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一文讀懂鎳生鐵的前世今生

最新高手視頻! 七禾網 時間:2019-09-16 14:40:31 來源:廣發期貨

2005年夏天,一個有關鎳的一夜暴富、點石成金的故事在坊間悄悄傳遞:某種最不值錢的紅土,冶煉成某種含有價格昂貴的金屬合金。這種金屬是鎳,含有鎳的這種合金,叫做鎳生鐵。


2000年12月的某天,這個世界上還沒有鎳生鐵,山西某地一座36立方米的高爐,火紅的鐵水正流出。農民出身的劉光火把根本不值錢的低品位紅土鎳礦粉(低于2%)變成了炙手可熱的鎳鉻合金。供不應求的產品使老劉的公司迅速發展,浙江華光冶煉集團有限公司煉出來的鎳鉻生鐵,年產能一度達到75萬噸,專門供應寶鋼、太鋼、張家港浦項等多家國內知名鋼廠。從紅土礦中冶煉出的鎳鉻生鐵,含鎳量在1.5%至8%,用電爐生產的,甚至可以達到10%到25%,精煉后可以滿足不銹鋼用鎳鐵標準,成為精鎳的替代品。


為什么是鎳生鐵?而鎳生鐵的生產流程和原理又是什么?




硫化鎳礦與紅土鎳礦


鎳礦可分為紅土鎳礦(氧化鎳礦)和硫化鎳礦。紅土鎳礦主要分布在南北回歸線以內的熱帶國家,主要國家有古巴、巴西、印尼、菲律賓、澳大利亞、新喀里多尼亞、巴布亞新幾內亞等;硫化鎳礦主要分布在加拿大、俄羅斯、澳大利亞、中國和南非等。


據USGS數據,2017年全球鎳儲量約7400萬噸,資源儲量極為豐富。其中,約60%為紅土鎳礦,40%為硫化鎳礦。分國家來看,全球鎳礦儲量最豐富的國家為澳大利亞,2017年儲量高達1900萬噸,占全球儲量約25%。其次為巴西1200萬噸,俄羅斯760萬噸等。中國2017年儲量僅為290萬噸,以硫化鎳礦為主,占全球儲量不足4%,大量依賴進口。


原生鎳的主要消費端是不銹鋼、電池、電鍍、合金四大塊。其中,中國不銹鋼粗鋼產量呈現井噴式上漲,2000年我國不銹鋼粗鋼產量近52萬噸,而到了2017年我國不銹鋼產量增加到2346萬噸,占全球不銹鋼產量超過一半;而同時,我國超過80%原生鎳都用于不銹鋼生產,我國不銹鋼產業全年消耗全球超過65%鎳消費量。



正是我國改革開放帶來的國內經濟快速增長,不僅導致我國不銹鋼行業的蓬勃發展,也推動了國際電解鎳價格的持續上漲,2007年LME鎳更是達到價格頂峰的超過50000美元/噸。正是由于電鎳價格的上漲,不銹鋼企業面臨高成本負擔,同樣硫化鎳礦供應開始跟不上中國速度。這些年來,硫化鎳礦儲量、品位持續下降。這導致我國從業者不得不另辟蹊徑,這也有了鎳生鐵登上世界舞臺的機會。


要知道,硫化鎳礦和紅土鎳礦選礦和冶煉工藝存在較大差別。硫化鎳礦需根據礦石級別選用不同的選礦方法,再進行冶煉。硫化鎳礦的冶煉方法主要采用造锍熔煉,即將各種硫化鎳礦采用不同的火法冶金工藝煉成低鎳锍,再將低鎳锍用轉爐吹成高鎳锍(硫化鎳和硫化銅的合金)。高鎳锍再經過鎳精煉廠的不同精煉方法生產出不同的鎳產品。甘肅金川、新疆新鑫礦業等公司均采用該工藝生產電解鎳。



紅土鎳礦多采用破碎、篩分等工序預先除去風化程度弱、含鎳低的大塊基巖,然后直接冶煉。氧化鎳礦的冶煉富集方法,可分為火法和濕法兩大類。火法具體可分為造锍熔煉、鎳鐵法和粒鐵法,濕法可分為還原焙燒-常壓安浸法、高壓酸洗法等。


鎳生鐵冶煉工藝


鎳鐵的生產工藝也是五花八門,紛繁復雜。根據冶煉設備可分為回轉窯-電爐(RKEF)、高爐、電爐等工藝,目前RKEF是冶煉紅土鎳礦的主流工藝。


RKEF工藝,即回轉窯-礦熱爐工藝,工藝成熟、設備簡單易控、生產效率高。但是其不足之處在于熔煉溫度(1500℃左右)較高,需消耗大量冶金焦和電能,生產成本高,且有粉塵污染等。而且,礦石含鎳品位的高低對火法工藝的生產成本影響較大,礦石鎳品位每降低0.1%,生產成本大約增加3-4%。該工藝適合處理鎂質硅酸鹽型紅土礦A型、中間型紅土礦C1、C2型。且Ni品位>1.6%,最好1.8%,這樣有利于節約生產成本。


RKEF工藝流程為:礦石配料—回轉窯干燥—回轉窯焙燒—爐熔煉粗鎳鐵—LF爐精煉(或機械攪拌脫硫)—精制鎳鐵水淬—產出合格鎳鐵粒。


國內最早采用大型矩形礦熱電爐生產鎳鐵的RKEF工藝的是青山集團投資建設的福安鼎信鎳鐵公司,由中國恩菲工程技術有限公司設計,項目采用2條Φ5×40m干燥窯、4條Φ4.8×100m回轉窯、4臺33000KVA圓型礦熱爐。到目前為止,這兩條RKEF生產線生產穩定、指標良好,成本國內最低。



燒結—高爐還原熔煉工藝是國內近幾年發展起來的紅土礦冶煉工藝。高爐生產鎳鐵和生產生鐵在技術上大差不差,目前國內高爐生產低鎳生鐵較多,原料一般是含鎳1%左右紅土鎳礦,生產2%含鎳量的低鎳生鐵,通暢焦比在0.8左右(800公斤焦炭/噸鎳生鐵)。從技術層面講,燒結—高爐還原熔煉工藝存在著高爐體積利用率低、焦炭消耗量大、燒結污染嚴重、鎳生鐵含磷高、鎳回收率低等缺點。


高爐生產鎳鐵的流程主要是:礦石干燥篩分(大塊破碎)—配料—燒結—燒結礦加焦炭塊及熔劑(英石)入高爐熔煉—鎳鐵水鑄錠和熔渣水淬—產出鎳鐵錠和水淬渣。


隨著國家產業政策的調整,大量500m以下的煉鐵高爐被淘汰。但由于國內不銹鋼用鎳緊張,紅土鎳礦大量進口,加之當地政府為了解決就業問題和創造稅收,這些被淘汰的高爐又被用于紅土鎳礦的處理,生產含鎳3-5%的鎳鐵。



回轉窯-電爐法還原工藝是國內較為常用的一種火法冶煉工藝,流程簡單分為以下幾個工序;1.干燥焙燒,礦石在直徑3m,長80m的回轉窯內,用熱煤氣加熱至650-700℃,去除全部附著水和60%-70%的結合水。2.熔煉還原,熱礦石在電爐內熔化成礦熔體,隨后還原分開粗鎳鐵和鐵渣。3.精煉,一般采用鋼包精煉,脫硫、磷。



回轉窯——磁選工藝又名直接還原工藝,目前世界上采用此工藝的只有日本冶金公司大江山冶煉廠。此工藝被公認為是目前最為經濟的處理紅土鎳礦的方法,其最大特點是生產成本低,能耗中85%能源由煤提供,噸礦耗煤160-180kg。而電爐熔煉鎳鐵工藝能耗80%以上由電能提供,噸礦電耗560-600kwh。但是該工藝存在的主要問題是回轉窯的結圈及回收率問題,大江山冶煉廠雖經多次改進,工藝技術仍不夠穩定。


我國鎳生鐵產業分布


目前我國鎳鐵生產企業總數在150家以上,以山東、江蘇、內蒙、遼寧、福建居多,其中山東地區以高爐廠家為主,同時電爐廠家雖然數量少但規模較大,代表企業鑫海。山西、江蘇、河南等地也有一定數量的高爐企業;而內蒙、寧夏地區則基本上均是礦熱爐企業,其中內蒙地區在產企業數量多但產能均較小。



目前來看,不銹鋼廠自身建設鎳鐵項目越來越多,如青山控股和韓國浦項合資的青浦合金,寶鋼和中鋼合資建設的中寶濱海鎳業等。此外,山東、江蘇等地不少在產廠家也在積極謀劃擴大產能,形成規模優勢。青山集團、江蘇德龍、山東鑫海是國內最大的三家鎳鐵冶煉企業。


未來,國內企業更是紛紛布局海外鎳鐵、不銹鋼行業。其中代表企業為青山集團。至于國內鎳鐵行業,市場關注焦點在于環保,國內持續趨嚴的環保督查將會限制國內鎳鐵產量上升,換句話說,國內鎳鐵的頂峰已過,最多時超過300家鎳鐵廠的風光不再,在行業虧損洗牌,中小企業關停后,再次受到印尼低成本鎳鐵的沖擊,國內鎳鐵廠或將再度出現一波關停風潮。


鎳生鐵成本計算


1. 紅土鎳礦——冶煉高鎳鐵的主要原料礦材,業內主要使用的含鎳量為0.9-1.0%、1.4-1.6%、1.9-2.0%三種紅土鎳礦,我們選取相對含鎳量稍高1.9-2.0%的紅土鎳礦作為計算對象(以中間值1.95%作為核算),另外紅土鎳礦含結晶水和吸附水合計約30%,也就是干礦占比為70%。再來看看我們要生產的高鎳鐵含鎳量10%-15%,理論計算以中間值12.5%作為核算值,那么每噸鎳鉻鐵產品需濕紅土鎳礦為9.16噸。


2. 電力成本——冶煉高鎳鐵的主要能耗成本,據悉業內每干噸紅土鎳礦需要700kwh電力,按此量需求進行計算,每噸產品電耗為4488kwh/h。


3. 各種燃力消耗:生產一噸鎳鐵產品需要用煤約1噸。


4. 還原焦:還原鐵需要用焦炭,還原劑中所需焦炭為450kg。


5. 其他原料費用如石灰、電極等合計1000元/噸。


6. 工資、折舊、維護等費用2500元/噸。


由此,我們可以計算出RKEF冶煉高鎳生鐵成本。



責任編輯:劉文強

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