回轉窯還原 磁選鎳鐵

1、紅土鎳礦回轉窯直接還原及磁選富集紅土鎳礦回轉窯直接還原及磁選富集工藝的生產實踐工藝的生產實踐 潘料庭潘料庭 孫召平孫召平 許嚴邦許嚴邦 張秋艷張秋艷 北海誠德鎳業(yè)有限公司北海誠德鎳業(yè)有限公司 2014 2014年年1 1月月 1 1、前言、前言 鎳鐵是不銹鋼生產用鎳的主要來源，紅土鎳礦直接還原鎳鐵工藝具有流程短，能耗低，便于還原操作的特點，是目前最經濟的冶煉鎳鐵方法。北海誠德鎳業(yè)有限公司是一家年產不銹鋼超過160萬噸的大型不銹鋼生產企業(yè)，于2013年5月采用紅土鎳礦回轉窯直接還原磁選富集工藝，建設4條3.672m回轉窯直接還原鎳鐵生產線，于2014年1月份投產，并實現了在不銹鋼生產中部分代替鎳

2、鐵應用，在生產實踐一年以來，取得了顯著的經濟效益。2 2、紅土鎳礦回轉窯還原機理、紅土鎳礦回轉窯還原機理 在紅土鎳礦回轉窯直接還原磁選工藝中，在窯內，物料的環(huán)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(fā)水分，過渡段球體和熔劑（石灰石、白云石）開始分解，當進

3、入環(huán)境溫度達到800以上，在料層內金屬氧化物開始和固體碳發(fā)生還原反應，置換出氧化物中的金屬單質。其主要反應原理如下： C+CO2 =2CO C+CO2 =2CO NiO+C=Ni+CO NiO+C=Ni+CO NiO+CO=Ni+CO2 NiO+CO=Ni+CO2 3Fe2O3+co=2Fe3O4+CO2 3Fe2O3+co=2Fe3O4+CO2 Fe3O4+co=3FeO+CO2 Fe3O4+co=3FeO+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 FeO+CO=Fe+CO2 利用利用NiONiO還原溫度還原溫度Fe2O3Fe2O3選擇性還原原理，可采取缺碳操作，使紅土鎳礦中幾乎所選擇性還原原理，

4、可采取缺碳操作，使紅土鎳礦中幾乎所有的鎳氧化物優(yōu)先還原成金屬有的鎳氧化物優(yōu)先還原成金屬，而高價的Fe2O3適量還原成金屬鐵，其余還原為FeO進入熔渣，從而達到富集鎳的目的。鐵的還原程度可以經過還原劑的加入量進行調整。3 3、回轉窯直接還原鎳鐵生產所用的原燃料和過程控制、回轉窯直接還原鎳鐵生產所用的原燃料和過程控制 1 1）原燃料成分）原燃料成分本工藝采用的紅土鎳礦均來自印度尼西亞，成分波動表較大，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，產自廣西本地，所采用的原燃料典型成分如下表1，表2，表3所示： 2 2）、生產過程控制要求）、生產過程控制要

5、求 針對生產還原機理和原料成分，結合設備情況，生產過程進行了嚴格的生產指標控制，從配料成本的目標控制到工藝過程控制、一直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，然后燒結礦在磁選出具有一定品位鎳鐵和尾礦渣。在生產過程中基本達到了以下過程控制目的，如下表4，表5，表6，表7。 說明：表中燒結礦成分是指回轉窯出來物料經水淬經磁選出鎳鐵后的化說明：表中燒結礦成分是指回轉窯出來物料經水淬經磁選出鎳鐵后的化學成分；磁選鎳鐵是燒結礦經破碎篩分后磁選機選出的鎳鐵精粉后的化學分學成分；磁選鎳鐵是燒結礦經破碎篩分后磁選機選出的鎳鐵精粉后的化學分析，要求經過

6、磨礦磁選后鎳鐵品位達到析，要求經過磨礦磁選后鎳鐵品位達到65%65%以上。以上。說明：表中的鎳鐵成分是磁選出的鎳鐵精粉經過中頻爐熔化去渣后做的鎳鐵光譜分析。說明：表中的鎳鐵成分是磁選出的鎳鐵精粉經過中頻爐熔化去渣后做的鎳鐵光譜分析。4、生產工藝流程及主要設計特點、生產工藝流程及主要設計特點 1 1）、生產工藝流程）、生產工藝流程 設計的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，煙氣除塵系統等等工序，主要工藝流程如圖1所示。 圖1 紅土鎳礦回轉窯直接還原磁選工藝流程圖 2 2）、主要工序設計特點）、主要工序設計特點一

7、是在紅土鎳礦破碎烘干工序中，由于濕礦中一是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，將礦中的含有鎳石較多，濕礦首先要經過篩分，將礦中的鎳石篩分出破碎至鎳石篩分出破碎至80mm80mm以下以下，然后同紅土鎳礦一，然后同紅土鎳礦一同進入干燥機內進行烘干處理，同進入干燥機內進行烘干處理，烘干后的物料再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送入干礦破碎車間，先后經由兩道篩分破碎開路開路系統，最后保證配料用的系統，最后保證配料用的紅土鎳礦粒度小于紅土鎳礦粒度小于3mm3mm占占80%80%以上以上。烘干設備能力和破碎機的選用是本工序。烘干設備能力和破碎機的選用是

8、本工序的關鍵。的關鍵。二是在配料混料壓球工序中，烘干后的紅土二是在配料混料壓球工序中，烘干后的紅土鎳礦和其它固體燃料、熔劑按照設定好的配比經鎳礦和其它固體燃料、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由皮帶稱給入輸送帶上，送入混合機進行調水并混勻，然后混勻，然后壓制成球壓制成球，壓球礦經由窯尾篩分裝置，壓球礦經由窯尾篩分裝置篩分后給入窯內。篩分后給入窯內。壓球機的選用和球團礦的含粉壓球機的選用和球團礦的含粉率是關鍵環(huán)節(jié)。率是關鍵環(huán)節(jié)。圖 2 紅土礦鎳石圖 3 壓球礦 三是在回轉窯焙燒工序中，壓球礦的使用可以使得除塵粉末量的減少物料穩(wěn)定，固三是在回轉窯焙燒工序中，壓球礦的

9、使用可以使得除塵粉末量的減少物料穩(wěn)定，固相反應充分，液相形成比較均勻，減少結圈生成增成。壓球礦同窯頭噴煤燃燒產生的相反應充分，液相形成比較均勻，減少結圈生成增成。壓球礦同窯頭噴煤燃燒產生的廢煙氣進行逆向運動并發(fā)生熱交換，廢煙氣進行逆向運動并發(fā)生熱交換，物料在窯內依次經過干燥預熱、分解過渡、高溫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還原三個過程達到1300135013001350，最后由窯頭排出落入撈渣機內進行水淬處理后，最后由窯頭排出落入撈渣機內進行水淬處理后進行進行選礦環(huán)節(jié)。本工序中選用選礦環(huán)節(jié)。本工序中選用鎂鋁尖晶石復合鋯磚鎂鋁尖晶石復合鋯磚使得回轉窯壽命得以延長。使得

10、回轉窯壽命得以延長。圖4 窯頭操作平臺圖5 燒結礦 四是在選礦工序中，先將燒結礦進行數次破碎，經出鐵器干選出部分鎳鐵粉后繼續(xù)將燒結礦送入球磨機進行磨礦，使得使得-200-200目的達到目的達到80%80%以上，通過磁選機選以上，通過磁選機選出鎳鐵精粉送入出鎳鐵精粉送入1616的壓濾機進行脫水處理的壓濾機進行脫水處理；分離出的尾礦渣由渣漿泵抽往60的壓濾機進行脫水壓濾干堆。球磨選礦設備的選型是高回收率的保證。圖6 鎳鐵精粉圖7 尾渣礦 五是窯尾高溫廢氣通過管道引入烘干機內進行余熱利用，經烘干機后的廢氣進入電除塵器進行除塵，煙氣引入脫硫塔進行脫硫凈化，最后排入大氣，而電除塵灰則由氣力輸送到配料礦槽

11、進行配料使用。3 3）、主要設備選型）、主要設備選型 本工藝設計中主要設備選型非常關鍵，主要關鍵生產設備如表8所示。 表8 主要設備選型 5 5、取得的生產效益及期待設計中的不斷完善和發(fā)展、取得的生產效益及期待設計中的不斷完善和發(fā)展 1 1）、經濟效益）、經濟效益 從從20142014年年1 1月月1414日投產至今，北海誠德鎳業(yè)有限公司通過不斷的工藝改進和設日投產至今，北海誠德鎳業(yè)有限公司通過不斷的工藝改進和設計完善，全年兩條窯滿負荷生產，生產各項經濟技術指標達到了設計要求，取得了計完善，全年兩條窯滿負荷生產，生產各項經濟技術指標達到了設計要求，取得了不錯的經濟效益，生產經濟效益指標如表不錯

12、的經濟效益，生產經濟效益指標如表9 9所示：所示： 表表9 9 生產經濟效益指標表生產經濟效益指標表 說明：2014年兩條回轉窯總共生產品位為65%的鎳鐵39978.5噸，計算純鎳鐵22453.98噸，鎳鐵的實際生產成本為鎳鐵的實際生產成本為71507150元元/ /噸，鎳點為噸，鎳點為10.2%10.2%。若按照公司內部價880元/每個鎳計算，本年所創(chuàng)造的經濟效益為：22453.98（88010.2-7140）=4122.5萬；若按市場價每個鎳1080元計算，本年所創(chuàng)造的經濟效益為： 22453.98（108010.2-7140）=8703.16萬；若按市場的紅土鎳礦價格為紅土鎳礦價格為75

13、5755元元/ /噸噸，則噸鎳鐵成分增加2622元，為9762元/噸，則單鎳點成本為957元，年市場利潤為年市場利潤為：（1080-957）10.222453.98=28172817萬元。萬元。2 2）、期待設計的完善和發(fā)展）、期待設計的完善和發(fā)展 通過一年的生產實踐，本工藝取得了優(yōu)于通過一年的生產實踐，本工藝取得了優(yōu)于RKEFRKEF的生產指標，有效的降低了成本，但的生產指標，有效的降低了成本，但本工藝存在產量低作業(yè)率低于本工藝存在產量低作業(yè)率低于RKEFRKEF的缺點，而且本工藝還需要解決以下幾個方面：的缺點，而且本工藝還需要解決以下幾個方面： 一是料場采用裝載機裝料成本高，布局不合理，是

14、否可采用抓斗行車裝料一是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，但紅土鎳礦中鎳礦中鎳石較多也存在上料的困難鎳石較多也存在上料的困難。 二是在本生產工藝中二是在本生產工藝中烘干過程會產生了大量的除塵灰烘干過程會產生了大量的除塵灰，有必要對除塵灰收集后單獨，有必要對除塵灰收集后單獨進行壓球處理使用。進行壓球處理使用。 三是在三是在回轉窯在耐材的選擇上，需要對其抗熱震性，侵蝕性，導熱性回轉窯在耐材的選擇上，需要對其抗熱震性，侵蝕性，導熱性上作出更高的上作出更高的要求，是高溫段磚的壽命更長。要求，是高溫段磚的壽命更長。 四是四是燒結礦水淬后產生的煙氣余熱、窯尾高溫廢氣余熱

15、燒結礦水淬后產生的煙氣余熱、窯尾高溫廢氣余熱、筒體散熱余熱等應該考慮、筒體散熱余熱等應該考慮使用問題。使用問題。 五是選擇性還原的實施。五是選擇性還原的實施。通過還原溫度及還原劑的配入量來控制金屬鐵的回收率通過還原溫度及還原劑的配入量來控制金屬鐵的回收率，提高，提高鎳品位，同時實現鎳鐵有效分離有效利用，增高經濟效益。鎳品位，同時實現鎳鐵有效分離有效利用，增高經濟效益。 六是六是燒結礦破碎難度比較大燒結礦破碎難度比較大，如何開發(fā)和，如何開發(fā)和選用合適的破碎機型號選用合適的破碎機型號是保證燒結礦渣鐵分離是保證燒結礦渣鐵分離效果和鎳鐵品位的提高，為下道工序提供有利條件。效果和鎳鐵品位的提高，為下道工

16、序提供有利條件。 七是七是選礦磁選設備是本生產工藝的關鍵設備選礦磁選設備是本生產工藝的關鍵設備，開發(fā)和選用新型設備更有利于提高回收率，開發(fā)和選用新型設備更有利于提高回收率，降低生產成本。降低生產成本。 八是大量尾渣礦產生應考慮建材化的使用或者其他使用途徑問題。八是大量尾渣礦產生應考慮建材化的使用或者其他使用途徑問題。 九是結圈在生產中得到控制，但多變的原料條件之下仍顯不足，應在工藝上和設備上開九是結圈在生產中得到控制，但多變的原料條件之下仍顯不足，應在工藝上和設備上開發(fā)更多的處理結圈的方法和途徑。發(fā)更多的處理結圈的方法和途徑。 6 6、結語、結語 北海誠德鎳業(yè)有限公司通過將北海誠德鎳業(yè)有限公司通過將紅土鎳礦回轉窯直接還紅土鎳礦回轉窯直接還原及磁選富集工藝原及磁選富集工藝運用到生產實踐中，實踐證明該工藝能運用到生產實踐中，實踐證明該工藝能使用煤替代電作為能耗，能源利用效率更高有效的降低了使用煤替代電作為能耗，能源利用效率更高有效的降低了鎳鐵生產成本