文 | 燕
一、镍铁分类与发展
镍按照生产原料的不同可以分为原生镍和再生镍，原生镍的生产原料来自于镍矿，再生镍的生产原料来自于含镍废料。
其中原生镍包括：电解镍、镍铁和镍盐，其中电解镍根据国标GB/T6516-2010的规定，可分为Ni9999、Ni9996、Ni9990、Ni9950、Ni9920五个牌号；镍铁，又称为含镍生铁，是镍和铁的合金，主要由红土镍矿进行火法冶炼烧结而成，镍铁的镍金属含量约为5%～30%，按照含量不同可以分为，高镍生铁、中镍生铁和低镍生铁。
从目前我国的镍金属生产工艺路线来看，主要分为三大类型：
一是利用硫化镍矿资源，采用火法冶炼-电解精炼工艺生产电解镍，这是目前国内最主流的电解镍生产方式，甘肃金川、新疆新鑫矿业等公司都是采取这种工艺生产电解镍。
第二种类型是利用氧化镍矿，采用湿法冶炼工艺生产电解镍，目前国内的江西江锂科技、广西银亿科技矿冶公司等采用这种湿法工艺利用氧化镍矿生产电解镍，但这种工艺目前在国内应用的并不多。
第三种类型则是利用进口氧化镍矿，采用高炉或者矿热电炉生产含镍生铁（或镍铁），这种工艺目前已成为国内处理印尼、菲律宾氧化镍矿的主要方式。中钢中宝滨海镍业、福建德盛镍业等东部沿海地区的企业均是采用这种工艺生产镍铁。
值得注意的是，由于我国硫化镍矿的短缺，加之镍铁具有的成本优势，因此利用氧化镍矿生产镍铁已成为我国未来镍金属产业的主要发展方向。
特别是在2005年之后，国际电解镍价格快速上涨，使得利用氧化镍矿生产镍铁在经济上更具优势，刺激了国内镍铁产量的快速增长。
在国内镍金属的消费总量结构中，镍铁已成为最主要的供应形式，这种消费结构的转变使得未来我国对进口氧化镍矿的依赖严重加深。
二、镍铁生产工艺
1. 回转窑一矿热炉工艺(简称RKEF)
RKEF工艺生产镍铁是目前发展较快的红土镍矿处理工艺。其工艺成熟、设备简单易控、生产效率高。不足是需消耗大量冶金焦和电能，能耗大、生产成本高、熔炼过程渣量过多、熔炼温度(1500℃左右)较高、有粉尘污染等。而且，矿石含镍品位的高低对火法工艺的生产成本影响较大，矿石镍品位每降低0.1%，生产成本大约增加3～4%。
RKEF工艺流程为：矿石配料——回转窑干燥——回转窑焙烧——炉熔炼粗镍铁——LF炉精炼(或机械搅拌脱硫)——精制镍铁水淬——产出合格镍铁粒。
巴西淡水河谷公司于2006年8月在帕拉(PARA)州开工建设奥卡普马（OncaPuma）镍铁项目，该项目采用RKEF工艺处理红土镍矿生产镍铁，由德玛克公司设计。项目配置2条Φ4.6×45m干燥窑、2条Φ6×135 m回转窑、2台120000 kVA矩型矿热炉（目前世界最大功率），年产合金22万吨(品位25%)，镍5.2万吨。
国内RKEF工艺处理红土镍矿近几年也向大型化发展。青山集团投资建设的福安鼎信镍铁公司，由中国恩菲工程技术有限公司设计，项目采用2条Φ5×40 m干燥窑、4条Φ4.8×100 m回转窑、4台33000 KVA圆型矿热炉，年产镍2万吨。
两条线于2010年6月投产，到目前为止，生产稳定、指标良好，成本国内最低，是国内最早采用大型矩形矿热电炉生产镍铁的RKEF工艺的典范。
该公司又在广东阳江建设2台60000 kVA圆形矿热电炉，已投产。该工艺适合处理镁质硅酸盐型红土矿A型、中间型红土矿C1、C2型。且Ni品位>1.6%，最好1.8%，这样有利于节约生产成本。
2. 回转窑一磁选
回转窑——磁选工艺又名直接还原工艺，目前世界上采用此工艺的只有日本冶金公司大江山冶炼厂。
主要工艺过程为原矿磨细与粉煤混合制团，团矿在回转窑中经干燥和高温还原焙烧，焙烧矿再磨细，矿浆进行重选和磁选分离得到镍铁合金产品。此产品不管含硫多高均适用于AOD炼钢过程，因为AOD法有很好的脱硫能力。
该工艺被公认为是目前最为经济的处理红土镍矿的方法，其最大特点是生产成本低，能耗中85%能源由煤提供，吨矿耗煤160～180 kg。而电炉熔炼镍铁工艺能耗80%以上由电能提供，吨矿电耗560～600 kwh。
但是该工艺存在的主要问题是回转窑的结圈及回收率问题，大江山冶炼厂虽经多次改进，工艺技术仍不够稳定，经过几十年其生产规模仍停留在年产镍1万t左右。该工艺的技术关键是粉煤 与矿石混合和还原焙烧过程的温度控制。
该工艺适合处理镁质硅酸盐型红土矿A型，原矿镍品位0.7～1.2%，含铁8～11%。
国内近几年对回转窑直接还原红土镍矿工艺研究较多，典型的如：港禾公司设计的上海其昌不锈钢公司在江苏南通采用此工艺生产镍精矿；昆明理工大学肖军辉发明的《一种硅酸镍矿回转窑直接还原制备镍铁的方法》；山西长治潞城宏祥化冶厂建2.2×45 m回转窑直接还原镍铁，年产4000 t镍铁项目等。
这些试生产厂不是生产成本过高就是操作难度大，都无法规模化生产，好多还只是停在理论研究阶段，没有工业化生产。所以回转窑一磁选工艺还需要不断的探索向前推进。
3. 转底炉+熔分炉
一种新型的以煤制气或天然气为燃料用转底炉冶炼红土镍矿的方法，它是由煤制气或天然气作为燃料，非焦煤为还原剂，以红土镍矿为原料，用转底炉与还原熔分炉联动生产镍铁的冶炼方法。
红土镍矿原料中镍的含量为0.8～3.0%，红土镍矿、还原剂和熔剂按照重量比例为100：8～15：8～15配比。此冶炼方法工艺流程短，操作简单，易于控制，原料适应性强，能耗低，燃料热价比高，污染少，设备投资少，生产成本低，镍回收率高，最适合于在电力资源紧缺、煤炭资源丰富的地区投资建厂。
该工艺适合处理镁质硅酸盐型红土矿A型、中问型红土矿C1、C2型。Ni品位0.8～3.0%，含铁15～20%。
国内目前大多采用转底炉直接还原铁矿或冶金粉尘(泥)生产海绵铁，产品用于高炉或直接用于炼钢转炉原料，在处理红土镍矿生产镍铁方面还没有应用实例。
主要原因是转底炉热效率低，必须对原料进行细磨、造球处理，还必须对生球烘干，而球的强度、水分含量对转底炉的运行稳定性至关重要，同时从投资和生产成本来看，和成熟的RKEF工艺相比，并无明显的优势。所以还需进一步的研究转底炉的关键控制点，实现一步法生产珠镍铁工艺，体现转底炉的优势。
4. 还原硫化熔炼镍锍
硫化熔炼生产镍锍的工艺是最早用来处理红土镍矿的，早在上世纪二三十年代就得到了应用。印度尼西亚索罗阿科、新喀里多尼亚埃赫曼SLN等。
另外一些采用湿法和火法结合的工艺生产氧化亚镍或造镍锍（高冰镍），如古巴毛阿、菲律宾珊瑚湾、塔甘廷托、新喀里多尼亚戈罗、巴西韦尔梅柳、马达加斯加安巴托维均采用该工艺；古巴尼加罗和切.格瓦拉则、中国元江镍业和青海平安采用氨浸——还原焙烧生产烧结氧化亚镍或镍盐。
三井、住友合资菲律宾珊瑚湾项目是最经济的项目。全世界由氧化镍矿生产镍锍的镍量在l5万t左右。
工艺流程为：红土镍矿——干燥——破碎筛分——硫化熔炼——低镍硫——转炉吹烧——高镍硫，采用硫化熔炼处理红土镍矿生产镍锍的工艺的优点是工艺成熟、易于操作，其产品高镍锍具有很大的灵活性，可以进一步处理生产各种形式的镍产品。
既可以生产用于不锈钢工业的通用镍，也可以作为常压羰基法精炼镍的原料生产镍丸和镍粉，缺点是镍回收率低，仅为70%，且能耗高、污染大。
该工艺适合处理镁质硅酸盐型红土矿A型、中间型红土矿C1、C2型。可处理含镍较低的红土矿。
目前国内朝阳吴天集团采用该工艺生产低镍锍获得的低镍锍产品镍品位为5～8%，镍金属回收率大于90%。
5. 烧结——高炉还原熔炼
烧结——高炉还原熔炼工艺是国内近几年发展起来的红土矿冶炼工艺。随着国家产业政策的调整，大量500m以下的炼铁高炉被淘汰。但由于国内不锈钢用镍紧张，红土镍矿大量进口，加之当地政府为了解决就业问题和创造税收，这些被淘汰的高炉又被用于红土镍矿的处理，生产含镍3～5%的镍铁。
工艺流程为：红土矿——脱水烧结造球——配入焦炭熔剂——高炉冶炼粗镍铁——精炼——镍铁。
目前小高炉镍铁冶炼面临政策性淘汰，大高炉冶炼6～8%的镍铁又效率低下；焦炭价格影响高炉镍铁成本，造成高炉冶炼镍铁技术进展缓慢，利润的削薄难以避免地会打击到国内高炉镍铁生产商的积极性。
从技术层面讲，烧结——高炉还原熔炼工艺存在着高炉体积利用率低、焦炭消耗量大、烧结污染严重、镍生铁含磷高、镍回收率低等缺点。
该工艺适合处理褐铁矿B 型红土矿，Fe>30～40%。
6. 电硅热法
美国汉纳(Hanna)矿业公司所属利得(Riddle)冶炼厂生产镍铁主要是电硅热法。该厂由于硅铁价格高、电耗高，20世界90年代后停产。
将从其附近矿山运来的氧化镍矿烘干、筛分，去掉含镍低(Ni约0.65％)的硬橄榄石矿。实际使用矿石含Nn1.6～1.7%，Fe10～15%，SiO245～58%，MgO24～32%，Cr0.8～1.2%，A12O3l～3%，烧损6～8%，矿石在直径3m，长80m的回转窑内，用热煤气加热至650～700℃。
窑内停留时间约1.5h，可去除全部附着水和60％～70％的结合水。每台回转窑每小时处理矿石45～50t。热矿石在14000kVA电炉内熔化成矿熔体。
以后操作程序为：
从电炉内放出约11t矿熔体于反应包内；
将反应包放在渣包混合器的一侧，另一侧放有一个装有9～14t熔融粗镍铁的包；
将装有熔融粗镍铁的包升起，把粗镍铁迅速倒入装有矿熔体的包内，同时加入硅铁(45％Si)；
空包下落，提取装有反应物的包，迅速倒入空包内。从一个包倒入另一个包反复5次；
装有反应物的包镇静3小时，使金属粒下降。然后将包提起，将炉渣放入旁边的渣包中。
每个反应周期为15～16min，产镍铁约400kg。包中镍铁重量超过12．7～13.6t时，便倒出一部分粗镍铁送2500kVA三相电炉内精炼。精炼电炉分两次装料共装3.6～4.1t粗镍铁。
精炼过程加铁矿石和石灰脱磷，扒渣后再加石灰、萤石造渣。达到出炉温度后，加硅铁脱氧。出炉温度约1482℃。用浇铸机铸成重约15kg的锭。精炼后镍铁成分为：Ni48.5%，Co0.5%，S0.005%，P0.01%，C0.02%，Cr0.02%，Si0.9%；镍的回收率为90%；电耗62.7kw·h/kg。
7. 克虏伯一伦恩法
克虏伯一伦恩法，是将生产粒铁的方法应用于镍铁生产。
用硅镁镍矿(含Ni+Co2.7～3.5%，Fe2O316～20%，SiO238～45%，MgO20～25%，A12O30.5～2.1%，水分约10%)作原料，还原剂用无烟煤(固定碳约80%，S0.24～0.51%，P约0.02%)，石灰与沙作熔剂。
将氧化镍矿加入适当的熔剂和煤，经粉碎、混合、装入回转窑中，进行熔融态还原焙烧。使大部分镍及一定量的铁被还原成海绵状金属。放入水槽中使渣变脆。经球磨机粉碎，使渣和金属分离；再经磁选选出金属，得到粒状镍铁。
成分为：Ni+Co22%，S0.25%，P0.08%，C0.5%，Si0.1%。然后在电炉内熔化，除去杂质，得精炼镍铁成分为：Ni+Co26%，S0.03%，P0.03%，C0.15%，Cr0.1%，Si0.01%和Cu0.1%；镍回收率约90%。
8. 鼓风炉法
鼓风炉法，主要是把氧化镍矿在回转窑内预热、干燥后，制成团块，与焦炭块一起加进鼓风炉内冶炼。生产出粗镍铁。再用苏打脱硫，制出高碳镍铁。其成分为：Ni+Co20%，S0.05%，P0.03%，C3%，Cr和Si2%。如需要生产低碳镍铁，可再用转炉精炼。
9. 高炉法
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（英石）入高炉熔炼——镍铁水铸锭和熔渣水淬——产出镍铁锭和水淬渣。
国内用高炉生产低镍铁较多，所用原料为含铁50%左右和含镍1%左右的红土镍矿，生产含镍2%左右的低镍生铁。通常生铁的焦比为0.5左右（500Kg焦炭/吨生铁），以上镍铁的焦比在0.8左右（800Kg焦炭/吨镍铁）。
相对于电炉来讲，高炉污染严重（氟化物），能耗高，小高炉（300M3以下）近年来逐步被淘汰。
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