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2005年夏天,一个有关镍的一夜暴富、点石成金的故事在坊间悄悄传递:某种最不值钱的红土,冶炼成某种含有价格昂贵的金属合金。这种金属是镍,含有镍的这种合金,叫做镍生铁。


2000年12月的某天,这个世界上还没有镍生铁,山西某地一座36立方米的高炉,火红的铁水正流出。农民出身的刘光火把根本不值钱的低品位红土镍矿粉(低于2%)变成了炙手可热的镍铬合金。供不应求的产品使老刘的公司迅速发展,浙江华光冶炼集团有限公司炼出来的镍铬生铁,年产能一度达到75万吨,专门供应宝钢、太钢、张家港浦项等多家国内知名钢厂。从红土矿中冶炼出的镍铬生铁,含镍量在1.5%至8%,用电炉生产的,甚至可以达到10%到25%,精炼后可以满足不锈钢用镍铁标准,成为精镍的替代品。


为什么是镍生铁?而镍生铁的生产流程和原理又是什么?




硫化镍矿与红土镍矿


镍矿可分为红土镍矿(氧化镍矿)和硫化镍矿。红土镍矿主要分布在南北回归线以内的热带国家,主要国家有古巴、巴西、印尼、菲律宾、澳大利亚、新喀里多尼亚、巴布亚新几内亚等;硫化镍矿主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、中国和南非等。


据USGS数据,2017年全球镍储量约7400万吨,资源储量极为丰富。其中,约60%为红土镍矿,40%为硫化镍矿。分国家来看,全球镍矿储量最丰富的国家为澳大利亚,2017年储量高达1900万吨,占全球储量约25%。其次为巴西1200万吨,俄罗斯760万吨等。中国2017年储量仅为290万吨,以硫化镍矿为主,占全球储量不足4%,大量依赖进口。


原生镍的主要消费端是不锈钢、电池、电镀、合金四大块。其中,中国不锈钢粗钢产量呈现井喷式上涨,2000年我国不锈钢粗钢产量近52万吨,而到了2017年我国不锈钢产量增加到2346万吨,占全球不锈钢产量超过一半;而同时,我国超过80%原生镍都用于不锈钢生产,我国不锈钢产业全年消耗全球超过65%镍消费量。



正是我国改革开放带来的国内经济快速增长,不仅导致我国不锈钢行业的蓬勃发展,也推动了国际电解镍价格的持续上涨,2007年LME镍更是达到价格顶峰的超过50000美元/吨。正是由于电镍价格的上涨,不锈钢企业面临高成本负担,同样硫化镍矿供应开始跟不上中国速度。这些年来,硫化镍矿储量、品位持续下降。这导致我国从业者不得不另辟蹊径,这也有了镍生铁登上世界舞台的机会。


要知道,硫化镍矿和红土镍矿选矿和冶炼工艺存在较大差别。硫化镍矿需根据矿石级别选用不同的选矿方法,再进行冶炼。硫化镍矿的冶炼方法主要采用造锍熔炼,即将各种硫化镍矿采用不同的火法冶金工艺炼成低镍锍,再将低镍锍用转炉吹成高镍锍(硫化镍和硫化铜的合金)。高镍锍再经过镍精炼厂的不同精炼方法生产出不同的镍产品。甘肃金川、新疆新鑫矿业等公司均采用该工艺生产电解镍。



红土镍矿多采用破碎、筛分等工序预先除去风化程度弱、含镍低的大块基岩,然后直接冶炼。氧化镍矿的冶炼富集方法,可分为火法和湿法两大类。火法具体可分为造锍熔炼、镍铁法和粒铁法,湿法可分为还原焙烧-常压安浸法、高压酸洗法等。


镍生铁冶炼工艺


镍铁的生产工艺也是五花八门,纷繁复杂。根据冶炼设备可分为回转窑-电炉(RKEF)、高炉、电炉等工艺,目前RKEF是冶炼红土镍矿的主流工艺。


RKEF工艺,即回转窑-矿热炉工艺,工艺成熟、设备简单易控、生产效率高。但是其不足之处在于熔炼温度(1500℃左右)较高,需消耗大量冶金焦和电能,生产成本高,且有粉尘污染等。而且,矿石含镍品位的高低对火法工艺的生产成本影响较大,矿石镍品位每降低0.1%,生产成本大约增加3-4%。该工艺适合处理镁质硅酸盐型红土矿A型、中间型红土矿C1、C2型。且Ni品位>1.6%,最好1.8%,这样有利于节约生产成本。


RKEF工艺流程为:矿石配料—回转窑干燥—回转窑焙烧—炉熔炼粗镍铁—LF炉精炼(或机械搅拌脱硫)—精制镍铁水淬—产出合格镍铁粒。


国内最早采用大型矩形矿热电炉生产镍铁的RKEF工艺的是青山集团投资建设的福安鼎信镍铁公司,由中国恩菲工程技术有限公司设计,项目采用2条Φ5×40m干燥窑、4条Φ4.8×100m回转窑、4台33000KVA圆型矿热炉。到目前为止,这两条RKEF生产线生产稳定、指标良好,成本国内最低。



烧结—高炉还原熔炼工艺是国内近几年发展起来的红土矿冶炼工艺。高炉生产镍铁和生产生铁在技术上大差不差,目前国内高炉生产低镍生铁较多,原料一般是含镍1%左右红土镍矿,生产2%含镍量的低镍生铁,通畅焦比在0.8左右(800公斤焦炭/吨镍生铁)。从技术层面讲,烧结—高炉还原熔炼工艺存在着高炉体积利用率低、焦炭消耗量大、烧结污染严重、镍生铁含磷高、镍回收率低等缺点。


高炉生产镍铁的流程主要是:矿石干燥筛分(大块破碎)—配料—烧结—烧结矿加焦炭块及熔剂(英石)入高炉熔炼—镍铁水铸锭和熔渣水淬—产出镍铁锭和水淬渣。


随着国家产业政策的调整,大量500m以下的炼铁高炉被淘汰。但由于国内不锈钢用镍紧张,红土镍矿大量进口,加之当地政府为了解决就业问题和创造税收,这些被淘汰的高炉又被用于红土镍矿的处理,生产含镍3-5%的镍铁。



回转窑-电炉法还原工艺是国内较为常用的一种火法冶炼工艺,流程简单分为以下几个工序;1.干燥焙烧,矿石在直径3m,长80m的回转窑内,用热煤气加热至650-700℃,去除全部附着水和60%-70%的结合水。2.熔炼还原,热矿石在电炉内熔化成矿熔体,随后还原分开粗镍铁和铁渣。3.精炼,一般采用钢包精炼,脱硫、磷。



回转窑——磁选工艺又名直接还原工艺,目前世界上采用此工艺的只有日本冶金公司大江山冶炼厂。此工艺被公认为是目前最为经济的处理红土镍矿的方法,其最大特点是生产成本低,能耗中85%能源由煤提供,吨矿耗煤160-180kg。而电炉熔炼镍铁工艺能耗80%以上由电能提供,吨矿电耗560-600kwh。但是该工艺存在的主要问题是回转窑的结圈及回收率问题,大江山冶炼厂虽经多次改进,工艺技术仍不够稳定。


我国镍生铁产业分布


目前我国镍铁生产企业总数在150家以上,以山东、江苏、内蒙、辽宁、福建居多,其中山东地区以高炉厂家为主,同时电炉厂家虽然数量少但规模较大,代表企业鑫海。山西、江苏、河南等地也有一定数量的高炉企业;而内蒙、宁夏地区则基本上均是矿热炉企业,其中内蒙地区在产企业数量多但产能均较小。



目前来看,不锈钢厂自身建设镍铁项目越来越多,如青山控股和韩国浦项合资的青浦合金,宝钢和中钢合资建设的中宝滨海镍业等。此外,山东、江苏等地不少在产厂家也在积极谋划扩大产能,形成规模优势。青山集团、江苏德龙、山东鑫海是国内最大的三家镍铁冶炼企业。


未来,国内企业更是纷纷布局海外镍铁、不锈钢行业。其中代表企业为青山集团。至于国内镍铁行业,市场关注焦点在于环保,国内持续趋严的环保督查将会限制国内镍铁产量上升,换句话说,国内镍铁的顶峰已过,最多时超过300家镍铁厂的风光不再,在行业亏损洗牌,中小企业关停后,再次受到印尼低成本镍铁的冲击,国内镍铁厂或将再度出现一波关停风潮。


镍生铁成本计算


1. 红土镍矿——冶炼高镍铁的主要原料矿材,业内主要使用的含镍量为0.9-1.0%、1.4-1.6%、1.9-2.0%三种红土镍矿,我们选取相对含镍量稍高1.9-2.0%的红土镍矿作为计算对象(以中间值1.95%作为核算),另外红土镍矿含结晶水和吸附水合计约30%,也就是干矿占比为70%。再来看看我们要生产的高镍铁含镍量10%-15%,理论计算以中间值12.5%作为核算值,那么每吨镍铬铁产品需湿红土镍矿为9.16吨。


2. 电力成本——冶炼高镍铁的主要能耗成本,据悉业内每干吨红土镍矿需要700kwh电力,按此量需求进行计算,每吨产品电耗为4488kwh/h。


3. 各种燃力消耗:生产一吨镍铁产品需要用煤约1吨。


4. 还原焦:还原铁需要用焦炭,还原剂中所需焦炭为450kg。


5. 其他原料费用如石灰、电极等合计1000元/吨。


6. 工资、折旧、维护等费用2500元/吨。


由此,我们可以计算出RKEF冶炼高镍生铁成本。



责任编辑:刘文强

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