的NiO進(jìn)行還原，生成鎳鐵，與熱兌法生產(chǎn)微碳鉻鐵的反應(yīng)機理和工藝操作基本相同，因而，可稱之為熱兌法工藝。
四、紅土鎳礦用回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)鎳鐵的工藝技術(shù)
大型焙燒還原回轉(zhuǎn)窯是整個紅土鎳礦冶煉工藝流程中關(guān)鍵設(shè)備之一，礦石經(jīng)干燥后進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯，在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)加熱到800℃后去除礦石表面水分及結(jié)晶水，并部分還原礦石中的鐵、鎳和鈷氧化物，進(jìn)入電爐熔煉�；剞D(zhuǎn)窯工藝與高爐法或電爐法等工藝相比有如下優(yōu)點：
（1）、熔煉的主要能源為煤, 而不是昂貴的焦炭或電能。
（2）、原料的自由選擇, 可用東南亞的各種紅土鎳礦。
（3）、所產(chǎn)高鎳鎳鐵質(zhì)量高（含Ni20%左右），可直接用作不銹鋼的生產(chǎn)原料。
（4）、同時可作為鋼水熔煉時的冷卻劑。
熔煉方法和工藝如下：
預(yù)處理步驟是將原料紅土鎳礦磨細(xì)后, 與含碳物料和熔劑石灰石混合, 然后連續(xù)給入 回轉(zhuǎn)窯。在回轉(zhuǎn)窯中, 物料與煤燃燒所產(chǎn)生的熱氣流逆流運動,經(jīng)受所有熔煉步驟--干燥, 脫水, 還原和金屬成長。金屬是在窯中半熔融條件下生成的。燒成的物料熔塊從回轉(zhuǎn)窯出來就將它水碎,磨細(xì)后, 用重選和磁選機將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來。
分離出來的鎳鐵呈直徑2~3 毫米的沙狀顆粒, 并夾帶1~2%爐渣, 其化學(xué)組成為
C0.1%, Ni18~22%, S0.45%, P0.015% 。此產(chǎn)品不管含硫多高均適用于煉鋼過程, 因煉鋼時有很好的脫硫能力。沙狀顆粒在煉鋼過程中相當(dāng)有利于連續(xù)加料和作為冷卻劑物料快速溶解�；剞D(zhuǎn)窯生產(chǎn)工藝鎳和鐵的回收率都很高，均在90%以上。
五、實例
RKEF 工藝技術(shù)(“回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐”法)始于20 世紀(jì)50 年代，由Elkem 公司在新喀里多尼亞的多尼安博廠開發(fā)成功，由于產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)效率高、而且節(jié)能環(huán)保，RKEF 工藝很快取代了鼓風(fēng)爐工藝。隨著冶金科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，RKEF 工藝也吸納了包括自動化、清潔生產(chǎn)在內(nèi)的眾多最新技術(shù)成果，在設(shè)計制造、安裝調(diào)試和生產(chǎn)操作上日臻成熟，已成為世界上生產(chǎn)鎳鐵的主流工藝技術(shù)，占據(jù)統(tǒng)治地位。目前全球采用RKEF 工藝生產(chǎn)鎳鐵的公司有十幾家，生產(chǎn)廠遍及歐美、日本、東南亞等地，其中最大年產(chǎn)能達(dá)7～8 萬t 金屬鎳，在長期的經(jīng)營中，盡管世界鎳行業(yè)風(fēng)云變幻、鎳價大起大落，但這些鎳鐵廠大都保持著良好的業(yè)績。
在第二次世界大戰(zhàn)期間，日本冶金工業(yè)公司在宮津建起一個熔煉低品味鎳紅土礦的工廠。 鎳礦來自附近的大江山。用克魯帕-雷恩熔煉法生產(chǎn)低鎳生鐵，在本公司的川崎廠用作生產(chǎn)低合金鋼。戰(zhàn)后，原料從鎳紅土礦改用從新喀里多尼亞的進(jìn)口礦，并生產(chǎn)供日本國內(nèi)用的煉不銹鋼用的粗鎳鐵，熔煉方法沒有改變�，F(xiàn)在該廠以四臺回轉(zhuǎn)窯處理從新喀里多尼亞，菲律賓和印度尼西亞進(jìn)口的礦石成功生產(chǎn)
約1000 噸鎳/月。熔煉方法很獨特，稱為日本冶金大江山法。此法為不銹鋼生產(chǎn)提供充足的鎳源。它還使我們建起從鎳原料到成品不銹鋼的一條龍生產(chǎn)方法。本法與埃爾-凱姆法之類等的鎳鐵法相比，有如下優(yōu)點：
（1） 熔煉主要能源為煤，而不是昂貴的電能。
（2） 原料的自由選擇，能可用東南亞的硅鎂鎳礦。
（3） 所產(chǎn)粗鎳鐵質(zhì)量可直接用作不銹鋼生產(chǎn)原料，并同時作為熔煉的冷卻劑。
熔煉方法是簡單的，預(yù)處理步驟是將原料磨細(xì)后，與含碳物料和熔劑石灰石混合，后者用于調(diào)節(jié)含水量，然后制團(tuán)。接著通過預(yù)熱器將團(tuán)礦連續(xù)送入回轉(zhuǎn)窯。在回轉(zhuǎn)窯中，團(tuán)礦與煤燃燒所產(chǎn)生的熱氣流逆流運動。經(jīng)受所有熔煉步驟—干燥，脫水，還原和金屬的成長—金屬是在窯中半熔融條件下生成的，這燒成的物料叫熔塊。從窯出來就將他水淬，磨細(xì)后，用跳汰機和磁選機將還原成的鎳鐵合金從排出的熔塊中分離出來。然后將此產(chǎn)品怨我那個川崎鋼廠作為不銹鋼生產(chǎn)的鎳源。
粗鎳鐵呈直徑2—3 毫米的沙狀顆粒，并夾帶1-2%爐渣，其化學(xué)成分為C>0.1%, Ni 18-22%，
S 0.45%，P 0.015%。
此產(chǎn)品不管含硫多高均適用于AOD 煉鋼過程，因AOD 法很好的脫硫能力。沙狀顆粒在煉鋼過程中相當(dāng)有利于連續(xù)加料和作為冷卻劑物料快速溶解。
當(dāng)采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行大江山法操作時，熔煉事件應(yīng)在半熔化而不是在溶化條件下進(jìn)行。在實踐中，使含脈石高的硅鎂礦的氧化鎳在半溶化條件下還原劑和使鎳鐵合金聚集成粒是困難的。
六 短期內(nèi)國內(nèi)鎳的供給仍將小于需求。
國家政策支持低品位紅土鎳礦高效利用技術(shù)的開發(fā)，為中國鎳鐵業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了機遇。國內(nèi)小高爐鎳鐵工藝和“燒結(jié)機-礦熱爐”鎳鐵工藝都存在高能耗、高污染、質(zhì)量差的問題，正在被逐漸淘汰。
RKEF 工藝廣泛用于鎳鐵冶煉，技術(shù)成熟、節(jié)能環(huán)保，是國際上鎳鐵生產(chǎn)的最主要方法。研究中國特定的原料條件和能源結(jié)構(gòu)，突破配料模型，回轉(zhuǎn)窯以煤粉為燃料的焙燒和還原，底吹氧氣轉(zhuǎn)爐冶煉等關(guān)鍵技術(shù)，開發(fā)適合中國國情的RKEF 工藝將為中國鎳鐵行業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。
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江蘇鵬飛集團(tuán)成功開發(fā)紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯，該技術(shù)已快速進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。該技術(shù)應(yīng)用在紅土鎳礦冶煉鎳方面已取得很不錯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。RKEF工藝優(yōu)勢明顯：提煉鎳含量高、雜質(zhì)少；鎳的回收率高；能源消耗低。我國鎳金屬生產(chǎn)技術(shù)已有重大突破，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，紅土鎳礦生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鎳鐵。利用回轉(zhuǎn)窯冶煉紅土鎳礦石生產(chǎn)鎳生鐵，近期主要用戶及鎳礦回轉(zhuǎn)窯：
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序號 |
用戶名稱 |
設(shè)備名稱 |
設(shè)備規(guī)格 |
數(shù)量 |
項目名稱 |
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1 |
福建鼎信實業(yè)有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.4×100m |
3臺 |
鎳紅土焙燒 |
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2 |
江蘇康陽國際貿(mào)易有限公司
（江蘇德龍鎳業(yè)有限公司） |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.4×100m |
18臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
φ4.3×33.5m |
18臺 |
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3 |
廣東廣青金屬科技有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.4×100m |
4臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機 |
Φ5×40m |
4臺 |
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4 |
廣西北海誠德鎳業(yè)有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
Φ5.2×118m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
5 |
山東匯祥貿(mào)易有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
Φ4.85×75m |
3臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
φ4.3×34m |
3臺 |
|
6 |
廣東陽江世紀(jì)青山鎳業(yè)有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.6×100m |
4臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
Φ5×45m |
4臺 |
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7 |
山東鑫�？萍脊煞萦邢薰�
(臨沂金海匯科技有限公司) |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4×60m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
φ4×40m |
2臺 |
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8 |
唐山凱源實業(yè)有限公司
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回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.8×90m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
Φ4.3×40m |
|
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9 |
遼寧晟運實業(yè)發(fā)展有限公司
|
回轉(zhuǎn)窯 |
Φ4.85×75m |
1臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機 |
Φ4.3×34m |
|
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10 |
廣西金源鎳業(yè)有限公司
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回轉(zhuǎn)窯 |
Φ4.8×110m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
φ4.8×42m |
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