吴国江 别振龙
（常熟市龙腾特种钢有限公司，江苏 苏州 215511）
摘要：随着硫化镍矿的枯竭和不锈钢需求的不断增长，丰富储量和价格低廉的红土镍矿被广泛用于不锈钢生产。其中，镍合金褐铁矿红土主要由烧结高炉生产，然而，在红土镍矿的烧结生产中，烧结强度低、性能低、燃耗高，经常出现混合料混匀不足、制粒性能差等问题，严重影响不锈钢企业的生产效率。因此，有必要优化红土镍矿的烧结工艺，通过调整无烟煤配比、原料工艺等参数进行技术优化，采用强力搅拌机提高搅拌效果。结论：技术优化研究表明，碱度为1.6，无烟煤配比为7.2%，水分含量为18.5%。与参考期相比，无烟煤级1-5mm原料分级材料的制备过程通过增加烧结晶体的液相来促进烧结过程，延长了高温时间，促进了烧结矿的固化，使转鼓强度提高了19.82%。
关键词：红土镍矿；混匀；制粒；烧结
引言
红土镍矿主要是分布于环太平洋亚热带和热带海洋气候潮湿地区的早期岩层顶部碳酸盐结壳中风化浸出沉积形成的浅层地壳矿床。由于其红棕色，被称为红土镍矿。印度尼西亚、澳大利亚、菲律宾三国红土镍矿资源储量占全球总储量比重均超过10%，分别达到18.7%，17.7%，10.1%，古巴、新喀里多尼亚、巴西等国家也分别占9.1%，8.4%，8.3%，均超过8%。我国每年进口大量镍以满足国内对镍的需求，2020年，我国对国外镍资源的依赖度达到 85%，红土镍矿占绝大多数，主要来自印度尼西亚和菲律宾，占进口量的90%以上。
1 红土镍矿火法冶炼工艺
随着不锈钢工业的快速发展，以红土镍矿镍合金为原料的精炼工艺在不锈钢生产中得到了广泛应用。其中，火法冶炼技术因其适应性强、技术成熟、性能优越，逐渐成为红土镍矿镍合金精炼的主要技术。
1.1 回转窑-矿热炉还原熔炼镍铁工艺
RKEF 工艺主要以含镍量超过2%的腐殖质红土镍矿为原料生产镍铁气。镍的质量份额在8%至12%之间，该工艺的镍回收率通常在90%以上。生产工艺如下：首先，将破碎的红土镍矿分成50-150毫米的颗粒，送往回转窑进行干燥和预还原，以获得燃烧丝。然后将燃烧丝用作还原剂，在光热炉中溶解并还原。为了获得8%的生镍铁，在 AOD炉中清洗镍铁以获得镍铁和铁合金。优点：一是设备简单，工艺流程短，生产效率高；二是原料适应性强，可用于各种红土镍矿。三是镍铁的质量很高。脱硫和净化过程减少了有害元素，可以显著减少镍铁中的有害物质。四是炉体完全封闭，可循环使用。回转窑产生的烟气可以在回转窑中进行干燥。矿热炉产生的含 CO 废气经过清洗后，可以用作回转炉中的还原剂。五是热焙砂可以进入矿井的热炉，节省大量热量。
然而，这项技术也有以下缺点：一是回转窑结重，维护成本高；二是能耗高，炉渣量大，保证了渣铁分离。炉渣温度保持1550℃以上，有时需要1600℃或更高。三是无法回收红土镍矿中的 Co，适用于Co含量小于0.05%的红土镍矿。四是红土镍矿的镍含量对该工艺的生产成本有重大影响。矿石中镍含量每下降0.1%, 生产成本就会增加约3-4%。
1.2 回转窑直接还原-磁选工艺
回转窑直接还原-磁选工艺主要用于处理镍含量超过 1.8%的高镍红土镍矿。首先对红土镍矿进行粉碎和干燥，然后按照配合比例将原料、无烟煤粉和石灰石混合。然后将材料混合，并收集压力球以获得碳质颗粒。在回转窑中对颗粒进行干燥和还原。通过用水淬火、烧砂、细碎和旋转回收镍粉，该工艺是处理高镍红土镍矿的一种更经济的方法。它的优点是能耗低，85%的能源来自煤炭，每吨煤炭消耗160-180公斤。但该工艺仍然存在以下问题：首先，很难管理回转炉的回收和运行，也很难控制自选参数。其次，生产规模较小，每年镍的支出只有1万吨左右。最后，磁选尾矿得不到有效的处置，不利于环境保护。
2 红土镍矿烧结-高炉工艺
随着国家加快淘汰落后产能和环境要求，钢铁行业的高炉规模正在逐步扩大。由于烧结炉工艺具有技术成熟、原料适应性强、性能高等优点，国内钢铁行业大量小型高炉被淘汰。建议加工残余镍含量为0.7-1.0%、Fe>40%的棕色铁镍矿，生产镍含量为 3-5%的铸铁。首先，在红土镍矿破碎干燥后，加入碳粉和用于颗粒混合的溶剂。然后在烧结吸附烧结机上提取完成的烧结矿石。最后，将烧结矿溶59%解，在高炉中获得镍铸件。这项技术在我国的应用具有以下优势：中国拥有大量的高炉，随着小高炉在普通钢铁冶炼中逐渐淘汰，拥有小高炉的企业可以用小高53%炉处理红土镍矿生产镍铁，经济效益显著。烧结-高炉工艺处理量大，生产效率高。
红土镍矿的性质与普通铁矿石有很大不同，在生产中也存在一些问题：第一，在高炉冶炼过程中，炉渣含量高，粘度高，难以分离炉渣和铁。第二，在高炉冶炼过程中，炉渣含量高，难以分离出渣和铁。为了保证铁水的流动性，常常会加入萤石，易对环境造成污染。第三，红土镍矿的成分变化很大，使生产过程容易不稳定。第四，红土镍矿无结晶水和水含量高，燃烧损失大，成分丰富，熔点高 
烧结金属质量差，固体燃烧高，烧结难以满足生产要求。
3 红土镍矿烧结工艺参数优化研究
烧结参数是影响混合物、成分和烧结性能的最重要因素，因此研究适合红土镍矿烧结的参数非常重要。在优化无烟煤颗粒质量等烧结工艺的基础上，确定了适合红土镍石的烧结参数，为进一步加强混匀与制粒研究作基础。
3.1 水分的优化
无烟煤的比例为7.2%，碱度为1.6%，在正常原料条件下，水分对烧结性能的影响随着水分的增加，成品先上升后下降，转鼓强度先提高后降低，利用系数持续增大。固体燃料的消耗量先减少后上升的趋势。随着湿度从 17.5%增加到18.5%，可以获得良好的烧结性能。气体性能得到改善，材料层的氧含量增加，烧结性能得到改善。将含水量从18.5%提高到19.5%，显著提高了材料层的渗透性，垂直烧结速度显著加快。如果烧结速度过快，很容易缩短烧结矿的矿化时间，水分含量会增加材料层的超湿度。这增加了热损失，降低了烧结矿石的强度。总体而言，推荐混合料水分控制在18.5%。
3.2 无烟煤配比的优化
尽管目前固体燃料的消耗量有所下降，但随着无烟煤比例的增加，最高排气温度也会增加，垂直转化率低于无烟煤。无烟煤的平衡系数降低，无烟煤的结合系数提高，转化热效率提高，液相增加，凝固条件显著改善，固体燃料消耗大幅增加。主要原因是无烟煤配比增加会恶化料层高温透气性，不利于烧结过程。综合考虑，推荐无烟煤配比为7.2%。
3.3 碱度的优化
在分层分级布料，混合水分18.5%，无烟煤7.2%，生石灰用于所有无烟煤，以调节抗凝的高度依赖性，碱度对烧结性能的影响为随着碱度增加，成品率先提高后趋于稳定，转鼓强度先提高后趋于稳定，利用系数先增加后略微减小，固体燃耗持续降低。碱度增加有利于低熔点液相和铁酸钙生成，从而改善烧结矿固结条件；但碱度过高时容易生成大孔薄壁结构，从而影响烧结性能。综合考虑，推荐碱度为1.6。
3.4 布料方式的优化
混合料的水分为18.5%，无烟煤的配比系数为7.2%，在全无烟煤条件下，两种布料方式对局部性能的影响比平时好，渗透率通常指数更高，垂直过渡速率高，同时，分层分级布料料层上部平均碳含量更高，烧结自动蓄热作用使上下层热量趋于一致，烧结过程更加均匀，有利于提高烧结性能。
3.5 无烟煤粒级的优化
在分层分级布料，混合物的水分为18.5%，无烟煤配比为7.2%，碱度为1.6%。随着无烟煤粒度水平从0~3mm增加到3~5mm，成品速度和转鼓强度逐渐增加，41%利用系数先增加后降低，固体燃料消耗量先下降，然后略有增加。无烟煤粒度越厚，矿化时间越晚，烧结矿也就越多。对于无烟煤来说，很难通过细小的颗粒形成高温区，不利于烧结矿的固化。无烟煤颗粒太厚，材料层中的碳分布点变小。然而，在制造过程中，粗煤粉很容易分离到料床底部，燃烧面积变厚，料床固体温度降低，矿石的烧结能级降低。如果无烟煤中有1-5mm的颗粒，可以实现更好的烧结。
3.6 烧结工艺优化参数及性能对比
通过优化烧结工艺参数，烧结技术经济指标显著提高，成品速度从 67.48%提高到75.06%,转鼓强度从38.2%提高到58.02%,垂直烧结速度从22.99mm min¹提高到27.02mm·min⁻¹,利用率从( 
增加到 
烧结矿化工艺优化后，碱度从1.0增加到1.6，其余成分基本保持不变。前烧结矿的优化主要是大孔薄壁结构、大孔、多裂纹、孔相互连接，严重影响烧结矿强度。主要原因是煤尘分布相对较低之前烧结工艺优化，煤尘粒度稍细，碱度低，烧结工艺热不足，烧结液相形成少，烧结矿固化条件差，一般来说，未经处理的制剂层透气性差，无烟煤燃烧不足。
4 结论
本文根据原料特点，对红土镍矿进行了烧结、混合强化等工艺参数的优化，得出了碱度1.6、无烟煤配比7.2%、水分18.5%、无烟煤颗粒级1-5mm的工艺参54%数优化条件，布料方式为偏析布料时，与基准期相比，成品率由 67.48%提高到64%75.06%,转鼓强度由38.2%提高到58.02%, 垂直烧结速度从 
提64%高到 
利用率从 
增加到 
优良的冶金性能符合高炉生产要求。优化的烧结矿由多孔薄壁结构转化为大孔厚壁结构，裂纹减小，铁氧体颗粒相互连接，颗粒从分散到紧密结合，烧结矿微观结构显著改善，同时与钙、镁相结合，再生石灰和钙铁氧体减少，SFCA，钙镁黄长石和钙铁镁辉石增多，烧结矿凝固条件改善，有助于提高烧结矿强度。
参考文献：
[1]张国成；罗果萍.碱度对烧结矿液相形成性能和微观结构特性的影响[J].钢铁研究学报,2021(07)
[2]武兵强；齐渊洪.红土镍矿火法冶炼工艺现状及进展[J].矿产综合利用，2020(03)