红土镍矿回转窑

はじめに

江蘇鵬飛集団は30万トン/年の機械製造基地を有し、13mの立旋盤、直径12m、40モジュールのホブ加工能力、8*20mの焼鈍炉、最大400tの吊り上げ能力を備えており、直径10m未満のロータリーキルンやボールミルの製造要件を満たすことができます。大型プレヒーター、ロータリーキルン、チューブミル、縦型ミル、クーラーなどの主要設備はすべて自社開発・製造であり、ターンキープロジェクトの請負者と主要設備供給者の二つの役割を担い、中国セメント機械のリーディングカンパニー、中国建材機械トップ20、江蘇省契約・信用維持企業となっています。我が国はニッケル生産技術において重要な進展を遂げ、知的財産権を所有しています。一方、ラテライトニッケル鉱石は高品質のフェロニッケルを生産できます。江蘇鵬飛集団はラテライトニッケル鉱石用ロータリーキルンを開発に成功し、この技術は生産・応用分野に入っています。
 

紹介

ラテライトニッケル鉱石は製錬後に豊富なフェロニッケルを生産でき、この技術は生産・応用分野に入っています。成功例としては、広東広青、福建鼎信、浙江青山、山東臨沂などがあります。江蘇鵬飛集団の董事長兼総経理である王家安氏は、2010年8月19日に広東広青金属科技有限公司の社長である夏苗氏と福建省で協力し、福建鼎鎳焙焼プロジェクトの後にニッケル焙焼ロータリーキルン4セット、合計8基に署名しました。総契約額は7,000万元人民元以上に達し、ロータリーキルンによるラテライトニッケル鉱石の製錬でフェロニッケルを生産し、主な顧客はニッケル鉱石ロータリーキルンでした。
 

技术

江蘇鵬飛集団は国家級大規模企業、中国建材機械の重点企業、中国セメント機械のリーディングカンパニー、江蘇省契約・信用維持企業、江蘇省AAA級信用企業であり、対外貿易経済協力省の2500tpd、5000tpd新型乾式ロータリーキルンセメント設備の生産・輸出基地です。設計、完全な設備供給、据付・試運転までの一貫したサービスを提供する統合能力を有しています。
江蘇鵬飛集団は強力な機械加工能力を有し、最大旋削・ホブ加工直径は12m、焼鈍炉は6.5m、屋内最大吊り上げ能力は200t、屋外最大吊り上げ能力は150tで、直径6m未満のロータリーキルンセメント機械の加工能力を持っています。中国トップブランド「鵬飛」セメントロータリーキルンの販売量は全国で2位であり、企業は「中国セメント機械リーディングカンパニー、中国建材機械トップ20」の称号を獲得しました。当社は建材機械、電気、環境保護、化学機械、新型建材を将来の経済成長の基盤とする統合グループであり、ISO9001品質システムの認証を受けています。主要製品であるロータリーキルン煆焼システム、高効率ボールミル、EPフィルター、マイクロコンピュータ自動制御、予加水造粒設備、分級機などは省級レベルの認証を受け、国家特許、国家星火計画プロジェクト、江蘇省ハイテク製品の称号を獲得し、国内外の顧客から好評を得ています。
当社は自社開発センターと専門の科学技術従業員を有し、毎年売上高の4%以上を研究開発に投資しています。開発スタジオを設立し、開発従業員の自己革新を積極的に奨励し、常に先進レベルに焦点を当て、技術改善と革新を継続的に推進し、消化・吸収に基づく自己革新の実施を堅持し、科学技術の進歩によって企業の核心競争力を向上させています。長年の発展を経て、当社は独自の知的財産権を持つロータリーキルンシリーズ製品を形成し、35件の特許を取得し、製品の品質と性能は国際先進レベルに達しています。また、中国中材の天津研究所、南京研究所、合肥セメント研究設計院、東南大学、塩城工学院、ロシアSTROIPROEKT（建設）調査設計院などとの協力を強化し、新技術の消化・吸収により当社の自己革新能力は明らかに強化され、5000tpd、2500tpdのセメント設備一式が開発され、これらの設備の製造能力を有し、大型乾式セメントロータリーキルンの国家リーディング製造企業となっています。
 
現在、当社の製錬プロセスは基本的に電解ニッケルを主製品とする単一製品に基づいています。ラテライトニッケル鉱石を利用してフェロニッケルを生産する技術の開発が必要です。ラテライトニッケル鉱石を利用してフェロニッケルを生産することは経済的に合理的であり、電解ニッケルを生産する必要はありません。近年、国民経済発展のためのニッケル需要を満たすことを確保するため、多くの企業が「走出去」の発展政策を実施し、我が国への安定供給に役割を果たすニッケル鉱石資源の開発に参加しています。ニッケル酸化鉱石は赤道付近に広く分布しており、距離が近く、運賃も高くありません。ニッケル硫化鉱石の枯渇に伴い、ニッケル酸化鉱石（ラテライトニッケル鉱石）の開発と応用は世界で急速に進んでいます。
1. ニッケル酸化鉱石の製錬プロセスの概要
現在、ニッケル酸化鉱を原料とするニッケル生産は、乾式製錬と湿式製錬に分けられる。乾式製錬によるニッケル金属の生産は依然として重要な位置を占めている。しかし近年、湿式製錬プロセスが急速に発展し、高圧酸浸出プロセスを利用してニッケルとコバルトを生産する工場が新設されている。湿式製錬は2種類に分けられる：1つはアンモニア浸出であり、原料とコストの制約により、近年新設工場はない。もう1つは酸浸出であり、マグネシウム含有量の低いニッケル酸化鉱に適しており、コストは低いが、いくつかの技術的問題が未解決のままである。しかし、資源利用と省エネの観点から見ると、高圧酸浸出プロセスは利点と可能性を有しており、重要な研究課題となっている。ただし、投資、建設期間、技術の成熟度の観点から、製品がニッケル鉱石またはNi-Sとなる乾式製錬の新工場が多数建設されると推定される。
2. 乾式製錬の概要
乾式製錬プロセスは、溶鉱炉（BF炉、すなわち高炉）製錬と、ロータリーキルン-潜弧炉-転炉（RKEF）製錬プロセスの2つのカテゴリーに分けられる。
2.1 高炉製錬によるニッケル鉄の製造プロセス
1863年にラテライト鉱が発見された後、BFIプロセスがこの種のマグネシア質ケイ酸ニッケル酸化鉱の処理に使用された。電力消費、環境保護、投資、生産コストなどの理由により、この種のプロセスは廃止された。中国を除いて、世界でこの種のプロセスを使用してニッケル鉄を生産している工場はない（最後に生産を停止した工場は、ロシアのウラルニッケル会社とウファリニッケル工場である）。高炉製錬プロセスは単純であり、プロセスフローは以下の通り：原料は工場到着時の状態に応じて処理され（例えば、ニッケル含有量の低い塊を手選し、破砕・篩分けする）、その後、焼結機の配合・装入設備を介してニッケル酸化鉱に還元剤とフラックスを添加し、均一に混合する（造粒機も使用可能）。混合された原料は焼結機の台車に散布され、焼結後にニッケルを含む焼結鉱が得られる。その後、焼結鉱は高炉の原料ヤードに送られ、篩分けを経て高炉に装入される。製錬後、有害物質が多くニッケル含有量が低いニッケル鉄が得られ、これはステンレス鋼製錬に広く使用され、粗ニッケル鉄のニッケル含有量を調整するために使用される。このため、リン、ケイ素、炭素、硫黄などの有害元素を除去するための精錬措置が取られる。これらの精錬措置により、顧客の要求に応じてニッケル鉄のニッケル含有量を向上させることができる。高炉製錬プロセスが廃止された理由：
第1に、このプロセスの環境汚染問題に対する有効な解決方法がない。従来の高炉汚染に加えて、スラグの流動性を改善し炉体の底を減らすためにフッ石（CaF）を炉内装入物に添加するが、フッ化物汚染を避けるため、この操作は禁止されるべきである。Al2O3含有量の高いニッケル酸化鉱の場合、炉内に添加されるフッ化物の割合が大きいため、この問題はより深刻である。ラテライトニッケル鉱から生産される焼結鉱の強度のため、大規模な高炉での製錬には適しておらず、通常、小型の製錬高炉と小型焼結機がニッケル鉄生産に使用される。中国のニッケル鉄生産用高炉は50m³から380m³である（報告によると、より小型の高炉もあり、主に150m³以下の小型高炉である）、焼結機は18m²から50m²である。一部のニッケル鉄生産工場には必要な環境保護対策が欠如しており、一酸化炭素、硫黄酸化物、フッ化物、粉塵が周辺環境に深刻な環境汚染を引き起こしている。この種の方法は、廃止された鉄冶金設備を使用して非鉄金属を生産するものである。
第2に、ニッケルの回収率が低い。この種のプロセスでニッケル鉄を生産する場合、鉱石からのニッケル回収率は通常90%未満である。一部の工場は依然として粗ニッケル鉄を生産する一次生産段階に留まっており、ニッケル鉄の精錬工場がない。したがって、この回収率は海外の文献で見られるニッケル回収率とは異なる。
第3に、電力消費が高く、高価な硬質コークスが必要である。焼結プロセスでは、小型焼結機の電力消費特性に基づき、電力浪費工場が高い返鉱比を引き起こした。高炉プロセスでは、小型高炉が廃止された理由の一つは電力浪費であり、現在は大量のスラグ量が発生している。一部の工場では高炉ガスと廃熱が効率的に回収されておらず、貴重な電力が浪費されると同時に環境が汚染されている。
第4に、不純物含有量が高く、製錬なしでは国際的なニッケル取引基準を満たさない。ニッケル鉄には高いニッケル含有量と低い炭素、ケイ素、硫黄、リン含有量が要求される。我が国の高炉で生産されるニッケル鉄は、ほぼ高炭素・低ニッケル・高ケイ素の製品であり、リン含有量は原料によって決まるが、現在は低リンの原料が不足している。この種の半製品のニッケル価値は、品質の良いニッケル鉄のニッケル価値よりも低い。一方、鉄元素はほぼ無料で顧客に提供されている。
5、单位镍产量的投资较大：1）建设机械料场、烧结机和高炉的投资高于RKEF工艺。当然，利用现行产业政策淘汰小规模镍铁生产设备，可节省投资。这种工艺是在低价格红土镍矿、高价格镍、环保政策和电力政策不利的条件下发展起来的。红土镍矿价格必然上涨，镍价将回落到合理水平，国家环保和节能政策将得到执行，这种工艺将退出市场竞争。2）火法冶金RKEF工艺发展于上世纪50年代，目前取代高炉工艺生产镍铁。这种工艺开创了火法冶金生产镍铁的新篇章。据不完全统计，有17个国家采用这种工艺生产镍铁。基本工艺流程：矿石处理和还原剂制备—回转窑焙烧—热装入矿热炉熔炼—粗镍铁炉外脱硫—转炉中去除硅、磷、碳、硫、锰等杂质—精镍铁水浇铸，另外还应建设转炉内渣中铁和镍回收利用车间。
 
（1）矿石处理和还原剂制备
矿石运入原料场后，经破碎和均匀混料，加入还原剂，然后送入回转窑。有些工厂在物料装入回转窑前进行预干燥处理，或增加制粒工序。物料配比很重要，对避免回转窑结圈（物料粘附在炉衬上）、控制炉料导电性以及分离矿热炉中的渣和金属（镍、铁）起决定性作用。
（2）回转窑焙烧
回转窑的工作区域可分为三段，即干燥段、加热段、焙烧段。在回转窑中，矿石经焙烧脱水，重量减少约30%。同时，氧化镍和部分铁可被炉料中的还原剂还原。在回转窑出料端设置密封出料装置，镍渣在600～900℃的温度下保温状态下送入矿热炉的料仓，然后通过密封管布料装置均匀分布到矿热炉内部。根据炉料处理方法的不同，回转窑的直径与长度之比也不同。回转窑的燃烧器结构很重要，可有效调节整个火焰的长度和刚度，以确保炉内三个工作区的温度处于工艺要求的范围内。此外，充分考虑回转窑气体干燥炉料以节约能源。
（3）热装入矿热炉熔炼
对回转窑排出的物料称重后，这些物料将以热态装入矿热炉。矿热炉的加料系统需适应热装的要求。热装很重要，因为除了物理热回收外，运输过程中还应避免二次氧化。为了环保、粉尘回收、工业卫生和煤气回收，矿热炉应密封。在矿热炉中通过电弧熔炼分离粗镍铁和电炉渣，同时可产生含75% CO的还原气体，经气体净化后可用作回转窑的燃料，占回转窑燃料的30%。根据原料不同，1吨原矿经回转窑焙烧后可获得650-700公斤镍渣，而在矿热炉中熔炼后可获得110-150公斤粗镍铁。粗镍铁的镍含量通常在10%-18%之间。
（4）粗镍铁的精炼
•在矿热炉出铁包的过程中，向铁包中加入苏打，每吨镍铁加水量约为5-15公斤，镍铁水的硫含量可降低至0.05%-0.08%。或者在出铁后向铁包中喷入粒化镁，这需要专用蒸发器将粒化镁喷入铁包约1.0米深处，此工艺可将铁水硫含量降至0.05%以下。
•清除粗镍铁水表面的炉渣，向转炉中加入酸，然后通过吹氧脱硅。为控制熔池温度不过高，向炉内加入废钢或含镍废料。
•镍铁脱硅后将加入碱性转炉，在此去除碳、磷和部分铁。在冶炼过程中，向转炉中加入石灰石。如果有足够的含镍废料，可用石灰代替石灰石。从碱性转炉排出的镍铁水可满足商品镍铁标准的要求，可用于镍铁的销售。另外，粗镍铁的二步精炼工艺是用碱性转炉代替酸性转炉，在第一座转炉内采用新工艺进行脱硅和脱硫。从第一座转炉排出的镍铁水将进入第二座碱性转炉进行脱磷和脱碳。在冶炼过程中向转炉中加入石灰和石灰石，以确保适当的冶炼温度。二步精炼可获得精炼镍铁水。2.3 粗镍铁直接冶炼不锈钢工艺（开发中）在上述两步精炼过程中，第二座转炉将改为使用精炼转炉吹氩和吹氧，可直接生产300系列不锈钢。这种工艺可用于建设废钢熔化电炉，充分利用硅氧化的热能来节省能源和电力，充分利用粗镍铁中的铁元素。这项技术前景诱人，但仍处于探索阶段。
ニッケル鉄生産工場を建設するには、主要資源と非鉄金属産業の統合的利用に関する長期的計画の戦略的目標を考慮する必要があり、中国の大規模ニッケル鉄生産基地を建設するのに適した地域を選定することが必要である。しかし、性急に行動することは避けるべきである。ニッケル鉄生産基地の建設には以下の条件が必要である：•鉱石源を確保する：異なる鉱石は異なる製錬プロセスに適している。乾式製錬プロセスでは、まずケイ酸ニッケル鉱石の原料を選定し、ニッケル鉄工場の建設を決定する前に、乾式製錬用の酸化ニッケル鉱石源を確保すべきである。現在、価格上昇は事実であり、ニッケル鉱石の供給源は困難を引き起こすであろう。
 

番号	顧客名	設備名称	設備タイプ	設計能力　t/h	数量
1	福建鼎信有限公司	ロータリーキルン	Φ4.4×100m	35～45	3台
2	江蘇康陽有限公司	ロータリーキルン	Φ4.4×100m	35～45	2个
		乾燥機	Φ4.3×33.5m	90～108	2个
3	広東広青金属科技有限公司	ロータリーキルン	Φ4.4×100m	35～45	4台
		乾燥機	Φ5×40m	155～180	4台
4	広西北海誠徳ニッケル有限公司	ロータリーキルン	Φ5.2×118m	80～90	2个
5	山東匯祥有限公司	ロータリーキルン	Φ4.85×75m	51～57	1台