利用直流电弧炉从红土矿中生产镍铁.doc

利用直流电弧炉从红土矿中生产镍铁 H. Lagendijk and R.T. Jones Pyrometallurgy Division, Mintek, Private Bag X3015, Randburg, 2125, South Africa E-mail:HermanL@mintek.co.za rtjones@global.co.za ? 1997年第36届镍钴冶金年会，1997年8月加拿大 ? 摘 要 红土矿和另一些镍氧化矿构成了世界上含镍资源的重要组成部分，从这些矿物中，镍铁等精细化常规产品不能轻易地直接利用三电极或六电极交流电炉生产。而直流电炉技术允许矿物颗粒小于1mm直接进行处理，因此不需要昂贵的手段就能使镍的回收率得到改善。因为红土矿中较高的含水量，矿物进入冶炼之前需要干燥和煅烧，为了进一步削减能量消耗，矿物需要进行预还原。而电炉尾气中富含一氧化碳，可以提供这部分能源需求，并且它也是非常好的还原剂。细颗粒物料在直流电炉中非常容易处理，比如形成流态化床层（需要细小的物料），就可以在预处理阶段进行应用。. 红土矿较为宽泛的组分特征可以在直流电弧炉中冶炼生产镍铁，这已经是比较成熟的工艺过程。直流电弧炉具有灵活的操作特性（特别是因为它开放式电弧、较少依赖于熔渣的导电特性，另外采取敞开熔池的操作方法能够调节熔渣温度。），可以成功地处理SiO2/MgO比值在1.2～3.0之间、铁含量在30%以上的矿物（这在普通的浸没电极电炉中容易导致泡沫渣的形成）。为尽量减少对耐火材料的损害（特别是高硅含量的矿物）熔池和耐火材料之间要生成冷凝渣层。这里将要论述的是750KW以上电炉试验结果，而功率在120KW、预热电极直径为300mm的沸腾流态化床层也将一起论述。 引 言 红土矿（名称来自于拉丁文“后来later”和“一块砖a brick”合并词汇）是含铁岩石暴露在风雨中被强烈的氧化和风雨侵蚀后形成的产物，通常处于热带或副热带区域。这些疏松多孔的粘土状的岩石构成了铁、铝氢氧化物。 镍氧化矿是已知构成该种金属矿藏的最大组成部分，矿物当中包括纯红土矿（当中含有大量的褐铁矿）和硅酸盐矿物，也就是所暗镍蛇纹石。 红土矿具有多孔的性质，含有大量的自由水，一般在25～30%，有时甚至在40%或更多。另外，其中还有大量的结晶水，这部分需要在温度700～800℃范围内才能够脱出完全，干燥后的矿物中还会含有15%左右的水分。因此，这部分水需要较多的能量进行加热并蒸发，而这些工作是需要在冶炼之前的预处理阶段完成的。 由于红土矿易于破碎的特征，在镍铁生产的第一个阶段往往是进行矿物筛分，这一过程中，超过50%的颗粒被筛除，这是因为潮湿的红土矿颗粒在6～8mm以下是很难分离的。筛分后的这部分物料需要进行聚合团块的过程（一般是通过烧结或制团），在煅烧干燥前制成1或者2cm的颗粒。然而，在干燥过程中产生大量的细颗粒和灰尘，而普通的电弧炉冶炼对于这点是不能适应的，再次地使这些灰尘聚团是需要着重考虑的问题。? 在正常生产过程中，可以将红土矿精细颗粒和灰尘积存后，再次投入到镍铁生产中，而这部分总量也是相当可观的。? 红土矿的化学组分是非常多样化的，将这些物料笼统地加入电炉冶炼过程是非常困难的。正常情况下，供料料层（或部分）是处于熔体的上部。如果SiO2/MgO比值大于2.0或者是铁含量在20%以上，那么会导致生产的不稳定，主要是由于熔渣生成泡沫渣的趋势。克服红土矿的组分问题可以通过不同矿种的混料来解决。? 直流电炉工艺过程 直流电炉技术给含镍红土矿和灰尘的冶炼提供了一个经济的过程，所生产的粗镍铁能够最终易于销售和精炼。 ? Mintek自从1993年以来就已经利用直流电炉技术从红土矿中生产粗镍铁，在这一过程中，红土矿作为原料和碳质还原剂一同加入到圆形直流电炉的熔池中心区域，这些物料已经经过了预处理和预还原过程。 直流电弧炉的论述 直流电弧炉技术在Mintek的研发之前已经做过论述，他们的500kW实验工厂提供了典型的直流电弧炉及其辅助设备系统，在本文当中论述的是其进行过的一些大规模实验工作。直流电弧炉（见图1）是由水冷套、耐火材料衬里和圆形壳体组成的，上部炉顶是圆锥形，采用的是石墨电极，阳极构成组件是穿过耐火材料的不同的把筋构成的。 电炉的电极（阴极）从炉顶的正中心穿入，位于熔池的正上方。电极可以是中空的，并且物料可以从电极的中心穿过。 熔池形成了电极的回路（阳极），与电机形成回路的阳极，是由多个穿过炉床耐火材料的钢棒构成的，它们最终在底部终端汇集在一个钢板上，呈放射状延伸，与炉壳连接后接入阳极电缆线。? 水冷炉顶的内衬里材料是氧化铝耐火材料，当中包括电极入口以及三个等径的加料口。电炉的外部侧墙采用水喷淋方式保护耐火材料