紅土鎳礦冶煉工藝技術

紅土鎳礦冶煉工藝技術，是一種用於冶煉鋼鐵的工藝技術。

基本介紹

• 中文名：紅土鎳礦冶煉工藝技術
• 外文名：暫無
• 分類：例如：人物，歷史，學者

介紹

我國鋼鐵年產量已連續多年居世界第一，成為名副其實的世界鋼鐵大國。作為衡量世界鋼鐵強國標誌之一的高性能、高附加值的我國不鏽鋼年產量2007年已達到720萬噸左右，已連續3年居世界首位，其中含高鎳的300系列不鏽鋼產量約占58%左右

我國是一個鎳資源相對貧乏的國家，相當大部分依賴進口。傳統的從硫化鎳礦中提取鎳金屬已有近百年歷史，工藝成熟，但經百年開採，地球上硫化鎳礦資源日漸枯竭，因此用氧化鎳礦（俗稱：紅土鎳礦）提取鎳金屬正逐步成為世界提取鎳金屬的主流。

我國作為世界鎳礦與鎳金屬進口的第一大國，針對從鎳礦中提取鎳金屬不同工藝的特點，研究並探索一條適合我國國情的鎳金屬生產發展道路，建議政府有關部門制定相應的戰略與策略，對確保我國不鏽鋼與特鋼產業持續健康發展必須的鎳資源供應具有重大現實意義。

提取工藝

用紅土鎳礦提取鎳金屬有三種主要工藝，即濕法冶煉（電解法），火法冶煉（電爐法），火法冶煉（高爐法）。

目前我國新設工業項目已實行環保評估一票否決制度，因此首先從環保與循環經濟方面進行比較：

濕法冶煉

一般紅土鎳礦含Ni在0.8~3.0%之間，含Co在0.02~0.3%之間，濕法冶煉僅提取其中的Ni和Co，其餘近97%部分包含含量較高的Fe（占總量的10~45%%）和少量的Cr全部作為固體廢棄物廢棄，需建專門場地堆集；濕法冶煉採用液態酸或氨作為Ni、Co的浸出劑，使用後除部分回收利用外，其餘均以液態經處理後排放江河或匯入廢液潭；濕法冶煉中還會產生大量的CO2氣體排放。由於生產中產生的固體、液體、氣體廢棄物不能被循環利用，從而對環境造成極大危害，屬三廢全排放，因此，在我國沒有發展前途。

火法冶煉

無論是電爐還是高爐，生產中產生的固體爐渣因已經高溫煅燒，經乾燥研磨即成為低強度的水泥，是水泥生產廠家生產標準水泥時最佳的填充劑，也是磚瓦廠生產磚瓦的優質原料，可100%得到循環使用；另外，高爐生產中使用的冷卻水，可建封閉冷卻水池循環使用；高爐沖渣水也可沉澱後循環使用。因此火法冶煉產生的固體、液體廢棄物幾乎全部得到循環回收利用，在三廢中徹底解決了二廢，因此是我國鎳金屬提煉工業發展的方向。但無論是電爐還是高爐，對生產中產生的CO2排放尚沒有徹底解決的辦法，國際上也沒有解決此難題的報導。由於紅土鎳礦與一般鐵礦相比硫含量較低，因此生產中SO2排放較一般生鐵冶煉大大減少，但火法冶煉中對煤氣的回收利用，對粉塵的回收利用則是重點。其中電爐占地面積小，較易處理；高爐則相對工程與投資量較大。我們應密切結合我國的實際，加速研究、制定整套火法冶煉鎳鐵的符合環保生產和循環經濟需要的設備、標準和工藝是當務之急。

電爐冶煉

主要以電為主要能源。一般人都認為電能清潔、方便，冶煉時不排放CO2，符合環保。我們應了解，如果所用的電是核電、風電、太陽能電，這觀點當然不錯。但事實是我國電爐冶煉絕大部分使用煤電，發電過程中產生大量CO2與廢氣，煤燃燒經鍋爐將水變成高溫、高壓蒸汽以氣體能帶動氣輪機轉動形成機械能，汽輪機的機械能再帶動發電機轉動形成電能。能量的形式每轉換一次，效率就降低一次；加之電能遠距離輸送的損耗，因此經層層損耗，電能至用戶電爐時每消耗一度電發出的熱量遠低於將發這一度電的煤炭直接投入高爐產生的熱量。因為投入高爐的焦炭是直接燃燒不經能量轉換而效率高。由於用電能和電爐冶煉同高爐相比必須達到同樣的溫度才能出鐵水，因此用電能與電爐冶煉耗電轉化為電煤的用量將高於用高爐用焦炭的用量，推而論之，用電能經電爐冶煉排放CO2總量將超過高爐冶煉。其次，高爐冶煉時以焦炭為能源，而將煤煉成焦炭過程可從煤中提取幾百種化工原料，公認是最經濟合理綜合利用煤資源的有效途徑。最後，電力生產投資大，焦炭生產投入少。因此，高爐生產鎳鐵比電爐生產在能源消耗與環保上更勝一籌。

從不同工藝的產品質量、價格與市場需求比較，濕法冶煉：能分別提煉出含量99.9%的鎳和鈷金屬，這是濕法冶煉最大的優勢。其產品純鎳是電鍍、電池、化工催化設備與特種不鏽鋼特鋼的主要原料；純鈷是耐高強、高溫、高耐磨特鋼的主要原料。

濕法冶煉在我國歷史比較長，占我國鎳金屬產量比例較高。但純鎳的年產量已遠超過以上用途的年市場需求量。因此，目前相當大部分被轉用於300系列含鎳不鏽鋼的冶煉。這真是高射炮打蚊子，有大材小用之嫌。由於濕法冶煉生產工藝投資大，周期長，工藝複雜，成本較高而售價較高，使不鏽鋼與特鋼生產企業對其是又愛又恨。愛其純度高，使用方便，產品質量有保證；恨其價格太高，使產品成本上升盈利降低，減少市場競爭能力，但這種狀態一時尚難以改變。

火法冶煉的電爐工藝：

能提煉出含鎳10~25%，含少量鈷與鉻的鎳鐵，可以代替純鎳成為冶煉300系列不鏽鋼的鎳原料。因其以電作為主要熱能（一般需消耗7000~8000度電生產一噸鎳鐵），它不像高爐用焦炭作為熱源同時也把焦炭中的磷帶入產品中，因此電爐產的鎳鐵磷含量應比高爐低，對縮短冶煉不鏽鋼時間有利，因此廣受市場歡迎。但美中不足的是，我國電力供應持續緊張，我國對高耗電行業管制很嚴，而且生產企業所在地區一旦用電緊張，首當其衝是斷用電大戶電爐的電，使生產不正常。其次，電爐煉鎳鐵產量較低，單台2.5萬KW的電爐，每年產含鎳14%的鎳鐵為2.5萬噸左右，遠遠不能滿足近幾年我國不鏽鋼產業井噴式發展對鎳金屬的大量需求；最後要說明，電爐冶煉含鎳15~25%，甚至更高含鎳量的鎳鐵並不是通過提高入爐鎳礦的鎳含量來實現，相反是通過減少鎳礦中鐵的還原來實現，這樣大量的未經還原的氧化鐵以爐渣排出（有時爐渣中鐵的含量竟高達20%以上），爐渣又被運到水泥廠做水泥或制磚廠做磚瓦。考慮到目前含鐵量65%的進口鐵礦市場價已達到一千幾百元一噸，大量的含鐵爐渣去做水泥或磚瓦實在是對資源的極大浪費。

電爐工藝生產的鎳鐵銷售價以含鎳量計，在市場純鎳價基礎上打一定折扣，其餘鐵、鈷、鉻奉送不計價，冶煉300系列不鏽鋼相比用純鎳冶煉，每噸可下降成本3000~4000元。

火法冶煉高爐法：

能冶煉出含鎳1.5~10%並含少量鐵與鉻的鎳鐵，可以成為冶煉含鎳不鏽鋼的基礎原料。由於礦價與海運費高和鎳鐵銷售僅以含鎳量計價的原因，除非客戶特別要求並給於升價，一般含鎳4%以下的鎳鐵已很少有廠家冶煉，市場上最受歡迎的是含鎳10%，含磷≤0.035%的鎳鐵，不鏽鋼廠家只需要加入一定量鉻鐵即可冶煉成300系列的產品（低於鎳含量10%的鎳鐵去冶煉300系列不鏽鋼還需加入一定量的純鎳或電爐產高鎳鎳鐵作調節）。因技術、礦的成分等原因，目前能生產以上成分的高爐不多。高爐冶煉鎳鐵的最大特點是產量高。一座208m3高爐年產量可達到4萬噸以上，由於需加入鉻鐵與高鎳鐵，6座這樣的高爐可滿足一家年產30萬噸304不鏽鋼廠的基本鎳與鐵需求。

不鏽鋼冶煉脫磷最難，高爐鎳鐵控制磷含量達到0.035%以下是關鍵。目前本公司已基本掌控了高爐內脫磷技術，我們的產品甚至比一些電爐冶煉廠家的產品鎳更高，磷更低。由於產量比較高，鎳含量一般比電爐冶煉低，銷售計價方式同電爐鎳鐵，但折扣係數更大些，每個鎳略低於電爐鎳價。綜上所述，以高爐鎳鐵為基本原料，以電爐鎳鐵為調節原料，是組成300系列不鏽鋼原料的成本最低，供應量最有保障的最佳組合，是今後發展的方向。

高爐能煉生鐵，也能煉鎳鐵。鎳鐵和生鐵雖一字之差，卻分屬於鐵合金與普鐵二個行業，其所用礦成分、配方及冶煉工藝等有相當大的區別，將冶煉生鐵的一套觀念生搬硬套到鎳鐵冶煉上去是絕對錯誤的。

鎳鐵和生鐵礦的金屬含量有天壤之別：高爐冶煉生鐵如用進口含鐵65%礦，出一噸鐵產幾百公斤的渣；如煉含鎳7%的鎳鐵，一般需要消耗含鎳1.5%、含鐵20%左右的乾礦5噸，濕礦為7.7噸左右，礦總金屬含量在21.5%左右，因此出1噸鎳鐵產4噸爐渣，幾乎是生鐵冶煉出渣的近十倍。渣口打開與出渣耗時、出渣次數明顯增加，工藝等必須作大的調整。

目前盛行煉生鐵大高爐是先進生產力，符合環保，小高爐是落後生產力，是污染大戶，必須淘汰，並把這一觀點生搬硬套到冶煉鎳鐵上來，其實這是天大的誤解。由於煉鎳鐵出渣是煉生鐵的很多倍，因此大型高爐不宜轉煉鎳鐵，因為出渣量實在太大，出渣口開放時間太長，影響爐溫，影響生產順行。從高爐每立方米爐容每天出鐵噸數來比較，一般100~200立方米的小高爐出鐵係數在3.4，即每立方米每天產鐵3.4噸，爐型、爐料和技術如果配合好，還可超過這一係數。相反，近年國內外大量投產的幾千立方米高爐，其出鐵係數僅在2左右徘徊，原因何在？

原來高爐大小是按爐容來衡量的，而爐容是長寬高的三維立體空間，是以長度單位米的3次方計量的，但高爐以頂部加入燒結礦與焦炭後逐步下降並燃燒，溫度逐步上升，直至某一個高度層面溫度才達到礦中氧化鐵在此溫度環境下還原流出鐵水，即主要的產鐵量主要是由層面面積大小決定的，而層面面積是以長度單位米的2次方計量，在米的數字大於1以後，米的二次方永遠小於米的三次方。因此說大高爐一定比小高爐好，在出鐵比上卻恰恰相反，雖然大高爐上環保設備比較經濟，人力成本分攤相對較低，但如果大高爐不裝節能環保設備同樣是污染大戶。

目前國內冶煉鎳鐵高爐一般均從煉鐵高爐改造而來，最大爐容沒有超過400m3，生產尚正常，但我們已發現爐容越大，生產越困難，單位容積每天出鎳鐵量越少的規律。實踐是檢驗真理的唯一標準，科學發展觀首先必須建立在科學的客觀的在實踐基礎上的調查研究上，才能保證在實事求是的基礎上制定新的政策。因此就高爐冶煉鎳鐵這一特定項目而言，說大高爐一定比小高爐好，甚至不經調查研究，拍腦袋下達新建鎳鐵高爐必須達到1000m3以上的標準是典型的反科學的行為，而且已造成十分嚴重的後果。舉個例子：我公司生產的產品以冷的鎳鐵塊運至我國主要的幾家不鏽鋼廠供冶煉300系列不鏽鋼用。其中一家不鏽鋼冶煉廠去年因新建的一座幾千立方米的高爐即將投產，原有的二座各為700 多立方米的高爐將停爐，希望我公司將其改煉鎳鐵，本公司表示同意。

我們預計這二座完全符合國家鐵合金生產標準的高爐可年生產含鎳7%左右的鎳鐵水25萬噸左右，可直接入該廠轉爐及AOD爐煉成300系列不鏽鋼。鎳鐵水熱裝熱送符合國家大力提倡的節能減排政策，與用冷的鎳鐵塊需用中頻爐熔化相比每噸可節省電費300~400元左右，以25萬噸計，每年可節省近一億元以上的電費，相當於每年節約用煤近7萬餘噸，可減少排放CO220萬噸左右。但不久該廠說為完成節能減排指標此二座高爐必須拆除。去年年末，當一家著名報刊頭版刊登該廠二座700多立方米高爐被拆除，每年可減少排放多少萬噸廢氣時我只有痛心疾首，幾億元完全有使用價值的國家資產頃刻灰飛煙滅，而每年幾十萬噸冷的鎳鐵塊仍源源不斷的運往該廠加熱熔化煉成不鏽鋼，而這一切均是在節能減排名義下進行的。

長期發展戰略

第一點、從經濟、環保性及產品市場飽和度考慮，今後應嚴格禁止或限制濕法冶煉鎳金屬生產的進一步擴張。

第二，在水力、風力、核電資源豐富的地區及煤電晚上低谷電被大量浪費的地區應保留或者新建一批火法電爐工藝的鎳鐵冶煉企業，主要生產高鎳系列鎳鐵，產品主要供生產300系列不鏽鋼鎳含量不足的調節補充使用。

第三，在符合國家鋼鐵產業發展政策的沿江靠海近港口且距離焦炭生產基地較近的地區，保留部分交通便利，生產與環保設施較好的小高爐，如環保不能達標則需補課；同時適當新建一批適合冶煉鎳鐵的專用高爐。新建高爐應優先由已被取締高爐的業主合資組建新公司，建設新高爐，政府給與適當的補助與稅收的優惠，以補償這些業主的損失。

第四，保留或新建的規模：2007年我國不鏽鋼產量約為720萬噸，其中含高鎳不鏽鋼產量約占58%，約為420萬噸。扣除進口廢舊含鎳不鏽鋼及不鏽鋼冶煉與加工企業回料約70萬噸，扣除加入的鉻鐵與高鎳50萬噸，我國需高爐冶煉鎳鐵供300系列的基礎料為250萬噸左右，加上配入的鉻鐵與電爐高鎳鐵，可基本滿足每年生產300系列不鏽鋼350萬噸的用量。石油是戰略物資、糧食是戰略物資、金屬鎳更是戰略物資，有必要建立鎳鐵的儲備。

以一年儲備50萬噸高爐鎳鐵計，2008年應產高爐鎳鐵為300萬噸左右，以含鎳7%的鎳鐵計，全年高爐煉鎳鐵需要含鎳1.5%以上的紅土鎳礦2100萬噸左右；考慮到電爐冶煉，全年需要紅土鎳礦2500萬噸左右。以小高爐每立方米每天產含鎳7%鎳鐵0.6噸計，需保留或新建小高爐總爐容應為15000立方米。如以每座高爐200立方米計，需高爐75座。這15000立方米爐容如煉生鐵，以3.4計，年產量約為1700萬噸左右。希望政府各級部門根據我國的實際需求予以及時批准，以便刀下留爐。

如政府各主管單位仍堅持對小高爐實行趕盡殺絕而不是適當精選保留一批的政策，將人為造成我國不鏽鋼與特鋼冶煉企業鎳金屬供應不足的局面。供求關係決定價格，當小高爐被消滅殆盡之日，即是純鎳生產壟斷企業大舉漲價與影響我國不鏽鋼產量之時。

今天的世界十分清楚：誰掌握資源，誰擁有未來。近期石油瘋漲到100美元以上一桶，鐵礦石連年百分之幾十的暴漲，我國企業只有被迫接受的命運，根本沒有話語權。因此當小高爐全部消滅之日，純鎳暴漲到5萬甚至10萬美元一噸的一天遲早會到來，到時我國從世界鋼鐵大國迅速成長為世界鋼鐵強國的美夢將斷送在錯誤政策制定者的手中，謂予不信，讓歷史來證明。

我國企業應在政府的大力扶持下儘早在東南亞紅土鎳礦產地建設一批礦產基地，以確保紅土鎳礦長期穩定的供應；進一步，我們可與有關國家的企業合資或獨資組建礦業與冶煉公司，直接生產鎳鐵或不鏽鋼，走與資源國人民共同富裕的道路。

第六點，不鏽鋼與特鋼行業是高技術、高投入、高附加值的產業。長期來世界鋼鐵強國均千方百計打入我國市場，以求分享利益。我們認為我國應逐步減少生鐵、焦炭、普通鋼材這些資源性低技術、低附加值產品的出口，而應大力提倡不鏽鋼、特鋼這些高技術、高附加值產品的出口。目前不管高技術還是低技術、高附加值還是低附加值產品，對鋼鐵類產品一律給予減少出口退稅，甚至課以高額出口關稅以遏制外匯順差增長過快的政策，是削足適履的愚人政策，有關部門應在不鏽鋼及其製品等高附加值產品出口上實行放足換履的政策，以促進我國不鏽鋼產業的健康與持續發展。