一、紅土鎳礦概述
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(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好，工藝技術成熟，現(xiàn)約60％~70％的鎳產量來源于硫化鎳礦。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。不銹鋼與合金生產領域是鎳最廣泛應用領域。全球約2／3 的鎳用于不銹鋼生產，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構。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構，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 等雜質元素。根據國際標準（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，國內鎳產品供應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鋼鐵業(yè)發(fā)展構成了新的挑戰(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口的紅土鎳礦礦石，大量生產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，市場將逐步恢復理性。
我國鎳金屬生產技術已有重大突破，擁有自主知識產權，紅土鎳礦經高爐冶煉鎳鉻生鐵， 生產出大批鎳生鐵的實際成效。技術變革及其快速進入生產應用領域，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， 國內民營企業(yè)開始利用煉鋼高爐轉產冶煉紅土鎳礦礦石生產鎳生鐵。
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口的紅土鎳礦礦石冶煉鎳生鐵，此后進口礦石量逐月增加，到2007 年底利用進口礦石約300 多萬噸，產出鎳生鐵的含鎳量 約3 萬噸。2007 年全國生產鎳生鐵的中小企業(yè)達到100 多家，l～9 月進口礦石1200 萬噸左右。
目前我國中小企業(yè)生產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。只有提高技術使鎳生鐵中的含鎳量達到l2％～15％，才能在冶煉不銹鋼時完全替代純鎳。這就是產生礦石積壓在港口的原因，也是今后民營企業(yè)需要攻克的技術難關。據最新資料，個別技術先進的企業(yè)已經可以生產出鎳含量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，使不銹鋼生產原料構成發(fā)生了重大變革，改變了全球不銹鋼生產原料鎳的供需格局，也改變了世界不銹鋼產業(yè)發(fā)展的格局。低成本利用礦石質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史的新篇章。目前，高爐法的低品位產品市場容量已經飽和，加快發(fā)展10％以上品位的回轉窯工藝，可以進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、回轉窯直接還原法
鎳礦→烘干→破碎→配入焦炭、熔劑混合制團→預熱→回轉窯脫水、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→細粒鎳鐵→電爐重熔→精煉脫硫→鎳 鐵。該工藝利用回轉窖全程對鎳團礦進行脫水、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中，設備最簡單、生成金屬流程最短、綜合能耗最低的生產工藝。
2、鼓風爐法
鎳礦→回轉窯烘干→制塊→配入焦炭→鼓風爐冶煉→粗鎳鐵→精煉降Si、C、P、S→鎳鐵。該工藝在冶煉設備結構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，而鼓風爐法生產的粗鎳，其含Ni 量，不只受限于該比值的大小。鼓風爐工藝是最早出現(xiàn)的紅土鎳礦冶煉鎳鐵的技術，1875 年，在新喀里多尼亞小高爐就已應用，后法國也有采用，但該法因消耗大量優(yōu)質焦炭、污染嚴重而為人詬病。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)公司佐賀關冶煉廠的最后一座鎳鐵高爐熄火，標志著鼓風爐冶煉鎳鐵技術在歐美、日本等發(fā)達國家壽終正寢。
3、高爐法
鎳礦→脫水、燒結、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，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產， 具體操作與小高爐生產生鐵操作相似，特別適合于使用低Ni、高Fe 鎳礦生產低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 等氧化物進行還原，冶煉出鎳鐵，因而，在電爐冶煉過程中，調整合適的配炭量，限制FeO 還原，可生產出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，國內廠家生產含Ni 大于10％的產品時亦普遍采用。 主要冶煉設備為礦熱電爐，國內個別廠家也有使用與電弧爐結構相似的電爐生產（其設備最大容量為9 MVA），其鎳礦預處理方式，冶煉工藝的具體操作，精煉工藝設備配套情況及精煉效果均不盡相同，各項指標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→倒人反應包→向反應包加入45％硅鐵→倒包反應→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 等氧化物進行還原，生成鎳鐵。
據資料介紹，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進行還原，生成鎳鐵，與熱兌法生產微碳鉻鐵的反應機理和工藝操作基本相同，因而，可稱之為熱兌法工藝。
四、紅土鎳礦用回轉窯生產鎳鐵的工藝技術
大型焙燒還原回轉窯是整個紅土鎳礦冶煉工藝流程中關鍵設備之一，礦石經干燥后進入回轉窯，在回轉窯內加熱到800℃后去除礦石表面水分及結晶水，并部分還原礦石中的鐵、鎳和鈷氧化物，進入電爐熔煉�；剞D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）、所產高鎳鎳鐵質量高（含Ni20%左右），可直接用作不銹鋼的生產原料。
（4）、同時可作為鋼水熔煉時的冷卻劑。
熔煉方法和工藝如下：
預處理步驟是將原料紅土鎳礦磨細后, 與含碳物料和熔劑石灰石混合, 然后連續(xù)給入 回轉窯。在回轉窯中, 物料與煤燃燒所產生的熱氣流逆流運動,經受所有熔煉步驟--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窯出來就將它水碎,磨細后, 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, 其化學組成為
C0.1%, Ni18~22%, S0.45%, P0.015% 。此產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有利于連續(xù)加料和作為冷卻劑物料快速溶解�；剞D窯生產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(“回轉窯-礦熱爐”法)始于20 世紀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，由于產品質量好、生產效率高、而且節(jié)能環(huán)保，RKEF 工藝很快取代了鼓風爐工藝。隨著冶金科學技術的發(fā)展，RKEF 工藝也吸納了包括自動化、清潔生產在內的眾多最新技術成果，在設計制造、安裝調試和生產操作上日臻成熟，已成為世界上生產鎳鐵的主流工藝技術，占據統(tǒng)治地位。目前全球采用RKEF 工藝生產鎳鐵的公司有十幾家，生產廠遍及歐美、日本、東南亞等地，其中最大年產能達7～8 萬t 金屬鎳，在長期的經營中，盡管世界鎳行業(yè)風云變幻、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-雷恩熔煉法生產低鎳生鐵，在本公司的川崎廠用作生產低合金鋼。戰(zhàn)后，原料從鎳紅土礦改用從新喀里多尼亞的進口礦，并生產供日本國內用的煉不銹鋼用的粗鎳鐵，熔煉方法沒有改變。現(xiàn)在該廠以四臺回轉窯處理從新喀里多尼亞，菲律賓和印度尼西亞進口的礦石成功生產
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） 所產粗鎳鐵質量可直接用作不銹鋼生產原料，并同時作為熔煉的冷卻劑。
熔煉方法是簡單的，預處理步驟是將原料磨細后，與含碳物料和熔劑石灰石混合，后者用于調節(jié)含水量，然后制團。接著通過預熱器將團礦連續(xù)送入回轉窯。在回轉窯中，團礦與煤燃燒所產生的熱氣流逆流運動。經受所有熔煉步驟—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。然后將此產品怨我那個川崎鋼廠作為不銹鋼生產的鎳源。
粗鎳鐵呈直徑2—3 毫米的沙狀顆粒，并夾帶1-2%爐渣，其化學成分為C>0.1%, Ni 18-22%，
S 0.45%，P 0.015%。
此產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有利于連續(xù)加料和作為冷卻劑物料快速溶解。
當采用回轉窯進行大江山法操作時，熔煉事件應在半熔化而不是在溶化條件下進行。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 短期內國內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的開發(fā)，為中國鎳鐵業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了機遇。國內小高爐鎳鐵工藝和“燒結機-礦熱爐”鎳鐵工藝都存在高能耗、高污染、質量差的問題，正在被逐漸淘汰。
RKEF 工藝廣泛用于鎳鐵冶煉，技術成熟、節(jié)能環(huán)保，是國際上鎳鐵生產的最主要方法。研究中國特定的原料條件和能源結構，突破配料模型，回轉窯以煤粉為燃料的焙燒和還原，底吹氧氣轉爐冶煉等關鍵技術，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。
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| 紅土鎳礦回轉窯|紅土鎳礦烘干機——首選江蘇鵬飛集團：專業(yè)制造 銷量領先 |
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江蘇鵬飛集團成功開發(fā)紅土鎳礦回轉窯，該技術已快速進入生產應用領域。該技術應用在紅土鎳礦冶煉鎳方面已取得很不錯的經濟效益和社會效益。RKEF工藝優(yōu)勢明顯：提煉鎳含量高、雜質少；鎳的回收率高；能源消耗低。我國鎳金屬生產技術已有重大突破，擁有自主知識產權，紅土鎳礦生產出優(yōu)質鎳鐵。利用回轉窯冶煉紅土鎳礦石生產鎳生鐵，近期主要用戶及鎳礦回轉窯：
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序號 |
用戶名稱 |
設備名稱 |
設備規(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 |
回轉窯 |
φ4.4×100m |
3臺 |
鎳紅土焙燒 |
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2 |
江蘇康陽國際貿易有限公司
（江蘇德龍鎳業(yè)有限公司） |
回轉窯 |
φ4.4×100m |
18臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機 |
φ4.3×33.5m |
18臺 |
|
3 |
廣東廣青金屬科技有限公司 |
回轉窯 |
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 |
回轉窯 |
Φ5.2×118m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
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5 |
山東匯祥貿易有限公司 |
回轉窯 |
Φ4.85×75m |
3臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
φ4.3×34m |
3臺 |
|
6 |
廣東陽江世紀青山鎳業(yè)有限公司 |
回轉窯 |
φ4.6×100m |
4臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
Φ5×45m |
4臺 |
|
7 |
山東鑫海科技股份有限公司
(臨沂金海匯科技有限公司) |
回轉窯 |
φ4×60m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
φ4×40m |
2臺 |
|
8 |
唐山凱源實業(yè)有限公司
|
回轉窯 |
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
|
回轉窯 |
Φ4.85×75m |
1臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機 |
Φ4.3×34m |
|
|
10 |
廣西金源鎳業(yè)有限公司
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回轉窯 |
Φ4.8×110m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機 |
φ4.8×42m |
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