镍铁冶炼文集.docx

1、镍铁冶炼文集1银铁冶炼根据红土傑矿成分的不同，傑生产厂可以选择不同的冶炼工艺。中国忖前还 没有一座大型银铁生产工厂，为了少走弯路可以引进国外成熟的先进技术，在中国 国内制造全部设备，以较少的投资，在最短的时间内，选择适宜的沿海地区建设一 座大型银铁生产厂。为此，比较详细的介绍了乌克兰帕布什银厂的火法冶炼银铁的 工艺流程和生产指标。文章还介绍了在银铁精炼车间，直接冶炼300系列不锈钢工 艺的开发。1.1开发利用海外镰资源满足中国日益增长的银需求：尽管中国傑资源的开发与利用近年来得到了快速的发展，但是，发展的速度 远远跟不上冶金等行业对線需求增长的速度。近儿年，中国精炼線产量在8万吨左 右，受到资

2、源的限制，短时间内不大可能快速增长。合资在国外开发線矿、建设银 生产厂的儿个项口虽然已经签约，但是项产能有限、实施还需要时间。目前中国 银的年消费量已经快速的增加到14. 6万吨，中国已经成为仅次于日本的世界第二 大線消费国，是近年来全球線消费增长最快的国家。随着国民经济的快速发展，人 民生活水平的提高，不锈钢的消费量将上升，这将导致银的需求量增长的速度大大 超过口询可以预期的银的产出量的增长速度。有色金属工业协会预计到2010年， 中国银消费量将达到24万吨。近年来，为了保证国民经济发展对傑的需求，中冶、五矿、太钢、宝钢等大 企业实施“走出去”的发展战略，参与海外银矿资源的开发，这将对中国線

3、的稳定 供应发挥重要作用。中国的一些民营企业，也积极进行开发利用海外镰资源的探 索，取得进展。利用红土镰矿生产的低银含量的生铁已经广泛的用于200系列不锈 钢的冶炼。忖前中国傑冶炼工艺基本上处于以电解傑为主的单一产品的局面。研究开发 利用红土型線矿，生产银铁的技术是必要的。红土型银矿用来生产银铁在经济上合 理，没有必要一定要生产电解银。这项技术的开发有利于中国企业参与海外银矿资 源开发，占有更多优势矿产资源。1.22.建设火法冶炼银铁的工厂的条件分析：目前中国还没有大型的傑铁生产厂。中国金川傑厂以中国产的硫化傑矿为原 料，适合于湿法冶金丄艺。吉恩银业和元江線业银虽然以红土線矿为原料，但是都 釆

4、用了高压酸浸工艺生产線。中国LI前有小的炼铁厂，釆用传统的烧结技术处理进 口红土線矿，生产線渣，再加入高炉生产含線量为1%-3%的低傑生铁，用于冶炼 200系列的不锈钢。建设傑的冶炼工厂投资大，限制了中国傑业发展。有报道，国外采用湿法冶 金生产银，每一公斤線的投资在20-24美元。如果引进设备，在中国建设火法冶炼 银铁的工厂，投资也相似。所以本文主要想探讨利用国际先进的技术和设计，在中 国制造设备，建设银的生产工厂的可行性。这样可以规避风险，收到高利润、低风 险的效果。通过与乌克兰的专家近一年的讨论，利用原苏联的技术和设讣，采用国 产设备建设一座年产银1. 0万吨（银铁5万吨）的工厂，每一公斤

5、線的技资大约为6 美元。生产傑铁，能源消耗大。生产一吨含傑20%的银铁，大约需要80M13氧气和 4000-6000kwh（矿石含银为1. 2%-2, 0%时）电力。所以厂区周边的电力供应状况很重 要。在建设工厂以前必须落实矿石的来源。理论上讲，所有的红土银矿石都可以 用火法冶金生产银铁，但是曲于矿石的性质不同，为了降低生产成本，火法工艺优 先选择以硅镁線矿做原料。而碱性银矿可以选择还原焙烧一氨浸法处理；褐镁矿型 红土矿可以选择加压（或常压）酸浸处理工艺。有报道：约有40亿吨红土银矿适于 高温冶炼，平均纯度为1. 55%,含量约为6200万吨，约占红土傑矿总数的38%：约 有86亿吨的红土银矿

6、适于湿法冶金，平均纯度为1. 15%,含量约为9900万吨，占 红土银矿总数的62%。但是，乌克兰国家冶金学院的专家怀疑这组数据，根据他们 在帕布什银厂工作的经验，适合于火法冶金的矿石很容易购买，而且价格便宜。U 前全球银矿供求基本处于动态平衡。2004年全球傑矿产总产量为128万吨，约有 60%的線矿产量来源于硫化银矿石，约25%源自高温冶炼的红土傑矿石，约13%为水 冶红土镰矿石。渣子数量大，要考虑炉渣的处理和利用。在生产银铁时，主要是回 收了矿石中的银和铁。同时结晶水蒸发掉了。理论上渣子可以用来作为建筑材料， 但是由于数量巨大，建筑材料的市场容量要研究。如果堆存将占用土地。由于这种 炉渣

7、不会对环境造成化学污染，可以用来填海造地。山于原料量大，运输是重要的 问题。乌克兰帕布什银铁厂虽然不临海，但是通过第聂伯尔河，原料可以方便的运 输到工厂的料场。1.33.这是一个符合中国产业政策的好项目：中国有色金属工业长期发展规划(2006-2020年)指出：“世界己查明银 资源量1.3亿吨，其中硫化银矿占40%,红土镰矿占60%。由于硫化银矿资源紧 缺，开发線红土矿具有重要意义。针对不同类型银红土矿，研究火法工艺处理硅镁 線矿；还原焙烧一一氨浸法处理碱性银矿：加压或常压酸浸处理褐镁矿型红土 矿。”另外，傑是各国重要的战略物质，开发红土傑矿冶炼技术，将强化中国企业 参与海外银矿资源开发的能力

8、，占有更多的矿产资源。1.44.乌克兰帕布什镇铁厂生产工艺流程介绍1.4.1 4.1 概况：乌克兰帕布什傑厂建设于苏联时代，于1972年投产。工厂位于乌克兰著名的 冶金和航空航天城的第聂伯尔市的西南部。工厂不临海，但是可以通过笫聂伯尔河 将进口红土線矿运到工厂料场。这项工程由苏联的国立镇工业设计院承担总体设 计，乌克兰国家冶金学院等大学和研究院为这项工程提供了技术支持。这个工厂投产以后的十儿年间，利用苏联境内的红土傑矿为原料生产含傑 14%20%的银铁。红土線矿石含線量在1.0%左右，矿石含较高的氧化镁和氧化硅。 为了提高银铁的产量和提高经济效益，近年来从南太平洋的新克林顿岛购入银含量 比较高

9、的红土線矿石，进口的红土镰矿石含線量波动在1. 5%2. 0%o这个工厂设计 年产纯線2.0万吨。2004年这个工厂生产了 8. 5万吨傑铁（含傑20%）,折合纯银 1.7万吨，在世界上傑价大约为1.2万美元/吨时，工厂生产的傑的销售额达到2.04亿美元/年。有乌克兰的冶金专家称这个企业2004年利润率达到200%以上， 是乌克兰效益最好的企业。2003年因为设备检修和技术改造，傑铁产量降低到6. 8 万吨。这个工厂在1972年投产后进行了多次的技术改造，保持了傑铁冶炼工艺的最 佳配置，工艺上的创新使这个工厂保持了青春。为了扩大工厂的生产能力，这个工厂正在筹划进行扩大生产能力的技术改 造。规划

10、在原有设施的基础上再建设一条相似的银铁冶炼生产线，使年产银铁的能 力提高一倍。帕布什傑厂建设之初立足于使用含氧化硅和氧化镁高的红土傑矿。独立开发 了多项专有技术。乌克兰冶金专家指出；从整体的工艺流程上看，这个工厂似乎少 有特殊之处，但是一些具体的工艺技术进步和技术诀窍，保证了这个工厂的生产工艺能更 好的适应LI前多变的原料条件，保证技术经济指标在同行业中处于领先水平，这样 才取得了现在这样好的经济效益。1.4.2 4. 2粗制银铁的生产工艺：从船上卸下的矿石，运入工厂的原料场。在原料场红土傑矿被清洁、破碎、 筛分、中和混匀。然后按工艺要求进行配料，通过胶带输送机送入下一工序。红土 银矿石一般含

11、有30%左右的水分（结晶水），需要在还原焙烧阶段将其去除。这个任 务是在回转窑中完成的。矿石在料场破碎、中和混匀以后，向其中加入炭素还原剂 （焦粉或煤粉）和熔剂，将其充分混匀后加入到回转窑中，在回转窑中，矿石被焙烧 脱水，重量减少30%左右。在回转窑中，氧化傑被加入的炭素还原剂还原。回转窑 内形成温度为60(T700C傑渣，这些傑渣在隔热的状态下，被送入到矿热炉的供料 料仓(内衬耐火保温层)，根据生产工艺的要求，银渣通过一个密封的管状布料装 置，均匀的分配到矿热炉内。在这种工艺流程中，矿热炉是投资最大的设备。为了环保、工业卫生和回收 粉尘的需要，炉子被密封起来。在矿热炉中通过电弧冶炼，分离岀粗

12、制银铁和电炉 炉渣，同时产生含C075%的还原性气体，这种气体经过净化以后返回到回转窑中作 为燃料进行燃烧，提供回转窑所需要的热能，除尘灰返到矿热炉继续参与冶炼。电 炉炉渣是一种很好的建筑材料，但是LI前仅利用于道路的建设。从矿热炉中得到的 银铁含高的硫、硅、炭、磷等杂质，不适合冶炼高级不锈钢，还需要进行精炼以后才能作为成品出厂。在目前的原料条件下，将1吨的原料矿加入回转窑，大约可以得到650700 公斤的银渣，这些银渣加入到矿热炉中，大约可以得到12050公斤的粗制银铁。 粗制線铁中的银含量一般为14%,最高时可以达到18%。傑的主要物理化学性质为：相对原子质量 58. 71密度 / (g/

13、cm3) 8.91熔点/C 1455沸点/C 2910摩尔热容(25C时)/(J/(mol. 0)25. 51电阻率(0C 时)/(Q?cm)6. 14X10-6纯傑呈银口色，傑能与一些元素形成化合物。傑与碳可以形成Ni3C,在380C以上时分解成傑和碳。但是看来液体中的 Ni3C,直到2000C以上是稳定的。鎳与硅可形成一系列硅化物,如Ni3Si、Ni5Si2、Ni2Si、Ni3Si2、NiSi和 NiSi2o傑和氧能形成NiO, NiO系菱面体晶，加热至200C以上时则变成立方晶。氧 在固态银中的熔解度，随温度的升高而下降。傑与硫可以形成Ni3S2、Ni6S5、Ni7S6、NiS、Ni3S

14、4和NiS2等硫化傑。在工 业银铳中，找不到存在于自然界中的硫化WNiS和iS2,因为这两种硫化傑在熔 点以下就早已分解了。傑和铁在Y区内形成连续固溶体。液相线在1436C下，含線65%72%时， 岀现一个不很明显的最低点。银可以扩大Y区，在固态时，分成数个相，回火时 从这数个相中，都可形成FeNi3o在图29 1中可以看出傑铁合金中的居里点的变 化，a 银在360 C以下为面心立方晶，0傑在1130C以下为六方晶，Y 银在 熔点之询为立方晶。冶炼方法：现代生产傑的方法主要有火法和湿法两种。根据世界上主要两类含傑矿物（含 線的硫化矿和氧化矿）的不同，冶炼处理方法各异。含傑硫化矿U前主要采用火法

15、处理，通过精矿焙烧反射炉（电炉或鼓风炉）冶 炼铜银硫吹炼银精矿电解得金属银。氧化矿主要是含银红土矿，其品位低，适于湿 法处理；主要方法有氨浸法和硫酸法两种。氧化矿的火法处理是银铁法。工艺操作:硫化镰精矿的火法冶炼硫化傑精矿的火法冶炼流程。其主要工艺特点如下：（1） 熔炼。银精矿经干燥脱硫后即送电炉（或鼓风炉）熔炼，U的是使铜傑的氧 化物转变为硫化物，产出低冰银（铜银毓），同时脉石造渣。所得到的低冰银中，W 和铜的总含量为8%-25%（一般为13%-17%）,含硫量为25%。（2） 低冰傑的吹炼。吹炼的目的是为了除去铁和一部分硫，得到含铜和镰70% 一7熬的高冰银（線高硫），而不是金属银。转炉熔

16、炼温度高于1230C,山于低冰傑 品位低，一般吹炼时间较长。（3） 磨浮。高冰傑细磨、破碎后，用浮选和磁选分离，得到含67%-68%的 银精矿，同时选出铜精矿和铜银合金分别回收铜和钳族金属。線精矿经反射炉熔化 得到硫化银，再送电解精炼或经电炉（或反射炉）还原熔炼得粗银再电解精炼。（4） 电解精炼。粗傑中除含铜、钻外，还含有金、银和钳族元素，需电解精炼 回收。与铜电解不同的是这里采用隔膜电解槽。用粗银做阳极，阴极为银始极片， 电解液用硫酸盐溶液硫酸盐和氯化盐混合溶液。通电后，阴极析出線，钳族元素进 入阳极泥中，另行回收。产品电線纯度为99. 85%-99. 99%o2用火冶法处理氧化银制取鎳铁和

17、金属鎳硅酸氧化矿可以用火冶法熔炼，经还原、熔化和精炼得到傑。还原时要争取 使氧化银完全变为金属银。熔化时流言蜚语線铁将同较轻的渣分开。银铁的含银量 取决于部分还原过程的选择能力。采用焦炭作还原剂，也可采用硅铁作还原剂。为 了除去粗银铁中的杂质碳、硫、磷和銘，必须进行精炼。2.1在电炉中用碳直接部分还原炼制银铁在矿热炉中采用碳热法将矿石还原成银铁，随后进行精炼。所用矿石的成分为:Ni=2. 8%, Co0=0. 06%, Fe二 13%, Cr203=2%, MgO二24%,Si02=39%,化合水二12%。这种矿石经干燥后，放在回转窑内预热到750C左右。重 油的消耗量为每吨干矿石65-85L

18、o在经预热的热矿石中，加入约4%的焦粉，然后 即将这种混合料，放在还原电炉中冶炼。在矿热炉的容量为12500RVA,电极直径 1250mm,炉膛内径11m。冶炼时每吨矿石的耗电量为600kWh。每天可冶炼450t矿 石，银铁出炉温度为1500C,出渣温度为1600Co炉料中90%以上的傑回收到成 分为 Ni+Co24%, Si3%, C2%, Crl. 6%, P0. 03%的粗傑铁中。在铸桶中用苏打处理两次而将硫除掉，在酸性转炉中把锯、硅、碳和磷吹 掉。精炼好的银铁大约1650C时出炉，铸成约20kg重的锭块。最终产品含 Ni+Co=29%, 00.02%, Cr=O. 02%,余量为铁。2

19、.2用冶炼镰铳的方法制取银丸采用的方法是，先将矿石作成球团，经烧结后同焦炭和石膏一起加到低炉身 电炉中进行还原冶炼。硫酸钙被还原后，与银和铁反应生成硫化物。约含Xi27%, Fe60%, S10%的铁银毓，同附加料一起装在转炉中用空气吹炼，使铁渣化，成为约 含有Xi78%, S22%的贫铁傑铳。然后采用流化床法在回转窑中将硫焙烧到0. 005%以 下。这种氧化银经磨细加糊加粘合剂混合后压成3cmX2cm的圆柱形料块。为种料块经干燥后混加大量木炭，放在加热的立式碳化硅马弗炉中，于约 1300下用一氧化碳还原，这种炉子与锌竖罐法用的炉子相似。生产出傑粒约含Ni99%, CuO. 07%, CoO.

20、 5%, FeO. 1%, CO. 04%, SO. 004%。2.3用硅铁部分还原的方法冶炼银铁矿石经在回转窑中干燥后，进行分级，并除掉低品位的粗块，这时的成分大 致为：Ni二 1.63%, Co=0. 02%, Fe=12%, Si02=50%, MgO二25%, Cr203=l. 5%, A1203=l. 3%,化合水二7%。干燥的矿石经破碎后，筛出小于0. 08mm的筛下料，并放在多层焙烧炉中进行 预焙烧。筛上料则放在用煤气加热的回转窑中，加热到700C左右，以除去水分和 预热矿石。加热好的热料即送到炉前料仓内，接着再从料仓将料装入14000kVA 口式电炉中，电炉自焙电极直径约100

21、0mm,并配有水冷炉壁。冶炼每吨矿石的耗 电量约为760kW. h,电极消耗量为5kg。往熔化的氧化矿和金属的混合液中添加一种强还原剂，并将矿石、还原剂和 液态金属充分混合。还原剂采用含硅50%的硅铁。熔池的搅动是通过在两个铸桶间 的快速倒来倒去的方法实现的。其还原顺序如下：(2Fe2O3) + FeSi二 4 (FeO) + (Si02) + Fe(2XiO) + FeSi二 2 Ni + Fe + (Si02)(2FeO) + FeSi =3 Fe + (Si02)硅铁中的铁直接进入金属相。来自前步工序的1650C的液态矿石、硅铁(1. 5L/kg液态矿石中的傑)和傑铁，采用在两个铸桶(叫

22、做“跳转混合器”)间倒来 倒去的方法进行混合。同硅铁的反应是放热的，所以可防止温度在混合时下降得过 多。每操作一次可生产出400kg W铁，因而在2500kVA的电炉中要定期装入 4000kg精矿用的炉料。粗镰铁含磷达0.4%,这些磷可在电弧炉中，采用氧化钙含量很高的渣，用铁 矿石氧化成P205后除掉。液态银铁用硅铁脱氧后铸成13呛重的锭，其大致成分如 下，Ni二48%, S二0.003%, P二0. 01%, 00.02%, Cr=0. 02%, Si二0. 9%, Co二0. 5%, Cu=0. 1%,其余为铁。3镰铁生产技术成本三种工艺对比-高炉、电炉、回转3.1 一、高炉高炉生产生铁历

23、史悠久，但普遍使用高炉生产傑铁还是近些年中国人发明（刘 光火）和研究的结果（许多高炉厂技术人员的生产实践和技术进步）。高炉生产傑铁的流程主要是：矿石干燥筛分（大块破碎）一一配料一一烧结一 烧结矿加焦炭块及熔剂入高炉熔炼一一線铁水铸锭和熔渣水淬一一产出银铁锭和 水淬渣。高炉生产傑铁与生产生铁在技术上大同小异，但生产成本却差异巨大。生铁 生产有一个说法是：原料含铁量每降低一个百分点，焦比将上升两个百分点，产量 将下降三个白分点。生铁原料含铁一般都在60%以上，而红土傑矿最高含铁在50% 左右，还有含铁不足20%的低铁傑矿，这将造成生产成本的巨大差别。LI前国内用高炉生产低傑铁较多，所用原料为含铁5

24、0%左右和含银1%左右的 红土線矿，生产含银2%左右的低傑生铁。通常生铁的焦比为0.5左右（500Kg焦炭/ 吨生铁），以上银铁的焦比在0.8左右（800Kg焦炭/吨傑铁），当前该种产品吨傑铁 的总成本3000余元，售价3400元左右，有300元左右的纯利润。正在出铁的128方高炉（生产1. 8%W铁）有一家傑铁厂用100立方以下的小高炉生产含镰8%左右的银铁，焦比在2. 0 以上（2000Kg焦炭/吨傑铁），吨傑铁总成本7000余元，售价10000余元（按一个傑 点1300余元计价）。但生产该种中银铁使用含铁20%左右的傑矿，傑铁产量低，约 5吨干矿出1吨傑铁。从生产实例可以推算，高炉生产傑

25、铁在当前焦炭价格、电价及人工成本下的 加工成本约1100元/吨干矿（指无论含银和铁多少的银矿除购买矿石及运输以外的 总成本）。小高炉生产的中傑铁铁锭（含傑7. 8%）较大高炉（200立方以上）用高铁银矿生产低银生铁没有太大问题，但生产中 高银铁时渣量巨大，原来用来生产生铁的高炉其排渣口和排渣量都满足不了要求， 同时炉料性质与生铁不同，还有其它一系列技术问题需要创新和解决。H前100立 方以下的小高炉生产中银铁还算顺利。3. 2二、电炉（矿热炉）这里的电炉指被称作矿热炉的电弧炉的一种，完整的工艺流程是：原矿干燥 及大块破碎一一配煤及熔剂进回转窑彻底干燥及预还原一一矿热炉还原熔炼一一線 铁铁水铸锭

26、及熔渣水淬一一产出银铁锭（或水淬成银铁粒）和水淬渣。该工艺通常是指回转窑加矿热炉工艺，在国外已有儿十年的生产历史，有一 套较成熟的技术和理论，国内也有少数厂家有儿年的生产历史，但都是小设备生 产，技术问题很多，效益也不好，近期有数家企业陆续投产和正在建设上规模的生 产线（单条生产线日加工干矿1000吨以上）。某厂已投产（两条）和在建（三条）的生产线该工艺可以用任何铁傑品位的矿石生产任何含傑量的傑铁，技术上是在回转 窑阶段控制铁的还原率来实现的（银全部还原成金属、铁部分还原成金属和低价氧 化物），这是该种工艺的最大特点，也是其具有生命力的原因，但山于矿热炉耗电 巨大致使其生产成本较高，另外缺电地

27、区也无法建厂。该工艺在国外最高水平的矿热炉电耗是500度/吨干矿，国内也有高达1000 度/吨干矿的电耗，平均水平一般在700度左右/吨料，矿热炉电耗成本约500元/ 吨料，加上干燥、回转窑预还原及人工等成本约300元，吨干矿综合加工成本约 800元（当前物价条件下除原矿购买和运输以外的总成本）。3. 3三、回转窑直接还原熔炼回转窑直接还原熔炼工艺儿乎称得上是一项古老的工艺，日本采用该工艺生 产银铁（粒状银铁，直接用于冶炼不锈钢）已有60余年的历史，被公认是能耗和成 本最低的生产方法。朝鲜由于缺少焦炭，儿十年来也一直在用回转窑和普通煤炼铁 （粒铁，粒状生铁，直接用于炼钢）。不断的技术进步和不断

28、变化的市场行情将使该 工艺焕发新的生机。国内某厂试生产回转窑（2. 2X50m）该工艺基本流程是：原矿干燥（大块破碎和磨矿）一一配加还原煤和熔剂一一 入回转窑还原和熔炼一一熔块水淬一一水淬渣和银铁粒破碎、磨矿、磁选一一产出 银粒铁和细熔渣。磁铁作用下的产品（粒状生铁，未分级）该工艺不用焦炭、不用大量耗电，流程短环节少也省人工，吨干矿综合加工 成本400元左右（视含铁量多少配加更多或更少的还原剂煤造成成本略有增加或减 少），大约相当于电炉的1/2和高炉的1/3。在成本为王的时代，该工艺具有极强 的竞争力和生命力。目前该工艺在国内还没有规模化生产的先例，投资者顾虑重重，其实该工艺 并没有技术难点，本人经过多年研究和实验，对配料、耐火材料、结圈等问题已有 很好的解决方案，相信会超过朝鲜和日本的生产指标。