回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原-側(cè)吹熔分處理紅土鎳礦的新工藝

2017-08-28

中國恩菲提出采用回轉(zhuǎn)窯預(yù)還原-側(cè)吹熔分爐處理紅土鎳礦新工藝。該創(chuàng)新工藝的側(cè)吹熔分爐可替代紅土礦回轉(zhuǎn)窯直接還原工藝磨礦選礦段，該工藝較回轉(zhuǎn)窯直接還原-磨礦磁性工藝噸鎳鐵成本降低約1400元。

　　徐小鋒，鄔傳谷

　　中國恩菲工程技術(shù)有限公司

　　1、概述

　　目前世界上幾個傳統(tǒng)的硫化鎳礦礦山的開采深度日益加深，礦山開采難度加大。世界上硫化鎳礦資源緊缺，而鎳消費量卻不斷攀升。中國是鎳資源貧乏國家，大量紅土鎳礦從離中國較近的東南亞各國進口，隨著各國紅土礦出口產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，在當(dāng)?shù)亟ㄒ睙拸S的需求不斷增加。但東南亞紅土礦主要產(chǎn)出國如印尼、菲律賓等國基礎(chǔ)設(shè)施較弱，缺電、缺焦。采用電爐法必須配備電廠，存在投資大和建設(shè)周期長等問題；采用高爐法受制于焦炭供應(yīng)，還存在原料要求嚴(yán)格、污染大、規(guī)模小等問題。直接還原工藝近幾年獲得長足發(fā)展，但仍存在規(guī)模小、作業(yè)率低、回收率低、選礦工藝繁瑣和產(chǎn)品品質(zhì)低等問題。

　　針對目前各工藝存在的問題，中國恩菲以紅土鎳礦冶煉和側(cè)吹熔融還原爐等技術(shù)優(yōu)勢，結(jié)合國內(nèi)直接還原處理紅土鎳礦的生產(chǎn)經(jīng)驗，提出富氧側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)（DK-SSC）：首先通過焙砂熱送，利用焙砂顯熱；其次側(cè)吹熔分爐充分利用磁選拋棄的焙砂內(nèi)殘留的固定碳，通過燃燒放熱，降低燃料率。DK-SSC技術(shù)具備燃料適應(yīng)性強、投資低、成本低和產(chǎn)品質(zhì)量好等優(yōu)勢，具有廣闊的發(fā)展前景。

　　2、工藝方案

　　富氧側(cè)吹熔池熔煉技術(shù)（DK-SSC）的工藝流程在焙砂加入側(cè)吹爐之前的工藝和原有的直接還原工藝保持基本一致，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的焙砂不進行磁選，而是熱態(tài)加入側(cè)吹爐進行熔池熔煉生產(chǎn)鎳鐵，與原工藝流程的比較見圖2-1?？傮w工藝主要為原料準(zhǔn)備系統(tǒng)、配料和制團系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯焙燒系統(tǒng)、側(cè)吹熔煉系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)，用側(cè)吹爐替代繁瑣的磨礦和選礦工藝。

　　高溫焙砂加入側(cè)吹熔煉爐，煤粉和富氧空氣（～70%）通過噴槍噴入熔池渣層內(nèi)部燃燒，生成高溫氣體，對加入的焙砂等物料進行加熱，使之在熔池內(nèi)熔化，并發(fā)生還原反應(yīng)，使焙砂中部分鐵、鎳等氧化物被還原，生成鎳鐵水進入爐缸，與脈石（SiO2、MgO、Al2O3、CaO等）成分分離。放渣溫度約為1550℃，鎳鐵放出溫度約為1450℃。

　　渣從排放渣口放出經(jīng)水碎后送渣場或進一步利用；鎳鐵從合金排放口放出后可熱送至不銹鋼冶煉車間，也可以直接澆鑄成鎳鐵錠送成品庫；煙氣經(jīng)二次燃燒室燃燒CO后可送至干燥窯進行余熱利用。

圖2-1 焙砂磁選與側(cè)吹工藝流程比較

　　3、富氧粉煤側(cè)吹熔分工藝的特點

　　（1）原料適應(yīng)性廣、生產(chǎn)靈活

　　側(cè)吹熔分熔池熔煉爐能處理不同類型的紅土鎳礦，可根據(jù)不同類型的紅土鎳礦調(diào)整少量熔劑，進行工藝參數(shù)調(diào)整，實現(xiàn)靈活生產(chǎn)。

　?。?）作業(yè)率高、安全性好

　　年作業(yè)時間可達300～330天。側(cè)吹熔池熔煉爐爐墻為二層結(jié)構(gòu)形式。從內(nèi)到外為耐火磚、銅水套。耐火材料起隔熱作用，減少爐子的熱損失。而外層銅水套在爐墻上形成了一個冷卻強度很大的冷卻層，使得爐墻耐火材料始終在低溫下工作。銅水套和內(nèi)襯磚的結(jié)構(gòu)有利于冷卻和掛渣，大大延長了爐子壽命，爐子整體大修周期兩年以上。

　　（3）氧氣濃度高、熱利用率高

　　該工藝采用高富氧熔煉，富氧濃度達70%-90%，冶煉廢氣量小。通過側(cè)吹噴槍直接向熔體內(nèi)部補熱。燃料直接在熔體內(nèi)燃燒，放出熱量大部分被熔體吸收，加熱速度快，熱量利用率高，可以快速有效調(diào)節(jié)熔池溫度。側(cè)吹爐處理紅土鎳礦產(chǎn)生的高溫?zé)煔饪梢酝ㄟ^處理后送往干燥窯進行預(yù)熱利用，設(shè)備大型化后可采用余熱鍋爐回收余熱，產(chǎn)生的蒸汽可進行發(fā)電，使煙氣余熱得到充分利用。

　?。?）能源結(jié)構(gòu)合理，燃料適應(yīng)性強

　　側(cè)吹熔煉處理紅土鎳礦新工藝完全不使用焦碳，而使用較為便宜的粉煤作燃料，具有成本低，來源廣的特點。也可根據(jù)項目當(dāng)?shù)氐哪茉辞闆r進行靈活選擇，噴槍可使用天然氣、發(fā)生爐煤氣、高爐煤氣等燃料。該工藝在基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、電力供應(yīng)缺乏的國家地區(qū)，不受能源限制具備更強的競爭力。

　?。?）爐內(nèi)氧勢控制靈活

　　可以通過噴槍噴入的燃料和氧氣的相對量的調(diào)節(jié)，有效控制參與冶煉反應(yīng)的氧氣的氧勢，使熔池內(nèi)部還原氛圍可控，杜絕泡沫渣、噴爐等不利爐況的發(fā)生。

　?。?）環(huán)保好

　　側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉工藝采用微負壓操作，無煙氣外逸；熔煉爐放出口和熱物料輸均采用強化通風(fēng)，滿足崗位環(huán)境衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求。

　?。?）產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)

　　獨特的熔池熔煉原理，使鎳鐵雜質(zhì)含量低，產(chǎn)品質(zhì)量不低于RKEF工藝的產(chǎn)品；產(chǎn)品形式與RKEF工藝的產(chǎn)品相同，既可熱送至煉鋼系統(tǒng)，也可鑄錠生產(chǎn)鎳鐵錠。

　　4、富氧粉煤側(cè)吹熔分爐的特點

　　富氧煤粉側(cè)吹爐采用矩形爐型結(jié)構(gòu)，放置條形混凝土基礎(chǔ)上，爐底通風(fēng)冷卻。爐子由爐缸，爐身，爐頂構(gòu)成。爐缸外圍鋼板，內(nèi)襯耐火材料，在爐缸的一側(cè)開有上渣口和下渣口，在爐缸最底部設(shè)有底排放口；爐身側(cè)墻由銅水套內(nèi)襯耐火磚構(gòu)成，側(cè)吹爐銅水套和鋼水套采用循環(huán)水水冷保護。

　　側(cè)吹爐的核心元件為爐體兩側(cè)的噴槍。噴槍可以向爐內(nèi)噴入煤粉和富氧空氣，用以補充反應(yīng)熱。根據(jù)爐內(nèi)溫度變化，隨時調(diào)整氣量，反應(yīng)靈敏，有利于爐子的控制。同時，噴槍向爐內(nèi)噴入氣體產(chǎn)生氣泵作用，使熔池產(chǎn)生強烈攪動，迅速完成爐料熔化還原等傳質(zhì)傳熱反應(yīng)。側(cè)吹還原爐可以適應(yīng)不同類型的燃料，噴槍可以根據(jù)燃料種類的不同進行設(shè)計和調(diào)整，可以噴粉煤、天然氣、高爐煤氣和發(fā)生爐煤氣等。

　　5、主要技術(shù)指標(biāo)

　　以年處理紅土鎳礦11.1萬噸（干基）為例，紅土鎳礦成分見表5-1。

表5-1 紅土鎳礦（干基）主要成分