RKEF冶炼工艺概述.pdf

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1、RKEF法冶炼工艺概述前言目前，国内外红土镍矿的处理方法主要有火法和湿法两种冶炼工艺，湿法工艺是使用硫酸、盐酸或者氨水溶液作为浸出剂，浸出红土镍矿中的镍和钴金属离子，常见的湿法处理工艺有高压酸浸工艺（HPAL）、常压酸浸工艺（PAL）和氨浸工艺（Caron）。火法工艺是在高温条件下，以C作还原剂，对氧化镍矿中的NiO及其他氧化物进行还原而得。火法冶炼因具有流程短、三废排放量少、工艺成熟等特点，已成为红土镍矿冶炼的主要工艺。目前国内外主要有4种火法工艺：烧结—高炉流程（BF法）；回转窑—电炉熔炼流程(RKEF法)；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。其中，RKEF

2、法是当今世界上火法处理红土镍矿的先进及成熟工艺，广泛地应用于各国冶炼厂家。RKEF（RotaryKiln-ElectricFurnace）法始于上世纪50年代，由Elkem公司在新喀里多尼亚的多尼安博厂开发成功，具有产品质量好、生产效率高、节能环保等优点。在不锈钢产量大幅增幅的驱动下，RKEF法镍铁的生产能力急剧增加。我国冶炼镍铁电炉炉容在不断地扩大。额定容量25MVA的炉型已经逐步退出主体炉型，进而33MVA、36MVA、48MVA、51MVA成为主体炉型。与此同时，我国矿热炉生产镍铁的工艺流程更加合理，矿热电炉的总体装备水平大幅度提高，冶炼工艺技术更加成熟。下面将概括介绍和讨论

3、矿热电炉利用红土镍矿采用RKEF法冶炼镍铁的工艺技术。1工艺流程概述利用红土镍矿生产镍铁的RKEF冶炼工艺流程如图1.1：图1.1RKEF工艺流程图工艺流程主要包含以下几个阶段：(1)在露天料场进行红土矿的晾晒；大块红土矿的破碎、筛分、混匀。(2)应用干燥窑对红土矿进行干燥；应用回转窑进行红土矿的焙烧预还原。以此获得焙砂。(3)矿热电炉熔炼焙砂生产含镍生铁。(4)回转窑与电炉余热的利用。(5)粉尘的收集与再利用。对RKEF法工艺的流程，矿石内部的成分尤为重要，其中有至少3个指标，在生产时需要关注：(1)Ni品位，控制在1.5以上，最好2.0以上。(2)Fe/Ni，在6~10之间，最

4、好接近6，因而矿中Ni品位高；如果Fe/Ni>10，则很难冶炼出含Ni=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)MgO/SiO2，在0.55~0.65较合适，少量加入熔剂就可以得到低熔点的炉渣结构。以上三个条件只是合适的条件，不是必须的条件，在矿石条件不符合上述要求是，也可以生产其它品位的镍铁。回转窑和电炉是该工艺中的关键设备，干燥窑根据原料情况选用，由于公司所用的红土镍矿基本都是从菲律宾、缅甸等东南亚国家进口，含水量都比较高，基本在30%~40%之间，所以选用干燥窑对原矿进行干燥，干燥窑干燥后的矿水分保持在20%~22%左右，这样既能减少矿黏，又

5、能降低整个流程中烟尘产量，减少Ni损失。2回转窑回转窑在整个RKEF法流程中的作用，有如下几点：(1)使红土镍矿表面水分彻底蒸发。(2)脱除红土镍矿中的结晶水，即烧损。(3)预还原反应部分还原矿石中的铁、镍和钴的氧化物。(4)将红土镍矿温度升高，焙砂放出温度在700~1000℃之间。2.1回转窑的结构及工作原理回转窑主要由窑筒体、传动装置、支撑装置、挡轮装置、窑头密封装置、窑尾密封装置、窑头罩等部件组成，如图2.1所示：图2.1回转窑示意图物料在回转窑内煅烧的过程是生料从窑尾喂入，由于窑有一定的倾斜度，且不断回转，因此使生料连续向热端移动。燃料自热端喷入，在空气助燃下燃烧放热并产生

6、高温烟气，热气在风机的驱动下，自热端向次端流动，而物料和烟气在逆向运动的过程中进行热量交换，使生料烧成熟料。红土镍矿干矿、烟尘粒料、还原煤从窑尾进入，首先被干燥，然后到达回转窑中部，开始脱除干矿结晶水，直到卸料前，干矿被煤和一氧化碳部分还原，最终所得焙砂中的镍以金属Ni和Ni2+两种形式存在，干矿中大部分铁也被还原成Fe2+，其中的主要反应为：回转窑中还原气氛的生成：2C+O2=2CO(2-1)NiO的直接还原：NiO+C=Ni+CO(2-2)NiO的间接还原：NiO+CO=Ni+CO2(2-3)矿料一直与含CO、CO2的还原气氛接触。还原气氛下矿料在500~600℃开始金属化，当

7、矿料到达出料端时。温度可升至800~900℃，此时矿料中多数的NiO被还原。铁氧化物的热分解和还原在低于570℃时按Fe2O3→Fe3O4→FeO进行转换。而高于570℃时，有浮氏体中间相生成，铁氧化物转换按Fe2O3→Fe3O4→FeO→Fe进行，在还原性气氛下将发生下列反应：3Fe2O3+CO=2Fe3O4+CO2(2-4)Fe3O4+CO=3FeO+CO2(2-5)FeO+CO=Fe+CO2(2-6)在上述3个铁氧化物的间接还原反应中，由于回转窑的还原气氛弱，P