回转窑直还原生产镍铁粉工艺的难点分析及改进措施

2018-04-23   作者：佚名   网友评论 0 条

本文通过对红土镍矿回转窑直还原生产镍铁粉的工艺难点进行了分析介绍，主要从红土镍矿的成分波动，金属品位降低，冶炼强度增加等原料方面、成球率及成球强度低的压球方面、耐材及工艺操作对窑体作业率的影响方面、选矿破碎粒度及磁选分离效果对回收率的影响方面等四方面指出了该工艺目前存在的问题。

　　1前言

　　近年来，随着高品位、易开采的硫化镍矿日益枯竭和国内不锈钢产业的快速发展，低品位红土镍矿的开发和利用受到越来越多的关注（1）。红土镍矿处理工艺主要分为湿法冶炼工艺和火法冶炼工艺，世界范围内比较成熟的利用红土镍矿冶炼镍铁的工艺方法仍旧以火法冶炼为主。其中火法冶炼中利用较广泛的是RKEF（主要工艺是回转窑焙烧-电炉熔炼）法。但是，利用RKEF法冶炼低品位红土镍矿，耗电量大，电炉操作要求高，生产成本高，因此，红土镍矿回转窑直还原生产镍铁粉工艺以其能耗低，成本低，流程短的优势也逐渐出现在人们的视野。北海诚德公司回转窑分厂直还原生产镍铁粉工艺自2014年投产以来，经历了数次的大修及多次技改，不管是在设备选型使用还是生产操作以及工艺技术水平上，都有了很大的提高，可是就目前市场经济情况来看，如何对该工艺进行进一步改良，推进降本增效，是该工艺发展将必然面临的问题。

　　2回转窑直还原生产镍铁粉工艺的难点分析

　　2.1原料供应质量下降

　　原料质量下降，主要体现在红土镍矿上，自印尼禁止原矿出口以后，公司红土镍矿的主要用矿从菲律宾进口，原矿成分变化非常大，主要体现在两个方面，一是原矿的金属含量由原来的20%下降到16%，甚至更低，镍由原来的1.8～2.0%降低到1.6%以内，使得冶炼的各项消耗指标都上涨，成本提高，产品产、质量下降；在保证回收率不变的情况下，原料金属量每下降1%，工艺成本和加工成本均升高，制造成本升高约500元；二是原矿的镁硅比从原来的0.4提高到目前的0.7，增加了冶炼难度，提高冶炼温度，煤耗上涨的同时，也对耐材及选矿破碎设备提出了更高的要求。

　　2.2入窑球的成球率及成球强度有待提高

　　回转窑直还原生产镍铁粉工艺中，将小于3mm占80%以上的粉料进行压球（43mm×42mm×20mm)处理入窑，对窑的稳定生产有着重要的积极影响，可有效消除窑内中低温段的窑壁冷凝结壁现象，保持窑内通风，有利于窑内操作，延缓结圈，并增加入窑量，减少烟尘量，同时还能达到煅烧充分，均匀的效果，提高还原率，增加回收率。但目前本分厂工艺的成球率在75%-85%波动，且成球强度有待提高，成球率和成球强度低导致返矿量增多，虽然设计了循环利用，但是二次压球对新料的成球率也造成了一定影响，灰量较大，形成恶性循环。另外成球强度还体现在窑尾料在入窑过程中的除尘灰量，经由窑尾料管落差给料，部分球受到损坏，约10-20%的粉尘经由窑尾高温风机抽离窑体，一方面造成了窑尾烟道的清理问题，对通风造成不利影响，进而对窑操造成不良影响；另一方面也造成了入窑效率降低，同时也增加工序电耗，每增加1%的窑尾灰，则吨镍铁将增加电耗约8度电；因此，解决成球率及成球强度的问题，将直接影响工序能耗和产品成本。

　　2.3回转窑作业率低，产量低

　　回转窑直还原生产镍铁粉工艺作业率低，产量低，主要体现在两个方面，一是工艺技术上，由于该窑在生产过程中，不可避免的将出现结圈现象，而窑体生产过程中一直处于转动状态，且窑头燃烧器火焰长度有限，处理范围也受到限制，所以一般正产生产3个月后，均需要停窑，对窑内结圈进行人工处理。二是耐材问题，该工艺具有渣含量高，波动大，黏度低的特点，且工况温度高，对耐火材料的性能要求十分苛刻（2），从目前使用情况来看，高温段耐材本身的耐火度，耐磨性，抗剥落性能存在一定的问题，无法达到在该工况情况下，连续生产10个月的要求，大修后的新窑在六个月左右将会出现因耐材磨损变薄，剥落，断层等现象，被迫停产的现象，同时小修后的窑体耐材整体稳定性较差，这使得窑体作业率下降，同时，为了保护耐材，窑头操作也会受限，导致产量降低。

　　选矿破碎磁选分离不彻底，回收率及产品质量波动大选矿过程的目的是将烧结矿粉碎，使得烧结矿中的镍铁与矿渣分离，然后利于磁选工序，得到稳定、高纯度的镍铁粉金属产品；就分厂目前生产情况来看，由于镍铁矿中有可见镍铁颗粒，且烧结矿中氧化镁含量高，虽有鄂破，对辊破，但是破碎粒度仍存在问题，导致渣铁分离不完全，特别是当回转窑工段的窑况不稳定时，含渣镍铁粉的产品金属品位受回转窑煅烧情况影响大，在选矿过程中的可控性就变小，金属回收率在75%-85%波动，镍铁品位由40%-70%波动，这也对下道工序的稳定生产产生不利影响，因此，提高选矿车间的破碎和磁选效果，是本工艺对回收率控制的最后关卡，也是控制成本的关键措施。

　　3工艺改进及发展方向

　　3.1寻找合适的添加剂

　　红土镍矿回转窑直还原生产镍铁粉工艺，可直接将产品应用到不锈钢生产工艺中去，相对于其它火法工艺来说，虽然具有能耗小，成本低的优势，但是工艺技术仍不稳定，由于红土镍矿本身的特殊性，针铁矿与硅酸盐矿物混杂交生，形式复杂，增加了镍、铁的还原富集难度，同时，窑尾入窑料的成球率和成球强度还有待提高，物料在1250℃-1400℃的高温中煅烧，还原分离不彻底，所以开发和制备出具有化学吸附性，选择性催化还原镍氧化物，抑制铁氧化物和促进金属相晶粒长大，强化球团固结与球团热稳定性的添加剂进行工业试验，是使该工艺达到节能降耗，减少成本非常必要的措施之一；如目前已知的中南大学研究一种复合添加剂在实验室可有效降低煅烧温度200度等，同时，添加碳酸钠（3）可显著改善红土镍矿的还原，磁选效果，提高金属回收率，获得高品位金属的镍铁粉产品。

　　3.2研究开发新的耐材

　　回转窑耐材的好坏对其作业率，产量影响非常大，导致各项消耗，成本影响也大；根据数年的生产情况综合来看，回转窑在耐材的选择上，需要在其抗热震性，侵蚀性，导热性上作出更高的要求，使高温段砖的寿命更长。同时，在结构上，应充分重视不同窑体段的工况情况，采用不同类型的耐材，如窑体高温段，应以高压成型的砖体砌筑为主，窑口可采用预制件砌筑模式，相对于传统的窑口浇注料，耐磨性能将更好，当然，还需要对窑口结构进一步进行优化研究，以提高使用寿命。

　　3.3加强余热利用

　　目前厂内该工艺的余热利用率较低，应在窑尾高温废气余热、筒体散热余热，水淬烟气余热等方面考虑使用问题，以达到节能降耗，节约成本的目的。

　　例如有提出的将窑口高温烧结矿的水淬冷却方式改为罐式氮气冷却，在避免了镍铁氧化的同时，也将高温烧结矿的热能进行最大化利用。

　　3.4对选矿进行设备技改

　　磁选车间烧结矿破碎难度比较大，如何开发和选用合适的破碎机型号是保证烧结矿渣铁分离效果和镍铁品位的提高，为下道工序提供有利条件的保障，例如采用高压辊磨进行选择性破碎磨矿，提高磁选分离铁、镍金属的有效富集。

　　选矿车间的磁选设备是本生产工艺的关键设备，在生产过程中，我们应从磁选机给料粒度和铺料厚度，矿浆物料的浓度情况以及磁选机本身的转速大小，磁系偏角大小，磁场强度，磁选机工作间隙大小等方面进行管理，摸索总结，以开发和选用新型设备更有利于提高回收率，降低生产成本也是本工艺改进发展的一个重要举措。

　　4结语

　　（1）红土镍矿回转窑直还原生产镍铁粉工艺虽有能耗小，成本低的优势，但仍存在原料成分波动大，冶炼性能差，成球率及成球强度低，窑体作业率低，选矿回收率，产品质量波动大的一些问题；

        （2）在现有工艺基础上，应在研发添加剂，原料加工，耐材选择，加强余热利用，选矿设备选型技改等方面进行改进措施，以寻求更好的发展；

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