紅土鎳礦冶煉工藝研究現(xiàn)狀及發(fā)展

李玉 宋良雨

摘 要：紅土鎳礦作為未來(lái)鎳的主要來(lái)源，加強(qiáng)紅土鎳礦工藝研究能夠有效解決鎳需求量大的問(wèn)題，對(duì)鎳工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。本文首先對(duì)世界的鎳礦資源現(xiàn)狀進(jìn)、特點(diǎn)行分析，然后對(duì)紅土鎳礦冶煉工藝分別進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ξ覈?guó)促進(jìn)鎳工業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：紅土；鎳礦；冶煉工藝

1 引言

鎳是地球上儲(chǔ)量比較豐富的一種有色金屬，具有耐腐蝕、熔點(diǎn)高、強(qiáng)磁性等優(yōu)點(diǎn)，是各種特殊鋼、耐熱合金、抗腐蝕合金、磁性合金、硬質(zhì)合金生產(chǎn)的重要原料，被廣泛應(yīng)用于化工、航天、機(jī)械制造、建筑、通訊器材等方面。世界上的鎳的含量?jī)H次于鐵、氧、硅、鎂，世界上鎳的含量為3%，全球陸地鎳儲(chǔ)量可達(dá)4.7億噸，是具有戰(zhàn)略意義的金屬資源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展之中發(fā)揮著重要的作用。

2 世界紅土鎳礦資源現(xiàn)狀

2.1 紅土鎳礦資源分布情況

世界上的鎳資源分為硫化礦和氧化礦兩大類(lèi)，氧化鎳礦石受到鐵的氧化影響，呈紅色，因此又稱(chēng)為紅土鎳礦。硫化鎳礦的巖體在風(fēng)的作用下，經(jīng)歷不斷的淋濾、堆積等過(guò)程，最后形成地表風(fēng)化殼性礦床。位于環(huán)太平洋的熱帶和亞熱帶區(qū)域以及赤道線(xiàn)南北30度以?xún)?nèi)的熱帶國(guó)家紅土鎳礦資源比較豐富。整個(gè)世界已被發(fā)現(xiàn)并探明的紅土鎳礦儲(chǔ)量約為126億t，鎳礦含量可達(dá)1.61億噸。世界上的已被探明的紅土鎳礦資源主要分布于以下國(guó)家。

2.2 紅土鎳礦資源分類(lèi)和特點(diǎn)

可開(kāi)采的紅土鎳礦一般分為三部分，礦床上部的是褐鐵礦層，特點(diǎn)是鐵含量最高，含量分?jǐn)?shù)為40%～50%，鎳含量比較低，含量分?jǐn)?shù)只有0.8%～1.5%；礦床下部的是腐殖土層（鎂質(zhì)礦），特點(diǎn)是硅、鎂含量較高，含量分?jǐn)?shù)分別為30%～50%和15%～35%，鎳含量相比礦床上部較高（含量分?jǐn)?shù)達(dá)1.8%～3%）；中間是過(guò)渡層，其中鎳含量分?jǐn)?shù)1.5%～1.8%。紅土鎳礦的礦物類(lèi)型由斷面所決定，如果按所含礦物的類(lèi)型來(lái)進(jìn)行劃分，紅土鎳礦又可分為：褐鐵礦型和硅鎂鎳礦型兩大類(lèi)，需要采取不同的工藝進(jìn)行提取。

3 紅土鎳礦冶煉工藝

隨著科技的發(fā)展，紅土鎳礦冶煉工藝越來(lái)越多，本文主要介紹火法工業(yè)和濕法工藝。

3.1 火法工藝

目前在用的鎳紅土礦的火法處理工藝主要有還原硫化熔煉生產(chǎn)鎳锍以及還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵兩種工藝。

第一，鎳锍工藝。

鎳锍是由人工熔合而成的簡(jiǎn)單硫化物。利用紅土鎳礦生產(chǎn)高鎳锍需要將電爐熔煉爐溫控制在1500℃～1600℃，由于紅土鎳礦本身是以氧化鎳形式的存在，在進(jìn)行處理時(shí)需要配入石膏、黃鐵礦等含硫料作為硫化劑，其中石膏是最為常用的一種硫化劑，熔煉后產(chǎn)生低鎳锍，最后低鎳锍經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)爐吹煉處理生產(chǎn)出高鎳锍。下面是礦石、焦炭、石膏及石灰石組成的物料的反應(yīng)過(guò)程：

NiO+CO=Ni+CO，

3Fe203+CO=2Fe304+C02

Fe304+CO=3FeO+C02

FeO+CO=Fe+C02

FeO+C=Fe+CO

C+CO=2CO

還原過(guò)程存在大量的CO，促使硫酸鈣被直接被還原成硫化鈣

CaS04+4CO=CaS+4CO，

硫化鈣與鐵和鎳的氧化物進(jìn)一步反應(yīng)生成鎳锍

CaS+NiO=NiS+CaO

CaS+FeO=FeS+CaO

提煉出來(lái)的產(chǎn)品高鎳锍經(jīng)過(guò)焙燒脫硫后就是不銹鋼生產(chǎn)的原料或者是常壓羰基法精煉鎳的原料用于生產(chǎn)鎳丸和鎳粉或直接鑄造成陰極鎳銷(xiāo)售給硫化鎳電解精煉廠(chǎng)。世界上最具有代表性的高鎳锍的工廠(chǎng)分別是位于法國(guó)的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠(chǎng)以及位于印度尼西亞的蘇拉威西·梭羅阿科冶煉廠(chǎng)。

第二，鎳鐵工藝，還原熔煉制備鎳鐵工藝是最常用的一種火法處理紅土鎳礦的方法。在冶煉過(guò)程中，需要先將礦石進(jìn)行粉碎處理，大小在50mm～150mm范圍內(nèi)，然后將經(jīng)預(yù)干燥后的礦石送入溫度為700℃的鍛燒回轉(zhuǎn)窯中，分別進(jìn)行干操、預(yù)熱和煅燒三個(gè)步驟后得到焙砂，再次，將焙砂轉(zhuǎn)入含有有粒度為10mm～30mm的揮發(fā)性煤的溫度控制在1000℃的電爐或高爐中，還原熔煉后形成出粗鎳鐵合金，最后再通過(guò)吹煉冶煉一種叫鎳鐵合金的產(chǎn)品，可直接用作合金鋼的原料或者鑄成粗鎳陽(yáng)極進(jìn)行電解精煉獲得電鎳。

3.2 濕法工藝

由于紅土鎳礦中含有較高的銅、鈷，為了提高紅土鎳礦的利用率以及降低冶煉過(guò)程中的能源消耗量，需要使用濕法工藝來(lái)進(jìn)行處理。

第一，還原焙燒一常壓氨浸工藝。還原焙燒能夠最大限度地將鎳及氧化鎳還原成金屬鎳，同時(shí)通過(guò)反應(yīng)條件的控制還可以將鐵氧化物還原成金屬鐵。氨浸工藝是根據(jù)鎳、鈷能與氨絡(luò)合而溶于溶液中特性，而其它雜質(zhì)滯留在渣中，并選擇性的將鎳、鈷浸出。具體操作是將紅土礦先進(jìn)行干燥和磨細(xì)預(yù)處理后，然后將溫度控制在600℃～700℃之間進(jìn)行還原焙燒處理，礦石中的Fe2O3還原成Fe304，鎳、鈷氧化物被還原成為金屬，以合金的形式存在，鎳鈷鐵合金需要在溶液常壓下采用NH3-（NH4）2CO3溶液進(jìn)行三段逆流氨浸，浸出時(shí)金屬鎳和鈷在NH3和CO2的作用下轉(zhuǎn)化為鎳氨和鈷氨絡(luò)合物轉(zhuǎn)入浸出液；最后用濃密機(jī)對(duì)含鎳、鈷的浸出液進(jìn)行液固分離，上清液送除鐵和蒸氨工序處理，使鎳鈷氨絡(luò)合物分解成堿式碳酸鎳和氫氧化鈷沉淀析出，并將氨和二氧化碳回收并進(jìn)入浸出系統(tǒng)；礦漿采用洗滌送濕式磁選的方式進(jìn)行處理以提高其含鐵品位，作為煉鐵的原料；堿式碳酸鎳可以進(jìn)行煅燒處理得到NiO或者采用碳酸銨溶液進(jìn)行溶解，再用高壓氫將凈化液還原制備鎳粉，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程回收率的高低主要取決于鎳還原率的高低。

第二，高壓酸浸工藝。高壓酸浸工藝主要用于處理低鎂（鋁）高鐵類(lèi)型的紅土鎳礦，已經(jīng)擁有很久的使用歷史。具體操作是將紅土鎳礦制備成礦漿，然后將礦漿放置到到250℃～270℃、4MPa～5MPa高溫高壓反應(yīng)釜中，與硫酸混合反應(yīng)使鎳、鐵、鋁、硅等元素溶解，通過(guò)控制溶液的pH，使鐵、鋁等雜質(zhì)元素水解沉淀到渣中，最后對(duì)溶液中的鎳元素進(jìn)行硫化氫沉淀，達(dá)到鎳與礦石分離的目的。

第三，堿浸工藝。堿浸工藝是將紅土鎳礦浸入高濃度的堿溶液中，堿濃度85%，鎳、鐵不會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)，堿溶液與鎳礦里面的硅和鋁元素進(jìn)行反應(yīng)，礦石中的部分雜質(zhì)被去除，從而實(shí)現(xiàn)鎳的富集。具體是將紅土鎳礦與固體NaOH按照一定比例放入反應(yīng)釜中，加水溶解后，將溶液加熱到指定的溫度，加熱溫度為200℃，并不停的攪拌使其充分反應(yīng)，一段時(shí)間后固液便會(huì)分離。一般情況下，在固液比為1：5的條件下，反應(yīng)時(shí)間90min，鎳回收率可達(dá)80%。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅土鎳礦冶煉工藝也不斷的更新，許多新興工藝不斷出現(xiàn)，例如：有真菌衍生物有機(jī)酸浸出、異樣微生物直接浸出工藝以及微波技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高紅土鎳礦冶煉效率和質(zhì)量，為紅土鎳礦冶煉事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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