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目前我國鎳冶煉工藝基本上處于以電解鎳為主的單一產(chǎn)品的局面。研究開(kāi)發(fā)利用紅土型鎳礦生產(chǎn)鎳鐵的技術(shù)是必要的。紅土型鎳礦用來(lái)生產(chǎn)鎳鐵在經(jīng)濟上合理，沒(méi)有必要一定要生產(chǎn)電解鎳。近年來(lái)，為了保證國民經(jīng)濟發(fā)展對鎳的需求，中國一批企業(yè)實(shí)施 “ 走出去”的發(fā)展戰略，參與海外鎳礦資源的開(kāi)發(fā)，對我國鎳的穩定供應發(fā)揮重要作用。 氧化鎳礦廣泛分布于赤道地區，運距近，海運費用不高。隨著(zhù)硫化鎳礦資源枯竭，氧化鎳礦( 紅土鎳礦 )的開(kāi)發(fā)利用在世界上已經(jīng)得到迅猛的發(fā)展。
1 氧化鎳礦的冶煉工藝綜述目前世界上以氧化鎳礦為原料生產(chǎn)原生鎳的工藝可以分為火法冶金和濕法冶金兩種�；鸱ㄒ苯鹕�產(chǎn)鎳金屬的產(chǎn)量依然占據主要地位。但近年來(lái)濕法冶金工藝得到快速發(fā)展，新建設了一些采用高壓酸浸工藝生產(chǎn)鎳和鈷的工廠(chǎng)。濕法冶金工藝分為兩種：一種是氨浸法，由 于受到原料和成本的限制 ，近年來(lái)沒(méi)有建設新的工廠(chǎng)。另外一種工藝是酸浸法，適合于處理低鎂含量的氧化鎳礦。新發(fā)展起來(lái)的火法和濕法結合的工藝顯示了其優(yōu)勢：適合任何類(lèi)型的氧化鎳礦， 成本較低，但仍存在一些技術(shù)問(wèn)題需要解決，從資源利用和能源節約來(lái)講，高壓酸浸工藝具有優(yōu)勢和潛力，已經(jīng)成為重要的研究課題。但是從投資、建設周期、技術(shù)成熟的角度出發(fā)，預計還將新建設一批火法冶煉鎳的工廠(chǎng)，產(chǎn)品可以是鎳鐵，也可以是鎳锍。
2 火法冶金工藝綜述
火法冶金工藝可以分為兩個(gè)大類(lèi)：鼓風(fēng)爐( BF爐，即高爐)熔煉和回轉窯一礦熱爐一轉爐 ( RKE F)熔煉工藝。
2． 1 高爐冶煉鎳鐵的工藝鼓風(fēng)爐熔煉工藝：
1 8 6 3 年發(fā)現紅土礦后，即開(kāi)始用B FI藝處理這種難熔的鎂質(zhì)硅酸鹽氧化鎳礦石。由于能源消耗，環(huán)境保護、投資和生產(chǎn)成本等原因，這種工藝在世界上已經(jīng)被淘汰。除了中國以外，目前全世界已經(jīng)沒(méi)有采用這種工藝生產(chǎn)鎳鐵的工廠(chǎng) ( 最后停產(chǎn)的是俄羅斯烏拉爾鎳公司和烏發(fā)利鎳廠(chǎng)的鎳鐵生產(chǎn)高爐)。 高爐冶煉工藝簡(jiǎn)單，工藝流程是：根據進(jìn)入工廠(chǎng)的原料的情況，對原料進(jìn)行處理 ( 如人工挑選出含鎳很低的石塊、進(jìn)行破碎和篩分)，然后利用燒結機的混料和配料設備，向氧化鎳礦中加入還原劑和熔劑，并混合均勻 ( 也可以使用造球
設備造球)。 混合后的料通過(guò)布料機分布到燒結機的臺車(chē)上，經(jīng)過(guò)燒結后，得到含鎳的燒結礦。燒結礦再被送到高爐料場(chǎng)，經(jīng)過(guò)篩分后加入高爐。高爐冶煉后生產(chǎn)出的含鎳生鐵含較高的有害雜質(zhì)和較低的鎳，直接用于冶煉不銹鋼將降低粗制鎳鐵中鎳的價(jià)值。為此需要在高爐的后面建設脫除粗制鎳鐵中的磷、硅、碳、硫等有害元素的精煉施。 這些精煉設施還可以根據用戶(hù)的要求，提高鎳鐵中鎳的含量。 鼓風(fēng)爐熔煉工藝被淘汰的原因：
一. 是這種工藝的環(huán)境污染問(wèn)題沒(méi)有有效的解 決辦法，除了傳統的高爐污染因素以外，為了提高爐渣的流動(dòng)性和減少爐身結瘤，要向爐料中加入螢石( C a F ： ) ， 為了避免氟化物的污染，這種操作經(jīng)被禁止。對于含A1 ： O 比較高的氧化鎳礦， 由于加入爐內的螢石比例大，這個(gè)問(wèn)題更加嚴重。由于用紅土鎳礦生產(chǎn)的燒結礦的強度低，不適合于大型高爐冶煉，一般用小型煉鐵高爐和小型燒結機生產(chǎn)鎳鐵。中國生產(chǎn)鎳鐵的高爐的容積從5 0 m N3 8 0 m 3 ( 據報道還有更小的高爐，主要以l 5 0 m 以下高爐為主) ， 燒結機從l 8 m Ns o m 。有些鎳鐵 生產(chǎn)廠(chǎng)缺少必要的環(huán)保設施，碳的氧化物、硫的氧化物、氟化物、粉塵已經(jīng)對工廠(chǎng)周邊的環(huán)境造成嚴重污染。這種利用黑色冶金淘汰的設備轉產(chǎn)有色金屬的做法不可取。
二. 是鎳的回收率低。這種生產(chǎn)鎳鐵的工藝，礦石中鎳的回收率普遍低于 9 0％。有些工廠(chǎng)停留在生產(chǎn)粗制鎳鐵的初級生產(chǎn)階段，沒(méi)有鎳鐵的精煉車(chē)間。因此，這個(gè)回收率與國外文獻中看到的鎳的回 收率有差別。
三. 是能源消耗高，且必需高價(jià)的焦炭。從燒 結工序來(lái)講，在小型燒結機固有的浪費能源的特性的基礎上，又增加了返礦率高的浪費能源的因素。從高爐工序來(lái)講，淘汰小高爐的重要原因之一就是能源浪費，現在又增加了大渣量的因素。 有些工廠(chǎng)的高爐煤氣和余熱沒(méi)有得到有效地回收 利用 ，寶貴的能源被浪費了，同時(shí)也污染了環(huán)境。
四. 是產(chǎn)品不經(jīng)過(guò)精煉，雜質(zhì)含量高，不符合國際鎳產(chǎn)品貿易的標準。我們要求鎳鐵含有較高的鎳含量，含有低碳、硅、硫、磷含量。我國高爐生產(chǎn)的鎳鐵基本上全部是高碳、低鎳、高硅的產(chǎn)品，磷的含量由原料決定，現在低磷原料供不應求。這種半成品中的鎳元素的價(jià)值遠低于合格鎳鐵中鎳元素的價(jià)值，而且鐵元素基本上無(wú)價(jià)值地送給用戶(hù)。五. 是單位鎳產(chǎn)量的投資大：建設機械化料場(chǎng)、燒結機、高爐的投資高于建設RKEF工藝的 投資。當然利用現有的、行業(yè)政策要求淘汰的小型設備生產(chǎn)鎳鐵，投資是節省的。 這種工藝在低價(jià)的紅土鎳礦、極高價(jià)位的鎳價(jià)、環(huán)保政策和能源政策執行不利的情況下得到了發(fā)展。相信，紅土鎳礦的價(jià)格還將上漲，鎳價(jià)將回落到合理的價(jià)位，國家環(huán)保和節能政策將得 到執行，這種工藝將會(huì )自動(dòng)地退出市場(chǎng)競爭。2 ． 2 火法冶金的RKE F工藝RKE F工藝發(fā)明于上世紀5 0 年代，目的是取 代鼓風(fēng)爐工藝生產(chǎn)鎳鐵。這種工藝開(kāi)創(chuàng )了火法冶 煉鎳鐵的新篇章。據不完全統計，全世界目前采 用這種工藝的鎳鐵冶煉廠(chǎng)有l 7 家。 基本的工藝流程：礦石處理和還原劑的準備
— —回轉窯煅燒——熱裝入礦熱爐冶煉——粗制鎳鐵的爐外脫硫——在轉爐中脫除硅、磷、碳、 硫、錳等雜質(zhì)——精制鎳鐵水鑄塊 ，另外需要建 設回收和利用轉爐爐渣中的鐵和鎳的車(chē)間。 ( 1 ) 礦石處理和還原劑的準備
礦石運入原料場(chǎng)后 ，經(jīng)破碎、中和混勻、配入還原劑后送入回轉窯。也有的工廠(chǎng)在進(jìn)入回轉窯前對爐料進(jìn)行預烘干處理，還有的增加爐料的造球工序。爐料的配比是重要的，這對于防止回轉窯結圈 ( 爐料粘結在爐內襯上)、控制爐料的導電性、分離礦熱爐內的渣子和金屬 ( 鎳、鐵) 有決定性的作用。
( 2 ) 回轉窯煅燒
回轉窯的工作區可以分為三段，即干燥段、加熱段、焙燒段。在回轉窯中，礦石被焙燒脫水，重量減少3 0％左右。同時(shí)，氧化鎳和部分鐵被爐料中的還原劑還原。在回轉窯出料端設有密封的出料裝置，鎳渣以6 00～9 0 0 ℃的溫度在隔熱的狀態(tài)下被送入到礦熱爐保溫的供料料倉 ，再通過(guò)一個(gè)密封的管狀布料裝置，均勻地分配到礦熱爐內。根據爐料的處理方式不同，回轉窯有不同的直徑和長(cháng)度的比值�；剞D窯的燒嘴結構是重要的，有效地調整火焰的長(cháng)度和剛度，保證爐內三個(gè)工作區的溫度在工藝要求的范圍內。另外，要充分考慮利用回轉窯的煙氣烘干爐料，以節能。
( 3 ) 熱裝入礦熱爐冶煉
回轉窯出來(lái)的料經(jīng)過(guò)稱(chēng)量以后，在熱態(tài)被裝入到礦熱爐中。礦熱爐的加料系統需要適應熱裝 料的需要。熱裝很重要，除了回收物理熱以外，還要保證在料的轉運過(guò)程中不被二次氧化。為了環(huán)保、工業(yè)衛生、回收粉塵、回收煤氣，礦熱爐被密封起來(lái)。在礦熱爐中通過(guò)電弧冶煉，分離出 粗制鎳鐵和電爐爐渣，同時(shí)產(chǎn)生含7 5 ％CO的還原 性氣體，氣體經(jīng)過(guò)凈化以后，做為回轉窯的燃料使用，約占回轉窯燃料的3 0 ％。 根據原料不同，1噸原料礦經(jīng)回轉窯焙燒后可得~ 0 6 5 0～ 7 0 0 k g 的鎳渣，在礦熱爐中冶煉后可得到l 1 0～l 5 0 k g 的粗制鎳鐵。粗制鎳鐵中的鎳含量 一般為l 0 ％～l 8 ％。 ( 4 )粗制鎳鐵的精煉
·在礦熱爐向鐵水包出鐵的過(guò)程中，向包加入蘇打灰，加入的比例是每噸鎳鐵水5 ～l 5 k g，鎳鐵水中的硫可以降No ． 0 l 5 ％～0 ． 0 8 ％。也可以在出鐵后向鐵水包中噴入顆粒鎂，這需要用特殊的蒸發(fā)器將顆粒鎂噴入包內1 ． 0 m左右的深處， 該工藝可將鐵水中的硫降No ． 0 l 5 ％以下。
·清除粗制鎳鐵水上面的渣子，并兌入到酸性轉爐中，通過(guò)吹氧硅被氧化。為了控制熔池溫度不過(guò)高，向爐內加金屬廢棄物或者含鎳廢料。
·脫硅后的鎳鐵水再被兌入到堿性轉爐中， 在這里去除鎳鐵水中的碳、磷和部分鐵。冶煉過(guò)程中向轉爐內加入石灰石。有充足的含鎳廢料時(shí)可以用石灰代替石灰石。堿性轉爐中出來(lái)的鎳鐵水已經(jīng)符合商品鎳鐵標準的要求，可以作為商品鎳鐵出售。 另外，粗制鎳鐵的二步法精煉工藝是將酸性轉爐， 改為堿性轉爐，采用新工藝實(shí)現在第一個(gè)轉
爐內脫硅和脫硫。 從第一個(gè)轉爐出來(lái)的鎳鐵水再進(jìn)入第二個(gè)堿性轉爐內脫磷、脫碳。冶煉過(guò)程中向爐內加入石灰和石灰石，保證合適的冶煉溫度。 二步法精煉可得到合格的精制鎳鐵水。 2 ． 3 粗制鎳鐵直接冶煉不銹鋼的工藝 ( 開(kāi)發(fā)中) 在上述的二步法精煉工藝中，將第二個(gè)轉爐改為用氬氣和氧氣的精煉轉爐，可以直接生產(chǎn)3 0 0 系列的不銹鋼。 這種工藝可不建設用來(lái)熔化廢鋼的電爐、充分利用硅氧化的熱量、節省投資和能源，充分利 用了粗制鎳鐵中的鐵元素。這項技術(shù)有誘人的前景，但還在探索。
3 建設鎳鐵生產(chǎn)廠(chǎng)需要考慮的因素 從資源綜合利用、有色金屬工業(yè)長(cháng)遠發(fā)展規劃的戰略目標出發(fā)，有必要選擇中國合適的區域建設大型鎳鐵生產(chǎn)基地。但是，切忌一哄而上。建設鎳鐵生產(chǎn)基地應該具備下面的條件： ·必須落實(shí)礦石的來(lái)源： 不同的礦石適應不同的冶煉工藝�；鸱üに噧�(yōu)先選擇以硅鎂鎳礦做原料，在決策建設鎳鐵生產(chǎn)廠(chǎng)前必須落實(shí)適合干火法冶金的氧化鎳礦石的來(lái)源。目前鎳礦漲價(jià)已成定局，鎳礦的來(lái)源將出現困難。