浅谈矿热炉冶炼镍铁工艺
中冶华天南京工程技术有限公司王刚
摘要：本文介绍了从红土镍矿提炼镍铁几种不同的冶炼工艺，并着重分析了矿热炉冶炼镍铁工艺RKEF法，此工艺成为当前我国红土镍矿处理的主要方法。研究开发高效、流程短、低耗能、环保等镍铁冶炼新工艺已经成为未来开发的趋势。
关键词：镍铁；矿热炉；RKEF法
1 前言
金属镍具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性，耐腐蚀，能磁化等一系列特性，广泛用于不锈钢、高温合金、电镀和化工等行业，在国民经济的发展中具有极其重要的地位。全球约2/3的镍用于生产不锈钢，镍原料的成本占奥氏体不锈钢生产成本的70%左右。
镍原料多数源自红土镍矿，红土镍矿资源为硫化镍矿岩体风化―淋滤―沉积形成的地表风化壳性矿床，世界上红土镍矿分布在赤道线南北30度以内的热带国家。我国镍矿资源储量中70％集中在甘肃。
红土型镍矿可以生产出氧化镍、硫镍、铁镍等中间产品，其中硫镍，氧化镍可供镍精炼厂使用，以解决硫化镍原料不足的问题。至于镍铁更是便于用于制造不锈钢，降低不锈钢的生产成本。
2 镍铁火法冶炼工艺分类
含镍硫化矿目前主要采用火法处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶炼铜镍硫吹炼镍精矿电解得金属镍。氧化矿主要是含镍红土矿，其品位低，适于湿法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理是镍铁法。
2.1 高炉法
高炉生产生铁历史悠久，但普遍使用高炉生产镍铁还是中国人发明（刘光火）和研究的结果。
高炉生产镍铁的流程主要是：矿石干燥筛分（大块破碎）——配料——烧结——烧结矿加焦炭块及熔剂入高炉熔炼——镍铁水铸锭和熔渣水淬——产出镍铁锭和水淬渣。
工艺流程当中的高炉熔炼有很大的缺点：
（1）要用优质的焦炭作为熔炼的燃料，焦炭的耗能量很大，能耗高；
（2）产品镍含量通常在2~8％，大多在5％以下，镍品位低，杂质含量高，一
般用于200系的不锈钢生产。
（3）在冶炼的过程中有害气体的排放量大，比如为了增加炉渣的流动性而添加萤石，萤石加入量占炉料总量的8~15％，然而在国内，镍铁小高炉没有设置脱氟设备，全部放散，从而导致排放的高炉烟气中含有大量有害的含氟气体。
（4）红土镍矿可分为高铁低镁(低镍)、低铁高镁(高镍)红土镍矿，两种不同类型原料。而当红土矿含镍1.5%、含铁35%时比较适合小高炉熔炼，可产出含镍约4%的低镍生铁。但如果是低铁高镁(高镍)矿用小高炉熔炼，那么就会导致高炉的产渣量大、粘度大情况，从而难以保证炉况顺行。
（5）由于炉料强度低，所以只能采用小型高炉(矮高炉)生产镍铁，而无法进行大规模的生产。
（6）小型高炉生产镍铁的成本较高。
2.2 电炉（矿热炉）法
这里的电炉指被称作矿热炉的电弧炉的一种，矿热炉冶炼镍铁工艺流程是：原矿干燥及大块破碎——配煤及熔剂进回转窑彻底干燥及预还原——矿热炉还原熔炼——镍铁铁水铸锭及熔渣水淬——产出镍铁锭（或水淬成镍铁粒）和水淬渣。
该工艺通常是指回转窑加矿热炉工艺，在国外已有几十年的生产历史，有一套较成熟的技术和理论，国内也有少数厂家有几年的生产历史，但都是小设备生产，技术问题很多，效益也不好，近期有数家企业陆续投产和正在建设上规模的生产线。
该工艺可以用任何铁镍品位的矿石生产任何含镍量的镍铁，技术上是在回转窑阶段控制铁的还原率来实现的（镍全部还原成金属、铁部分还原成金属和低价氧化物），这是该种工艺的最大特点，也是其具有生命力的原因，但由于矿热炉耗电巨大致使其生产成本偏高，另外缺电地区也无法建厂。
2.3 回转窑直接还原熔炼法
回转窑直接还原熔炼工艺几乎称得上是一项古老的工艺，日本采用该工艺生产镍铁（粒状镍铁，直接用于冶炼不锈钢）已有60余年的历史。
该工艺基本流程是：原矿干燥（大块破碎和磨矿——配加还原煤和熔剂——入回转窑还原和熔炼——熔块水淬——水淬渣和镍铁粒破碎、磨矿、磁选——产出镍粒铁和细
熔渣。
3 矿热炉冶炼镍铁低成本生产工艺（RKEF法）
RKEF工艺技术(“回转窑-矿热炉”法)始于20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，由于产品质量好、生产效率高、而且节能环保，RKEF 工艺很快取代了鼓风炉工艺。随着冶金科学技术的发展，RKEF工艺也吸纳了包括自动化、清洁生产在内的众多最新技术成果，在设计制造、安装调试和生产操作上日臻成熟，已成为世界上生产镍铁的主流工艺技术，占据统治地位。目前全球采用RKEF工艺生产镍铁的公司有十几家，生产厂遍及欧美、日本、东南亚等地，并处在长期的经营中。
在世界范围，以廉价的红土镍矿为原料，采用RKEF火法冶炼镍铁的工艺技术具有很强的适用性和经济性。
3.1 RKEF工艺介绍
3.1.1对原料的要求
对于“回转窑(RK)-矿热炉(EF)”流程，矿石成分很重要，有3个指标是采用RKEF工艺应该关心的：
(1) Ni品位，希望在1.5以上，最好2.0以上。
(2) Fe／Ni，希望在6~10，最好接近6，中Ni品位高；如果Fe／Ni>10，则很难冶炼出含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3个条件只是合适的条件，而不是必须的条件，在矿石条件不符合上述要求时，可以生产品位较低的镍铁，技术经济指标将受到影响。
还原剂（烟煤或无烟煤均可)和石灰石也是RKEF工艺所必需的，这两种原料在我国资源丰富，容易得到。
3.1.2典型工艺流程、主体设备结构
(1) 生产流程
原料场(红土镍矿)→破碎、筛分→干燥→混匀配料→回转窑→矿热炉→铁包脱硫→精炼转炉→浇铸。在这个基础上，发展了对原料预干燥、原料制球、回转窑节能和余热发电、矿热炉高效冶炼和低熔点渣系配料、采用底吹或侧吹精炼转炉替代顶吹转炉、镍铁粒化等技术，适用于不同条件的工厂。
(2) 工艺概述
