关于广青镍渣综合利用简易分析报告.docx

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关于广青镍渣综合利用简易分析报告

关于广青公司镍弃渣综合

简易分析报告

湖南省紫江控股集团龙阳产品有限公司

2013.10.26

电炉镍弃渣粒化成石料项目可行性分析

1、总论

隨着我国经济高速发展，废弃资源与环境日益成为国民不和谐的矛盾，提高废弃物再循环的利用，减少对环境的污染，减少天然资源的消耗，最大限度减少废弃物的排放，实现生态与环境和谐发展的社会，已成为当前世界各国建材工业发展基本方向。

利废为宝节能减排是我们当代人的必然的事业、是强国富民的基本国策、是新兴产业循环经济发展最捷径的路子、是创造财富，创造美好的环境、创造社会和谐根本的途经。

2、电炉镍弃渣干法制成石料项目背景：

2、1、电炉镍弃渣制成石料项目基本信息：

目前我国镍业的制备生产工艺有两种方法，一种是湿法、另一种是火法，后一种是我国主要冶炼镍铁的方法，因为三废工艺处理较简单，容易批准上马，工艺较成熟，产品的品质相对也较好稳定，结合火法冶炼镍弃渣处理工艺；下面简单介绍弃渣干法粒化技术，同时对比目前在镍铁冶炼上镍铁弃渣处理工艺的现状、同时讨论分析镍铁废弃渣处理工艺的基本方法，借鉴镍铁合金废弃渣改进工艺的可行性。

我国目前南方都以进口红土氧化镍矿作为主要原料进行火法冶炼工艺制取镍锭，采用火法方式冶炼镍铁是近年来在国内广泛投资的冶金项目。

在国内冶炼镍铁主要有两种工艺形式；高炉、电弧炉熔炼，高炉冶炼所得的镍铁合金一般品位较低，但浙江华光集团获得高炉冶炼镍铁专利能够生产含镍8%左右的镍铁合金，电弧炉冶炼的合金品位较高一般在10%以上。

这两种产品一般仅适应用于200系列的不锈钢生产。

按照国际镍铁市场标准来衡量，我国目前生产的镍铁产品还不能达到国际标准，国际上的大型镍铁冶炼企业，一般采用回转窑－电炉的方法，生产品位在20%以上的镍铁。

但由于国内不锈钢产能不大、镍金属在国内市场供应有较大的缺口状，在镍金属高价格的趋势下，低品位镍铁仍有一定的生存空间和市场。

红土矿一般含镍在2%左右,以生产20%镍铁为例，镍金属的综合回收率按90%，可知冶炼后弃渣产生的渣量至少在80%左右以上，渣的数量巨大，同时高温液态渣蕴含的热量非常高，合理回收渣的能量对于镍铁冶炼的成本具有挑战性的革命，而且镍业企业的老大都希望自己的副产品和弃废渣都成为社会的主导产品，镍业企业的副产品和弃废渣需要一个阶段和时间才能完成它的归属和有价指数，关键是我国各镍业公司没有注重这方面的科

研与发展，只注重主业产品的成本与利润率，並认为同行业都没有研究发展副产品和利废

产品，觉得本企业没有必要去花钱冒风险，再说目前主产品利润比较高是高枕无忧时期，或者说科研部门会做研发，等科研院所出了成果再去努力实现。

说起来是乎有道理，但仔细算一下，每一吨镍成品出炉需要千万度电、几百吨水、近十吨渣、其中还有Fe、Co、Cr、等有价值的产品，估算有价综合回收可达一万元以上，如果按年产十万吨的企业每年要白白浪费10亿元，就是说两年可将主业投资的资金回收到位，是一笔非常可观的浪费，而且还造成环境污染和生态不平衡。

2、2、粒化弃渣回收热能的几种方法；

在此；结合火法冶炼渣处理工艺现状，围绕冶炼渣能源回收和综合利用问题，先介绍目前在镍铁冶炼时弃渣的几种处理工艺，就镍铁弃渣处理工艺的同时借鉴改进镍铁合金渣处理工艺的可行性。

冶金渣处理是一个系统项目，既要满足主体工艺流程的需要，又要实现对渣的综合回收利用。

概括来说冶金渣的综合利用技术主要包括三个方面，一是液态渣资源化预处理，二是液态渣热能回收，三是液态渣处理后的环境保护。

即在考虑回收冶金渣物理热量的同时，还必须考虑材质本身的应用及环境保护问题，以上三个问题必须要有可靠的科学技术、生产线与科技装备、产品与市场实用性强的处理工艺，同时要满足企业、国家、社会环境与二次能源实用标准与规范。

目前来看，冶金渣中的主体部分如高炉渣、钢渣等的综合回收问题备受重视。

高炉渣、钢渣在考虑实现能源回收的同时，主要被应用于建材工业，如矿渣水泥、土木工程的填料、玻璃、还可用作土壤肥料等。

应该说将冶金渣利用到矿渣水泥中是确切有效、最有潜力的应用措施。

但并不是所有的冶金渣都能够应用于水泥生产中，它涉及到渣的化学成分与物理结构，同时与渣的冷却工艺有密切关系。

对于高炉渣、钢渣的化学成分在前三位是:

CaO、SiO2、Al2O3，而对于镍铁弃渣,则是SiO2、MgO、FeO含量详见表1，所以镍铁弃渣作水泥掺合料肯定不符合要求，水泥的主要化学成分是:

CaO、SiO2、Al2O3，而且它们的比例是有一定的密切关系，互相之间相对是平衡的，而且化学根物理相是无改变的。

表1镍铁弃渣化学成分

化学成分

SiO2

MgO

FeO

Al2O3

NiO

Cr2O3

P2O5

Si/Mg

CaO

CuO

S

含量

52.5

29.7

5.78

3.56

0.06

1.87

0.2

1.77

0.77

0.1

0.19

在冶炼镍铁一般排渣温度在1500℃～1550℃左右，冶炼渣中Fe、Mg、Co、Cr和Ni的含量比较大，应该考虑对五种元素的回收利用，但目前还没有针对镍铁渣的综合利用工艺的出现。

选择急冷的处理过程使得冶金渣中的玻璃体成分尽可能多一些，是将火法冶金渣处理利用为水泥原料的重要环节，但镍铁渣与高炉渣、钢渣不同，镍铁渣中CaO的含量较少，所以将镍铁弃渣利用作水泥主要掺合原料的可能性不大。

但目前学者认为，镍铁渣依然应该选择急冷工艺，使得成渣的尺度尽量小，以便于综合利用下游企业链的发展。

A、弃渣处理工艺；

火法冶炼镍铁弃渣的处理一般有湿法和干法两种，在高炉渣和钢渣的处理工艺长期以来，以湿法水淬工艺为主导方法。

对于镍铁合金弃渣目前仅存在熔融渣运输和水淬渣两种处理工艺。

熔融渣运输方案是用简单直接的一个方案，将渣处理过程不需要水，熔渣不断地从排放口流到液压驱动的倾斜溜槽，溜槽连续地向渣罐排放，装满的渣罐被运到堆场冷却这种自然空气冷却弃渣工艺在我国以往的钢渣处理生产中曾有应用，就目前早已不再应用。

B、镍铁弃湿法工艺；

湿法工艺是指用水与空气的混合物使熔融渣冷却，然后用运输的方案外运处理，一般也称为水淬工艺。

高炉渣水淬方式很多，常用的有过滤池法水淬工艺和搅拌槽泵送法水淬工艺等，钢渣的湿法处理主要有冷弃、热泼碎石、焖渣、浅盘热泼、渣箱热泼等方法。

镍铁合金渣水淬工艺包括通过溜槽或熔池用水把熔融渣水淬两种。

典型的溜槽水淬系统由安装在熔融渣溜槽头下面的喷雾水管组成，熔融渣流经溜槽遇到加压水流后被破碎成颗粒，形成的渣浆沿着溜槽进入粒化池，而熔池水淬中，则不需要冷的溜槽，熔渣从溜槽直接进入粒化池,喷雾水管喷水对熔渣喷水水淬。

水淬渣经水冷却后，靠粒化池上方的行车抓斗抓起直接放到运输车上，运输到堆渣场。

两种方法都会用到大量的水，因此水淬后还应采取脱水工艺提取粒化渣并将水循环处理使用。

从上面的工艺描述可知，两种水淬方式与钢渣处理时采用的热泼碎石工艺比较相似，现场的操作环境显然会比较差。

无论是水淬工艺还是熔融渣运输两种运输方案均未考虑到合金渣蕴含的能量回收问题。

从环保、改善工作条件的角度，镍铁合金渣的处理可以考虑采用高炉冶炼已经成熟应用的INBA系统，从能量回收的角度，对于水淬工艺完全可以

充分借用高炉上的泡渣水的应用，济钢就实现了利用高炉泡渣水满足职工住房冬季供暖的利用方案，那么在热带地区同样可以利用泡渣水的热能来驱动热泵，来驱动厂区、生活区的热水，淋浴与供热中央系统。

据文献介绍，采用水淬技术一般仅能回收熔融渣10%的热能，而且水淬对于水的消耗非常大，尽管采用水处理工艺可以不断提高水的循环利用能力、减少补水量，但是水淬的耗水以及相关的环保影响始终是该系统的一个严重的问题，应该急于解决热能回收及污染环境系列工程。

3、下面介绍国内外几种回收热能的方法；

A、干法粒化工艺

干法即依靠高压空气实现熔融冷却粒化的工艺，针对水渣处理工艺的缺点,20世纪70年代国外就已开始研究干式粒化高炉渣的方法。

前国外苏联、英国、瑞典、德国、日本、澳大利亚等国都有研究高温熔渣（包括高炉渣、钢渣等）干式粒化技术的记录。

有的方法还进行了工业试验，有影响力的主要有，滚筒法、风淬法和离心粒化法，但这些方法均没有在镍铁冶炼上应用与实践。

B、滚筒法

日本钢管公司（NKK）在福山4号高炉试验的内冷双滚筒法，两个滚筒在电动机带动下连续反向转动，带动熔渣形成薄片状粘附其上，滚筒中通入有机高沸点的流体工质，工质吸收熔渣薄片的热能后汽化，同时熔渣薄片冷却后粘附在滚筒上，形成渣片以后由刮板清除，有机液体蒸汽经换热器冷却再次返回滚筒，回收的热量用来发电。

由于渣层薄所以传热速度很快，因此该法的热效率很高，热回收率达55%。

但滚筒法设备处理能力不高、作业率低，不适合在现场大规模连续处理冶金渣，通常只能接受来自渣罐的熔渣，同时排渣温度偏高，热回收率低，凝固的薄渣片粘在滚筒上，必须用刮板刮下来，工作效率低并使设备的热回收效率和寿命下降。

20世纪80年代,日本的住友金属公司曾经建立了采用滚筒法处理高炉渣能力为40t/h的试验工厂。

当渣流冲击到旋转的单滚筒外表面上时被破碎化，粒化渣再落到流化床上进行热交换，可以回收50%～60%的熔渣显热。

单滚筒工艺的缺点在于单筒的破碎粒化能力不足，造成渣粒的粒径分布范围大，导致在流化床上与换热介质的换热面积小，换热效

率低冷却速度慢。

1995年宝钢购买了俄罗斯乌拉尔钢铁研究院在实验室规模内研究开发的滚筒法液态钢渣处理技术。

经过3年的技术转化攻关，于1998年5月在宝钢三期工程的250t转炉分厂，建成了世界上第一台滚筒法处理液态钢渣的工业化装置。

高温熔渣顺着溜槽倒入滚筒时，滚筒边旋转边向筒内急速喷淋，由于其内部结构特殊，不会引发爆炸，安全可靠。

当高温炉渣进入筒体，炉渣间分子聚合力较小,同时滚筒匀速旋转时，钢渣与内部钢球介质碰撞时被充分破碎,所以在较小能量碰撞下能将钢渣破碎成较小颗粒，其中90%颗粒的粒径在10mm以下。

应用该装置，宝钢的钢渣资源得到了综合利用，但是钢渣所蕴含的能量没有得到有效回收。

C、风淬法

风淬法利用循环空气回收炉渣显热，通过余热锅炉以蒸汽的形式回收显热，称为风淬法。

风淬法常用于处理钢渣。

1977年日本钢管公司（NKK）和三菱重工合作研发了风淬粒化熔渣显热回收系统，并于1981年末在福山制铁所建成世界上第一套转炉钢渣风淬粒化热回收装置，渣热能回收率40～45%。

由于钢渣自身的性质，风淬法处理钢渣不考虑粒化渣玻璃体含量的问题，而只关注热能的回收。

当然，风淬法也能应用于高炉渣的处理。

新日铁、日本钢管、川崎制铁、神户制钢、住友金属和日新制钢6家公司从1982年开始在新日铁名古屋3号高炉上进行了为期6年的风淬法高炉渣干式粒化试验，其主要性能为，渣处理量40t/h,蒸汽量7t/h,蒸汽参数11.5MPa/220℃,热回收率65%～79%。

风淬法的缺点也是比较明显的，由于空气比热容比水要小，所以干燥粒化过程中动力消耗很大、与水淬相比冷却速度很慢。

为了防止粒化渣在固结之前粘结到设备表面上，还必须加大设备的尺寸，从而造成设备体积庞大、复杂、加工制造困难，而且造价高。

D、离心法

离心粒化法英国克凡纳金属公司（KvaernerMetals）开发了一种转杯粒化气流化床热能回收技术。

熔渣通过覆有耐火材料的流渣槽，从渣沟流至转杯中心，在离心力作用下熔渣在转杯的边缘被泄出粒化，然后渣粒在飞行中被冷却，渣粒碰到粒化器内壁时已经足够硬，不会粘到壁上，这一点因水冷壁的存在得以强化。

从装置上方排出的气流温度可达400～600℃，在集气罩上设有余热回收系统。

离心粒化法曾经于20世纪80年代初期在英国钢铁公司Redcar年产30万t的高炉上进行了为

期数年的工业试验。

离心粒化法的设备简单