2004年中国用火法冶炼出镍铁;2005年将镍铁推介到不锈钢冶炼炉料领域;2011年,我国不锈钢年产销量已从100多万吨增长至1500万吨左右,连续5年雄踞世界第一。
随着我国不锈钢产能产量的急剧增长,国内不锈钢市场渐趋饱和,造成镍铁与不锈钢产品的价格跌跌不休、而生产成本却扶摇直上。我国镍铁与不锈钢冶炼产业已从高回报进入微利状态。特别是作为镍铁冶炼的主原料;红土镍矿的最大出口国;印尼政府决定自2014年1月1日起停止优质红土镍矿的出口,但鼓励外国企业赴印尼投资包括红土镍矿开采、镍铁与不锈钢冶炼等。目标是变印尼的资源优势为终端产品优势,(类似于我国对稀土原矿生产、出口的管控新政)。
用红土镍矿冶炼成镍铁的本质是将矿中氧化镍形态转变成还原态金属镍,并实现渣铁分离;这一过程必须具备相应温度与还原气氛两项必备条件。实现以上过程可以有不同的工艺路线,选用不同的设备,形成不同的投资额、建设期、生产成本及产量。从不同工艺路线综合比较中因地制宜选择投资少、见效快、低耗能、又成熟的方案是投资项目成败及企业保持长期竞争力的关键环节,应予高度重视。
印尼作为目前全球高镍低铁红土镍矿的最大开采国,拥有丰富的镍矿资源优势;印尼作为全球第二大煤出口国,拥有煤供应的优势;煤燃烧可产生温度与还原气体(可形成还原气氛)。按理将红土镍矿冶炼成镍铁的主要条件都具备了。可美中不足的是:印尼严重缺乏作为镍铁冶炼产业最基础的煤的另一种能源转化形式;稳定与大量的电力供应。如在印尼投资镍铁冶炼项目需要从最基础的建发电厂开始,而其投资额太大、周期太长、不可预测因素太多,也超出了我国大多数镍铁冶炼企业的承受能力范围。这也是造成我国赴印尼投资镍铁冶炼项目进展缓慢、成效不大的主要原因。因此选择尽可能低电耗、省投资的镍铁冶炼新工艺路线成为当务之急。
目前我国国家发改委提倡并实际建成投产的镍铁冶炼传统主流工艺路线是:2个回转窑+1座矿热电炉。即前一个回转窑用煤燃烧将红土镍矿中(含水30%以上)大部分水脱去后带温送入后一座回转窑;向后一座迥转窑喷入粉煤灰、煤气或重油燃烧将脱水后的红土镍矿逐步升温至摄氏800度左右并同时进行还原反应,反应后带温送入矿热电炉料仓;已大部还原带温的红土镍矿与焦沫等在矿热电炉自焙电极电流发热作用下将红土镍矿中的氧化镍、氧化铁、氧化铬、氧化钴进一步还原为金属态,升温至摄氏1500度左右使渣铁分离;渣轻浮在上层、镍铁水重落在下层,去渣后镍铁水从相应出口流出;镍铁水经铸锭机铸成连排面包镍铁块供出售。渣中还含有少量流铁与镍铁粒,为提高回收率,大多数厂家用磁选机将渣中流铁与镍铁粒经磁选回收,出售或倒入矿热电炉重熔回收,渣回填或作建材。此工艺适用红土镍矿含镍在1.8%及以上,铁在10~18%左右;矿中镍、铁、钴、铬可炼成镍铁总金属含量在20%左右,含渣量在80%左右。整个冶炼过程主要耗电发生在最后矿热炉将还原矿从摄氏700度(还原矿出炉800度,送至矿热电炉料仓过程会降温)升温至1500度至渣铁分离阶段,其中耗用大量电力加热整个红土镍矿中含渣80%部分,为无效耗电。此工艺产高镍铁,含镍量在10~15%左右,平均每个镍点(即纯镍的1%)平均耗电500度左右;即生产1吨含镍10%的镍铁,整个生产流程总耗电在5000度左右。这样高的电耗,在国内已习以为常,却使在印尼投资矿热电炉镍铁冶炼的我国企业举步维艰。
新工艺与传统工艺在回转窑前段相同,区别在后段:还原后温度达摄氏800度左右的红土镍矿直接输入大水池水淬;因激烈温差与水蒸汽压力,矿颗粒爆炸,成小颗粒,从水池捞起经粉碎研磨与多级磁选,将还原后带磁吸附性的镍、铬、钴、铁粒与渣大部分离;渣回填或作建材;镍、铬、钴、铁粒经烘干入中频炉熔化浇铸成面包镍铁供出售,少量渣捞出回填或作建材。由于经磁选机回收的总金属重量仅占未磁选渣铁混合物总重量的20%左右,体积仅占未磁选渣铁混合物总体积的10%左右,因此选用中频炉炉容大幅缩小,投资与用工大量减少。此工艺流程废除了投资巨大、结构复杂、操作繁难、用工众多、耗电惊人(矿热电炉内将80%的渣加热至摄氏1500度左右的渣铁分离工艺)等弊端。从而省下大量电力。
据测定:用同样品位红土镍矿生产出同样镍铁,平均每个镍点耗电从500度下降至250度左右,占原耗电的50%左右。整个冶炼厂设备投资可大幅降低三分之一左右。此外,发电厂投资也可下降50%左右,施工周期也大大缩短,这对我国准备在印尼投资镍铁冶炼项目的企业来说无疑是雪中送炭。