第1章　鎳及冶煉技術概述

紅土鎳礦（即氧化鎳礦）床是由含鎳的巖石在熱帶或亞熱帶經長期風化浸淋蝕變富集而成。如以含鎳橄欖石為主的橄欖巖，在含有CO2酸性地面水的長期作用下，橄欖巖被分解，鎂、鐵及鎳進入溶液；硅則趨向于形成膠狀懸浮液向下滲透；鐵逐漸氧化并很快呈氫氧化鐵沉淀，最終失去水而形成針鐵礦和赤鐵礦，少量鎳、鈷也一起沉淀。鐵的氧化物沉淀在地表，而鎂、鎳及硅則留在溶液中進入地表層下，與巖石或土壤作用被中和之后呈含水硅酸鹽沉淀下來。由于鎳比鎂優先沉淀，故在沉淀的礦石中的鎳鎂比高于溶液中的鎳鎂比，因此鎳得以富集。由于溶入及沉淀多次發生，故一般紅土鎳礦中含鎳可由原礦的0.5％富集至1.5％～4％。這個富集過程可能經歷了幾千年到幾百萬年。

由于礦床風化后鐵的氧化，礦石呈紅色，所以稱為紅土鎳礦。礦床上部鐵多、鎳較低、硅少、鎂少、鈷稍高；礦床的下部，由于風化富集，硅多、鎂多、鐵低、鎳較高、鈷較低。

基于風化淋濾作用的結果，根據紅土風化殼的礦化剖面結構和主要載鎳礦物學特征，可將紅土鎳礦床分為3種類型：硅酸鹽型、黏土型和氧化物型。

由于鋼鐵工業快速發展，特別是奧氏體不銹鋼產量的巨大提高，導致對鎳和鐵的大量需求，且不需要將鎳和鐵作進一步的分離，這樣使得鎳鐵的大量生產成為可能。利用紅土鎳礦冶煉鎳鐵也正適應了這個要求。據有關報告，目前世界上鎳儲量的72％為紅土鎳礦，原生鎳年產量50％以上源自紅土鎳礦。

利用紅土鎳礦冶煉鎳鐵，進而利用鎳鐵冶煉不銹鋼、含鎳合金鋼、含鎳合金鑄鐵及鎳基高溫合金等，尤其以熱鎳鐵水為主要爐料進而冶煉不銹鋼、含鎳合金鋼是未來含鎳、鐵元素金屬材料冶金的重要方向。

當今世界，鋼鐵生產的工藝流程經過長期的發展和選擇，只剩下兩種主要的流程，即以氧氣轉爐煉鋼工藝為中心的鋼鐵聯合企業生產流程和以電爐煉鋼工藝為中心的小鋼廠生產流程。通常習慣上人們把前者叫做長流程（圖1-1），把后者叫做短流程（圖1-2）。

長流程工藝就是：從礦石原料開始，主要有三種：鐵礦、煤、石灰石，鐵礦經采礦、選礦、燒結或球團。煤經過洗煤、配煤、焦化得到焦炭。石灰石入高爐做造渣溶劑。以上三種主要原料入高爐冶煉得到液態鐵水。高爐鐵水經過鐵水預處理（或不經過）入氧氣轉爐吹煉、再經二次精煉（或不經過）獲得合格鋼水，鋼水經過凝固成型工序（連鑄或模鑄）成坯或錠，再經軋制工序最后成為合格鋼材。由于這種工藝流程生產單元多，規模龐大，生產周期長，因此稱此工藝流程為鋼鐵生產的長流程工藝。

短流程工藝就是：將回收再利用的廢鋼（或其他代用料），經破碎、分選加工后，經預熱直接加入電爐中，電爐利用電能作熱源來進行冶煉，再經二次爐外精煉，獲得合格鋼水，后繼工序同長流程工序。由于這種工藝流程簡捷、生產環節少、生產周期短，因此稱此工藝流程為鋼鐵生產的短流程工藝。

傳統意義上的轉爐煉鋼是利用高爐鐵水為原料，因高爐煉鐵周期很長，故將高爐-轉爐流程稱為長流程；傳統意義上的電爐煉鋼是利用廢鋼鐵等固體鋼鐵料為原料而非高爐鐵水，故將廢鋼鐵-電爐流程稱為短流程。然而，隨著鋼鐵冶金技術的迅猛發展和降低生產成本的要求，特別是電爐冶煉周期與連鑄周期匹配的剛性要求，向電爐中加高爐鐵水（比如30％～70％）；向轉爐中加熔融還原鐵水、礦熱爐含鎳、鉻、錳等鐵合金熔液的工藝，改變了傳統意義上的長、短流程的定義。

實質上，長、短流程的根本區別是看是否利用高爐鐵水煉鋼：是，就是長流程；否則就是短流程。利用高爐鎳鐵作為主爐料冶煉不銹鋼工藝是長流程工藝，利用礦熱爐鎳鐵作為主爐料冶煉不銹鋼工藝是短流程工藝。

利用紅土鎳礦冶煉鎳鐵合金有四種主要方法，即高爐法、鼓風爐法、礦熱爐法和回轉窯直接還原法。鎳鐵主要用于不銹鋼冶煉，通常被做成鑄鐵塊或粒化鐵冷態加入煉鋼爐中，作為鐵合金添加劑使用。礦熱爐、高爐生產的鎳鐵產品，或將熱鎳鐵水作為主爐料兌入轉爐或AOD爐直接冶煉不銹鋼。

2005年以來，中國紅土鎳礦冶煉發展迅猛，在冶煉技術上不斷進展，規模不斷擴大，鎳鐵和奧氏體不銹鋼產量互為推動、互為前提。2012～2014年全球、中國鎳礦產量、鎳產量、鎳鐵產量及不銹鋼產量見表1-1。2013年中國不銹鋼產量1927萬噸，占世界產量的50％。2013年全球產鎳194.3萬噸，中國70.1萬噸，其中鎳鐵鎳貢獻量48萬噸，超過10年前2003年的世界鎳鐵產量28.2萬噸（表1-2）。2014年全球產鎳預計194.4萬噸，中國68萬噸，其中鎳鐵鎳貢獻量45萬噸。

注：第1～4行數據來源于有色協會和安泰科；第5、第6行數據來源于國際鎳研究組（INSG）；第7行數據來源于麥格理Macqurie。

2005～2008年中國鎳鐵產量（含鎳量）見表1-3。

2009～2014年中國鎳鐵（含鎳量）、不銹鋼產量見表1-4。

2004～2014年中國不銹鋼系別變化情況如圖1-3所示，2014年預計產量2150萬噸，其中300系53％、200系27％、400系20％。