镍红土矿RKEF法工艺进展.doc

1、文 章 编 号 :1007 967X( 2012) 02 0034 04*镍 红 土 矿 法 工 艺 进 展RK EF秦 丽 娟 ， 赵 景 富 ， 孙 镇 ， 郑 鹏( 沈 阳 有 色 金 属 研 究 院 ， 辽 宁 沈 阳 110141)摘 要 : 介 绍 了 世 界 先 进 的 镍 红 土 矿 火 法 冶 炼 RKEF 法 ， 对 其 工 艺 流 程 进 行 了 详 细 的 说 明 ， 对 电 炉 和 回 转 窑 等 主 要 设 备 的 作 用 、 工 作 原 理 进 行 了 分 析 ， 以 世 界 范 围 内 先 进 RKEF 法 工 厂 的 操 作 参 数 为 依 据 对 电 炉 和

2、 回 转 窑 的 现 状 和 发 展 进 行 了 分 析 。 还 对 近 年 来 出 现 的 新 熔 炼 工 艺 进 行 了 探 讨 。关 键 词 : 镍 红 土 矿 ; RKEF 法 ; 回 转 窑 ; 电 炉中 图 分 类 号 :TF815 文 献 标 识 码 :B见 图 1。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 。 干 燥 回 转 窑 和 焙 烧 回 转 窑 的 燃 料 是 由 磨 煤 机 提 供 的 煤 粉 ， 煤 粉 通 过 直 吹 的 形 式 直 接 供 给 干 燥 窑 或 回 转 窑 。 作 为 配 料 加

3、 入 回 转 窑 中 的 还 原 煤 和 燃 料 煤 是 同 一 种 煤 ， 但 粒 度 有 所 区 别 。 干 燥 窑 在 窑 头 引 入 热 空 气 ， 通 过 顺 流 的 形 式 实 现 对 湿 矿 的 干 燥 ; 回 转 窑 采 用 逆 流 的 形 式 对 配 料 进 行 焙 烧前 言1含 镍 红 土 矿 是 由 含 镍 橄 榄 岩 在 热 带 或 亚 热 带 地区 经 长 期 风 化 淋 滤 变 质 而 成 的 ， 矿 层 一 般 形 成 几 层 ， 顶 部 是 一 层 崩 积 层 ， 含 镍 较 低 ， 一 般 弃 置 堆 存 ; 接 着 下 面 是 褐 铁 矿 层 ， 含 铁 多

4、 、 硅 镁 少 、 镍 低 、 钴 较 高 ， 一 般 采 用 湿 法 工 艺 回 收 金 属 ; 再 下 一 层 是 混 有 脉 石 的 残 积 层 矿 ， 含 硅 镁 高 、 低 铁 、 镍 较 高 、 钴 较 低 ， 这 类 矿 一 般 采 用 火 法 工 艺 处 理 1 3 。目 前 ， 世 界 范 围 内 的 红 土 镍 矿 火 法 冶 炼 主 流 工 艺 是 : 回 转 窑 焙 烧 电 炉 熔 炼 ， 即 RKEF 法 ， 世 界 先 进 的 RKEF 法 生 产 企 业 的 基 本 标 准 是 ， 一 条 生 产 线 具 有 160 t /h 处 理 能 力 的 回 转 窑 配

5、 套 80 MW 的 矿 热 炉 ， 每 年 处 理 将 近 1 3 亿 t 的 红 土 镍 矿 4 。 随 着 回 转 窑 和 电 炉 技 术 的 不 断 进 步 ， 例 如 回 转 窑 内 壁 上 的 环 状 挡 圈 的 应 用 、 热 源 的 改 善 ， 电 炉 电 极 遮 弧 技 术 和 电 炉 边 墙 铜 水 套 水 冷 系 统 的 应 用 5 等 ， 回 转 窑 和 电 炉 的 处 理 能 力 不 断 增 加 ， 使 一 条 RKEF 法 生 产 线 能 够 实 现 一 台 240 t /h 回 转 窑 配 套 一 台 120 MW 的 电 炉 6 ， 每 年 处 理 2 亿 t

6、镍 红 土 干 矿 ( 含 镍 2% ) 。 下 面 我 们 对 RKEF 法 的 工 艺 流 程 及 其 主 要 设 备 电 炉 和 回 转 窑 的 作 用 、 工 作 原 理 、 操 作 参 数 及 新 工 艺 等 进 行 探 讨 。和 预 还 原 收 尘 设 备 全 部 采 用 布 袋 收 尘 器 干 燥 窑。 ， 、回 转 窑 、 电 炉 等 三 种 烟 尘 经 收 集 后 按 照 一 定 比 例 用压 球 机 进 行 团 料 的 制 备 。图 1 RKEF 法 工 艺 流 程 图主 要 设 备 如 下 : 干 燥 窑 : 1 m 10 m; 回 转 窑 : 1 5 m 12 5 m;

7、矿 热 电 炉 : 圆 形 ， 炉 壳 直 径 3 4 m， 高 度 2 5 m;电 极 : 石 墨 电 极 ;RK EF 法 工 艺本 文 以 沈 阳 有 色 金 属 研 究 院 红 土 镍 矿 火 法 RKEF 法 冶 炼 试 验 基 地 为 例 ， 介 绍 RKEF 法 的 主 要 工 艺 流 程 和 基 本 设 备 。 RKEF 法 工 艺 流 程 为 : 干 燥 回 转 窑 干 燥 焙 烧 回 转 窑 预 还 原 电 炉 还 原 熔 炼 ，2收 稿 日 期 :2011 10 09作 者 简 介 :秦 丽 娟 ( 1979) ， 女 ， 研 究 生 ， 工 程 师 ， 主 要 从 事

8、镍 红 土 矿 冶 炼 、 炉 渣 综 合 利 用 等 研 究 工 作 。*变 压 器 : 1 000 kVA;压 球 机 : 350 型 1MQJ。回 转 窑窑 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 的 焙 砂 中 的 镍 以 金 属 Ni 和 Ni2 + 两 种 形 式 存 在 7 ， 干 矿 中 的 大 部 分 铁 也 被 还 原 为 Fe2 + 。 焙 砂 通 过 焙 砂 运 输 系 统 输 送 到 电 炉 。 回 转 窑 的 烟 气 由 窑 尾 排 出 ， 经 收 尘 装 置

9、收 尘 后 ， 由 专 用 烟 道 排 到 空 气 中 。33 1 作 用回 转 窑 在 整 个 镍 红 土 矿 RKEF 法 流 程 中 的 作 用 ， 有 如 下 几 点 :使 红 土 矿 表 面 水 分 彻 底 蒸 发 ;脱 除 镍 红 土 矿 的 结 晶 水 ， 即 烧 损 ;预 还 原 反 应 部 分 还 原 矿 石 中 的 铁 、 镍 和 钴( 1)( 2) ( 3) 氧 化物 ;( 4) 焙 砂 加 热 到 800 左 右 。图 2 RKEF 法 回 转 窑 工 作 原 理 图例 : 某 企 业 采 用 2 台 回 转 窑 干 燥 ， 干 燥 窑 规 格 为在 这 里 要 说 明

10、 的 是 ， 干 燥 回 转 窑 是 跟 据 处 理 矿物 的 情 况 而 选 定 的 。 我 国 采 用 RKEF 法 的 镍 铁 生 产 企 业 ， 多 数 使 用 来 自 缅 甸 、 印 度 尼 西 亚 等 东 南 亚 国 家 的 镍 红 土 矿 ， 其 特 点 之 一 是 含 水 量 比 较 高 ， 最 高 可 达35% 左 右 ， 在 这 种 情 况 下 ， 多 选 用 干 燥 回 转 窑 对 原 矿 进 行 干 燥 ， 减 少 矿 粘 黏 ， 降 低 整 个 RKEF 法 流 程 中 的 烟 尘 产 量 ， 减 少 原 矿 中 镍 的 损 失 。m， 燃 料 为 粉 煤 ， 矿 石

11、 含 水 由 30% 5 0 m 40 35% 干 燥 至 20% 22% 。 干 燥 矿 石 、 还 原 煤 、 烟 尘粒 料 通 过 胶 带 运 输 机 加 入 回 转 窑 。 回 转 窑 规 格 为 5 5 m 115 m， 两 台 回 转 窑 ， 混 合 物 料 在 回 转 窑 内经 脱 水 、 预 热 、 焙 烧 及 部 分 还 原 产 出 775 的 焙 砂 ，焙 砂 通 过 焙 砂 运 输 系 统 自 动 输 送 到 电 炉 熔 炼 系 统 。3 3 主 要 操 作 参 数表 1 列 出 了 世 界 范 围 内 一 些 处 理 镍 红 土 矿 回 转 窑 的 操 作 参 数 。工

12、 作 原 理镍 红 土 矿 在 回 转 窑 中 干 燥 、 收 尘 、 还 原 等 的 处 理 过 程 ， 如 图 2 所 示 ， 燃 烧 器 设 置 在 窑 头 ， 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3 2表 1 回 转 窑 操 作 参 数参 数 Larco Loma de Niquel Hyuga Pamco Cerro Matoso P T Inco回 转 窑 编 号 2 和 3 1 4 1 和 2 3 和 5 2 3 6 1 2 1 3 4 5炉 壳 直 径 ( m) 4 2 5 2 6 1 5 4 8 5

13、 25 5 5 4 6 6 1 6 0 5 5 6 6长 度 ( m) 90 90 125 120 105 100 115 131 185 135 100 115 135燃 料 油 /煤 天 然 气 煤 煤 天 然 气 油干 矿 含 水 ( % ) 6 15 20 25 24 10 12 20还 原 剂 褐 煤 煤 烟 煤 煤 烟 煤 油 /烟 煤烟 尘 率 ( % ) 8 11 20 25 24 25 12 15 22 25 15 20焙 砂 放 出 温 度 ( ) 700 800 850 850 900 950 1 000 800 850 700 750生 产 能 力 ( t /h) 41

14、 69 107 81 83 86 103 86 158 95 121 128回 转 窑 内 部 体 积 ( m3 ) 916 1 496 2 994 1 943 1 553 1 802 2 294 1 763 4 620 3 253 1 995 2 771 3 253生 产 效 率 ( kg /h m3 ) 45 46 36 42 53 48 45 49 34 48 48 44 39从 表 1 可 以 看 出 ， 目 前 回 转 窑 的 直 径 范 围 在4. 2 6 1 m， 长 度 90 158 m; 进 料 干 矿 含 水 量 6% 25% ; 还 原 剂 以 烟 煤 为 主 ; 烟 尘

15、 率 均 控 制 在 25% 以 内 ; 焙 砂 放 出 温 度 700 1 000 ; 生 产 效 率 最 高 可 达 53 kg /h m3 。烟 气 经 收 尘 装 置 收 尘 后 排 入 大 气 ， 烟 尘 回 收 制 粒 再处 理 。4 1 电 炉 构 造电 炉 的 形 状 有 圆 形 、 矩 形 。 圆 形 电 炉 是 3 根 电极 ， 炉 膛 面 积 可 达 330 m2 ; 矩 形 电 炉 是 6 根 电 极 ， 炉膛 面 积 可 达 390 m2 。 P T Inco( 印 尼 ) 、 Cerro Matoso( 哥 伦 比 亚 ) 、 SNNC( 新 喀 ) 均 采 用 的

16、 是 世 界 上 最 先 进 的 圆 形 电 炉 8 ， 电 炉 功 率 可 达 94 MW。 世 界 先 进电 炉 的 主 要 操 作 参 数 见 表 2。圆 形 电 炉 的 3 根 电 极 排 列 成 等 边 三 角 形 ， 矩 形 电 炉 的 6 根 排 成 一 列 ， 电 炉 的 电 压 是 平 均 分 配 给 每电 炉4焙 砂 在 电 炉 里 进 行 熔 炼 ， 产 出 粗 镍 铁 和 炉 渣 。粗 镍 铁 接 下 来 将 进 入 精 炼 系 统 ， 炉 渣 冷 却 后 ， 堆 存 或 回 收 再 利 用 。 电 炉 熔 炼 产 生 的 烟 气 在 电 炉 炉 膛 上 部空 间 燃

17、烧 后 ， 通 过 烟 道 进 入 烟 气 冷 却 装 置 ， 冷 却 后 的有 色 矿 冶 第 28 卷36根 电 极 的 ， 例 如 ， 120 MW 的 电 炉 ， 矩 形 仅 需 20 MW的 电 极 6 根 ， 圆 形 需 要 40 MW 的 电 极 3 根 ， 对 于 圆 形 电 炉 电 极 的 电 压 和 功 率 可 能 会 超 出 现 有 的 范 围 。 矩 形 电 炉 还 可 以 实 现 炉 身 在 三 个 尺 寸 上 进 行 弹 簧 紧 固 ， 给 电 炉 内 炉 衬 连 续 的 压 力 ， 保 证 耐 火 衬 砖 一 直 紧 密 的 结 合 ， 防 止 金 属 或 炉 渣

18、 渗 入 砖 缝 而 产 生 松 动 ， 提 供 可 靠 的 电 炉 结 构 稳 定 性 。表 2 世 界 先 进 电 炉 的 操 作 参 数辐 射 产 生 的 大 部 分 功 率 ， 传 送 到 进 料 层 ， 比 单 独 的 熔池 直 接 产 生 热 量 更 加 有 效 10 。结 论5从 19 世 纪 50 年 代 开 始 ， 回 转 窑 电 炉 法( RKEF 法 ) 成 为 红 土 矿 中 提 取 镍 铁 的 主 要 方 法 ， 随 着 技 术 发 展 ， 回 转 窑 和 电 炉 的 生 产 效 率 逐 渐 提 高 ， 冶 金 工 作 者 为 了 实 现 了 更 低 的 能 耗 、

19、更 稳 定 的 运 行 、 更 高 的 投 资 回 报 而 不 断 努 力 。镍 铁 企 业电 炉 参 数 Falcondo SLN CerroMatoso P T Inco SNNC ( 1) RKEF 法 工 艺 流 程 为 : 干 燥 回 转 窑 干 燥 电 炉 形 状电 炉 尺 寸 ( m) 炉膛 面 积 ( m2 ) 电极 数 量 电 极 直径 ( mm) 额 定 功率 ( MW )矩 形 矩 形 圆 形 圆 形17 0ID22731 800753302544241 0502 3100圆 形21 0ID34631 8009427031 320408001 7100焙 烧 回 转 窑

20、预 还 原 电 炉 还 原 熔 炼 ;( 2) 回 转 窑 的 主 要 功 能 是 干 燥 和 预 还 原 ， 尺 寸 最 大 可 达 6 1 m 185 m， 生 产 效 率 最 高 可 达 53 kg /h m3 ;7 3 22 9 11 6 30 6 21 0ID16761 0206539010 875129006 85035561 4006518510 880 10034631 800752152548231 1001 15100炉 膛 功 率 密 度 ( kW /m2 )每 根 电 极 功 率 ( MW ) 每 根 电 极 电 阻 ( mohm) 电 极 电 流 ( kA) 每 根

21、电极 电 压 ( V) 功 率 /熔 池功 率 比熔 池 功 率 密 度 ( kW /m2 )( 3) 矩 形 电 炉 比 圆 形 电 炉 具 有 炉 膛 面 积 大 、 结构 稳 定 、 平 均 每 根 电 极 低 等 的 优 点 ， 将 成 为 未 来 电 炉结 构 的 趋 势 ;( 4) 电 炉 电 极 遮 弧 技 术 和 电 炉 侧 墙 铜 水 冷 系 统技 术 的 结 合 ， 不 仅 克 服 了 埋 弧 技 术 热 量 损 耗 等 缺 点 ，而 且 增 加 了 热 量 传 递 的 效 率 ， 大 大 提 高 了 电 炉 的 生产 效 率 ， 将 逐 渐 取 代 埋 弧 技 术 。参

22、考 文 献 :4 2 熔 炼 工 艺从 19 世 纪 70 年 代 开 始 ， 传 统 的 埋 弧 熔 炼 方 式 用 于 对 镍 红 土 矿 的 处 理 ， 电 炉 的 功 率 传 送 方 式 如 图3 所 示 ， 但 是 很 快 发 现 ， 电 炉 侧 壁 的 冷 却 装 置 会 造 成 能 量 的 消 耗 引 起 电 炉 侧 壁 炉 衬 的 磨 损 和 熔 融 的 腐 蚀 性 炉 渣 的 搅 拌 ， 会 限 制 电 炉 内 熔 池 直 接 产 生 的 热 量 的 传 输 9 。 1 徐 小 锋 红 土 镍 矿 预 富 集 还 原 熔 炼 制 取 低 镍 铁 合 金 研 究 D 长 沙 :

23、 中 南 大 学 资 源 加 工 与 生 物 工 程 学 院 ， 2007王 成 彦 ， 尹 飞 ， 陈 永 强 ， 等 国 内 外 红 土 镍 矿 处 理 技 术 及 进 展 J 中 国 有 色 金 属 学 报 ， 2008， 18( E01) : 1 8 2 3 张 莓 我 国 火 法 冶 炼 红 土 镍 矿 进 展 J 国 土 资 源 情 报 ， 2008( 2) : 29 32 4 A E M W arner， C Diaz， A D Dalvi， P J Mackey， A V Tara- sov， W orld Nonferrous Smelter Survey， Part : N

24、ickel: Laterite J Journal of Metals( JOM ) ， April， 2006: 11 20 5 G Hatch， B W asmund， Cooling Devices For Protecting RefractoryLinings of Furnaces P ， United States Patent ， 3， 849， 587， No- vember 19， 1974C W alker Kashani Nejad， A D DALVI， N Voermann， I Candyand B W asmund， Future of Rotary Kiln

25、Electric Furnace( RKEF) Processing of Nickel Laterites A ， Proceedings of the 6图 3 埋 弧 熔 炼 European Metallurgical Conference C ， EMC 2009， Innsbruck，Austria， 28 June 1 July， 2009R A Bergman， Nickel Production from Low Iron Laterite Ores:Process Descriptions J CIM Bulletin， Vol 96， No 1072， June / Ju

26、ly 2003: 127 138C W alker S Kashani Nejad， N Voermann， I Candy and BW asmund， Evolution and Future of Rotary Kiln Electric Furnace( RKEF) Plants for Smelting of Nickel Laterites A ， Proceedings of 2008 ALTA Nickel Cobalt， Copper Uranium Conference C ， Perth， Australia， 16 20 June 2008F Archibald， G

27、Hatch， Electric Are Furnace Operation P ， Unit- ed States Patent 3， 715， 200， February 6， 1973N Voermann T Gerritsen， I Candy F Stober， A Matyas， Fur- 7 8图 4 遮 弧 熔 炼近 年 来 ， 出 现 了 提 高 电 炉 熔 炼 能 力 的 两 项 重 要 技 术 ， 即 电 极 遮 弧 技 术 侧 墙 铜 水 冷 系 统 技 术 。 遮 弧 熔 炼 技 术 的 功 率 传 送 方 式 ， 如 图 4 所 示 ， 配 合 侧 墙 的 水 冷 铜

28、 水 套 ， 耐 火 炉 衬 并 没 有 被 侵 蚀 ， 而 是 在 炉 墙 的 高 温 面 上 ， 炉 渣 凝 固 形 成 一 层 保 护 层 ， 这 样 ， 由 电 弧 9 10nace Technology for Ferro Nickel Production an Update A ，International Laterite Nickel Symposium Charlotte C ， NorthCaroliana， U S A， TMS March 14 18， 2004: 563 577(下 转 第 39 页 )的 延 长 逐 渐 增 大 ， 当 脱 锡 时 间 为 5 mi

29、n 时 ， 表 面 平 均粗 糙 度 值 由 0 121 m 达 到 1 074 m， 脱 锡 的 效 率 达 到 97 3% 。 高 锰 酸 钾 亚 硝 酸 钠 体 系 的 脱 锡 剂 对 导 电 辊 材 质 腐 蚀 性 较 小 。参 考 文 献 : 1 Metal bulletin research Coated steels monthly J /OL 2006， ( 1) ( 12) 2 Metal bulletin research Coated steels monthly J /OL 2007，( 1) ( 12) 兰 兴 华 世 界 镀 锡 板 生 产 能 力 和 生 产 技

30、术 改 进 J 中 国 金 属 通 报 ， 2005， ( 2) : 12 13图 2 模 拟 导 电 辊 粗 糙 度 的 变 化1粗 糙 度 曲 线 ; 2轮 廓 曲 线( a) 1 min; ( b) 2 min; ( c) 3 min; ( d) 4 min; ( e) 5 min 3 4 宋 加 我 国 镀 锡 板 生 产 技 术 的 发 展 及 几 点 建 议 J 轧 钢 ，2007， 24 ( 4) : 35 38朱 成 电 热 高 效 吹 锡 器 P CN2144037， 1992 08 03 李世 厚 ， 石 道 民 ， 张 宗 华 白 钨 矿 药 剂 处 理 电 选 除 锡

31、方 法 P CN1010767， 1986 05 27戴 明 山 ， 谢 里 阳 ， 钱 钢 ， 符 寒 光 ， 范 光 杰 ， 宋 锦 春 ， 夏 永 发 一 种 脱 锡 液 及 其 制 备 工 艺 和 用 途 P CN1619013， 2005 05 25符 寒 光 ， 闰 丽 芬 电 镀 锡 机 组 软 熔 导 电 辊 脱 锡 技 术 研 究 J 钢 铁 钒 钛 ， 2006， 27( 3) : 44 474 结 论 5 6综 述 了 脱 锡 剂 的 研 究 进 展 。 研 究 了 不 同 酸 性 脱锡 剂 对 导 电 辊 脱 锡 效 果 ， 脱 锡 剂 三 氯 化 铁 、 高 锰 酸

32、钾 、 双 氧 水 、 亚 硝 酸 钠 和 重 铬 酸 钠 均 有 一 定 的 脱 锡 效 果 ， 但 脱 锡 剂 高 锰 酸 钾 脱 锡 效 果 较 好 ， 脱 锡 速 度 快 ， 脱 锡 速 度 达 0 023 g /cm2 。 在 高 锰 酸 钾 体 系 中 添 加 亚 硝 酸 钠 ， 脱 锡 效 果 略 有 提 高 。 粘 锡 的 模 拟 导 电 辊 脱 锡 过 程 表 明 ， 其 表 面 平 均 粗 糙 度 值 随 着 脱 锡 时 间 7 8Effect of Acid Removing Tin Agent on Reflow Conductor Roll of Tinplate S

33、etZHU Guo-he1 ， LI Jian-zhong2 ， DENG Bi-tao2 ， SHAO Xiong-feng2 ， W ANG Zhi-cheng2( 1 Cold Rolled Sheet Plant， Baoshan Iron Steel CO ， LTD ， Shanghai 200431， China;2 School of Metallurgy and Materials， Northeastern University， Shenyang 110004， China)Abstract: Research of the tin agent is overviewed

34、 The effects of different acid removing tin agent on removing tin of reflow conductor roll The results show that the removing tin agent of potassium permanganate presents the better effect of removing tin， which is have a characteristics of high removing tin speed of 0 023 g /cm2 In addition， the ad

35、ditive effect of sodium nitrite improves removing tin The removing tin process of simulated conductive rolls shows that the simulated average surface roughness value of conductive roller 1 074 m at time of 5 min， and removal ef- ficiency is of 97 3% The agent of potassium permanganate sodium nitrate

36、 system has less corrosive properties of conductive rollKey words: acid removing tin agent; tinplate; reflow conductor roll effect 檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸檸 (上 接 第 36 页 )Nickel Laterite Rotary Kiln electric Furnace Process and DevelopmentQIN Li-juan， ZHAO Jing-fu， SUN Zhen， ZHEN

37、G Peng( Shenyang Research Insititute of Nonferrous Metals， Shenyang 110141， China)Abstract: This paper reviews the Rotary Kiln Electric Furnace( RKEF) for ferronickel from laterites， shows the details of its process， analyzes the function and principle of the Rotary Kiln and Electric Furnace， analyzes its pres- ent situation and development according to operating parameter of technologically advanced plants in the world Re- cent developments in kiln and furnance technology are investigatedKey words: nickel laterite; RKEF; rotary kiln; electric furnance