第1章　镍及冶炼技术概述

红土镍矿（即氧化镍矿）床是由含镍的岩石在热带或亚热带经长期风化浸淋蚀变富集而成。如以含镍橄榄石为主的橄榄岩，在含有CO2酸性地面水的长期作用下，橄榄岩被分解，镁、铁及镍进入溶液；硅则趋向于形成胶状悬浮液向下渗透；铁逐渐氧化并很快呈氢氧化铁沉淀，最终失去水而形成针铁矿和赤铁矿，少量镍、钴也一起沉淀。铁的氧化物沉淀在地表，而镁、镍及硅则留在溶液中进入地表层下，与岩石或土壤作用被中和之后呈含水硅酸盐沉淀下来。由于镍比镁优先沉淀，故在沉淀的矿石中的镍镁比高于溶液中的镍镁比，因此镍得以富集。由于溶入及沉淀多次发生，故一般红土镍矿中含镍可由原矿的0.5％富集至1.5％～4％。这个富集过程可能经历了几千年到几百万年。

由于矿床风化后铁的氧化，矿石呈红色，所以称为红土镍矿。矿床上部铁多、镍较低、硅少、镁少、钴稍高；矿床的下部，由于风化富集，硅多、镁多、铁低、镍较高、钴较低。

基于风化淋滤作用的结果，根据红土风化壳的矿化剖面结构和主要载镍矿物学特征，可将红土镍矿床分为3种类型：硅酸盐型、黏土型和氧化物型。

由于钢铁工业快速发展，特别是奥氏体不锈钢产量的巨大提高，导致对镍和铁的大量需求，且不需要将镍和铁作进一步的分离，这样使得镍铁的大量生产成为可能。利用红土镍矿冶炼镍铁也正适应了这个要求。据有关报告，目前世界上镍储量的72％为红土镍矿，原生镍年产量50％以上源自红土镍矿。

利用红土镍矿冶炼镍铁，进而利用镍铁冶炼不锈钢、含镍合金钢、含镍合金铸铁及镍基高温合金等，尤其以热镍铁水为主要炉料进而冶炼不锈钢、含镍合金钢是未来含镍、铁元素金属材料冶金的重要方向。

当今世界，钢铁生产的工艺流程经过长期的发展和选择，只剩下两种主要的流程，即以氧气转炉炼钢工艺为中心的钢铁联合企业生产流程和以电炉炼钢工艺为中心的小钢厂生产流程。通常习惯上人们把前者叫做长流程（图1-1），把后者叫做短流程（图1-2）。

长流程工艺就是：从矿石原料开始，主要有三种：铁矿、煤、石灰石，铁矿经采矿、选矿、烧结或球团。煤经过洗煤、配煤、焦化得到焦炭。石灰石入高炉做造渣溶剂。以上三种主要原料入高炉冶炼得到液态铁水。高炉铁水经过铁水预处理（或不经过）入氧气转炉吹炼、再经二次精炼（或不经过）获得合格钢水，钢水经过凝固成型工序（连铸或模铸）成坯或锭，再经轧制工序最后成为合格钢材。由于这种工艺流程生产单元多，规模庞大，生产周期长，因此称此工艺流程为钢铁生产的长流程工艺。

短流程工艺就是：将回收再利用的废钢（或其他代用料），经破碎、分选加工后，经预热直接加入电炉中，电炉利用电能作热源来进行冶炼，再经二次炉外精炼，获得合格钢水，后继工序同长流程工序。由于这种工艺流程简捷、生产环节少、生产周期短，因此称此工艺流程为钢铁生产的短流程工艺。

传统意义上的转炉炼钢是利用高炉铁水为原料，因高炉炼铁周期很长，故将高炉-转炉流程称为长流程；传统意义上的电炉炼钢是利用废钢铁等固体钢铁料为原料而非高炉铁水，故将废钢铁-电炉流程称为短流程。然而，随着钢铁冶金技术的迅猛发展和降低生产成本的要求，特别是电炉冶炼周期与连铸周期匹配的刚性要求，向电炉中加高炉铁水（比如30％～70％）；向转炉中加熔融还原铁水、矿热炉含镍、铬、锰等铁合金熔液的工艺，改变了传统意义上的长、短流程的定义。

实质上，长、短流程的根本区别是看是否利用高炉铁水炼钢：是，就是长流程；否则就是短流程。利用高炉镍铁作为主炉料冶炼不锈钢工艺是长流程工艺，利用矿热炉镍铁作为主炉料冶炼不锈钢工艺是短流程工艺。

利用红土镍矿冶炼镍铁合金有四种主要方法，即高炉法、鼓风炉法、矿热炉法和回转窑直接还原法。镍铁主要用于不锈钢冶炼，通常被做成铸铁块或粒化铁冷态加入炼钢炉中，作为铁合金添加剂使用。矿热炉、高炉生产的镍铁产品，或将热镍铁水作为主炉料兑入转炉或AOD炉直接冶炼不锈钢。

2005年以来，中国红土镍矿冶炼发展迅猛，在冶炼技术上不断进展，规模不断扩大，镍铁和奥氏体不锈钢产量互为推动、互为前提。2012～2014年全球、中国镍矿产量、镍产量、镍铁产量及不锈钢产量见表1-1。2013年中国不锈钢产量1927万吨，占世界产量的50％。2013年全球产镍194.3万吨，中国70.1万吨，其中镍铁镍贡献量48万吨，超过10年前2003年的世界镍铁产量28.2万吨（表1-2）。2014年全球产镍预计194.4万吨，中国68万吨，其中镍铁镍贡献量45万吨。

注：第1～4行数据来源于有色协会和安泰科；第5、第6行数据来源于国际镍研究组（INSG）；第7行数据来源于麦格理Macqurie。

2005～2008年中国镍铁产量（含镍量）见表1-3。

2009～2014年中国镍铁（含镍量）、不锈钢产量见表1-4。

2004～2014年中国不锈钢系别变化情况如图1-3所示，2014年预计产量2150万吨，其中300系53％、200系27％、400系20％。