紅土鎳礦濕法冶金工藝現狀及前景分析

王盼盼，李新生

（1.廣西大學資源環境與材料學院，廣西南寧 530004；2.金屬資源高效利用及環境保護協同創新中心，廣西南寧 530004）

隨著國民經濟發展，鎳的需求量與日俱增，目前鎳產量70%來源于硫化鎳礦，然而硫化鎳礦資源日益減少，這種供需矛盾日益突出。紅土鎳礦儲量豐富，易于開采，是未來鎳的主要來源，充分開發利用紅土鎳礦資源具有重要的現實意義。紅土鎳礦處理工藝包括火法冶金和濕法冶金2種工藝，濕法冶金工藝具有能耗低、環境污染小、金屬回收率高等優勢。

1 鎳的生產和消費

當今世界的有色金屬生產中，鎳產量位居第五位（鋁、銅、鉛、鋅、鎳），隨著各應用領域對其需求量的不斷攀升，其產量也在不斷增加。圖1為全球原生鎳的供需狀況，2008-2017十年間，全球鎳的需求總量基本成上升趨勢，由1290kt上升至2100kt，年平均增長率為309%；隨著鎳的市場消費需求量的增大，2008-2017十年間全球鎳年產量由1400kt上升至211萬噸。鎳產量對應其消費量具有一定時期的市場滯后性，供需平衡曲線一直處于波動狀態。近些年，中國作為目前世界上原生鎳消費量最大的國家，其鎳行業的發展態勢與全球鎳行業形成了鮮明的對比。圖2為我國近十年的原生鎳供需狀況，2008-2017十年間，鎳消費量呈現出較明顯的持續增加趨勢，由330kt上升至1130kt，年平均增長率7.1%，且中國鎳消費量的世界占比也呈現出上升趨勢，至2017年達到53.8%。同時，中國是一個原生鎳的生產大國，從2008年到2013年一直呈現出上升趨勢，從210kt增至740kt，年平均增長率為14.3%。中國鎳資源貧乏，尤其是紅土鎳礦，每年需要大量進□來滿足國內需求，原料對外依存度持續多年超過80%，而紅土鎳礦儲量巨大且地理位置優越的印尼和菲律賓就成為了優先選擇的鎳礦來源國。2013年開始我國的原生鎳產量逐漸降低，主要受印尼頒布的鎳礦出□禁令和環保政策的影響，限制了進口到我國的鎳礦量，且2015年后我國鎳鐵產業（如德龍、青山等）正在逐漸向印尼轉移。因此，我國原生鎳的供需格局狀況，也決定了其長期處于供不應求的現狀，至2017年，供需缺口繼續擴大至540kt。全球特別是中國不銹鋼行業的迅猛發展，是原生鎳消費量劇增的主要動力和途徑，中國作為世界最大的不銹鋼消費國呈現出旺盛的需求態勢。圖3為2008年和2017年我國鎳的主要應用領域和消費結構比例變化，可以看出不銹鋼的消費結構占比從69%升至85%。在中國鎳消費結構中占主導地位。

圖1 全球原 生鎳供需狀104噸金屬量

圖2 我國原生鎳供需狀況/104噸金屬量

圖3 我國原生鎳的應用領域

2 紅土鎳礦冶煉現狀及濕法工藝介紹

2.1 火法工藝與濕法工藝

火法冶金是指在高溫下應用冶金爐把有價金屬和精礦中的大量脈石分離開的各種作業，其主要包括：還原硫化熔煉鎳锍工藝、回轉窯-礦熱爐鎳鐵工藝、還原焙燒-磁選工藝這些工藝在現在紅土鎳礦冶煉中運用較多，主要成本低，投入少，常用。主要原理是，紅地鎳礦主要含有氧化鎳、氧化鉻、氧化鐵、鋁等氧化物。氧化鎳首先還原，利用這一選擇性還原原理可采取缺碳操作，紅地鎳礦石中幾乎所有的氧化鎳都可以還原為金屬，從而達到鎳富集的目的。濕冶金是化學處理、有機溶劑萃取、雜質分離、金屬和化合物提取到酸或堿性溶液中的過程。濕冶金早已出現，且實際應用時間相當長，就算如今也不是很成熟，濕法工藝包括：還原焙燒-常壓氨浸工藝、高壓酸浸工藝、堿浸工藝等方法。濕法對環境友好、污染小，現在很多的研究者都著重研究這種方法，希望能研究出高效、綠色的濕法冶金方法。

2.2 濕法冶金之高壓酸浸工藝

高壓酸浸漬工藝將紅地鎳礦石泥漿制成，放入反應爐中，由硫磺火焰酸等浸泡，調整pH，去除紅地鎳礦的鐵、鋁等雜質，然后在用硫化氫將溶液中的鎳沉淀出來。高壓酸浸工藝第一次在國外投入使用到現在已經過了60多年，證明這種方法經濟效益很高。我國在高壓酸浸方面取得了很大的進步，但與許多發達國家沒有太大區別，包括酸性浸沒設備的制造、酸性浸沒設備的研制、預防設備在硬環境中生銹，過程自動化控制系統技術。目前，國家正在大力研究酸浸技術開發設備，積極培養這方面的人才，努力提高紅土鎳礦的鎳提取水平。加拿大、美國等國家在高壓酸浸工藝有其獨到的特色和方法，我國需要加強國際交流，學習他國的先進技術，以增強我國的冶金技術。

3 紅土鎳礦濕法冶金工藝前景分析

隨著世界上硫化鎳礦資源日趨枯竭以及未來鎳需求量不斷增長，紅土鎳礦是鎳的主要來源，紅土鎳礦的低成本、高效率開發利用是鎳工業的發展方向。高品位的紅土鎳礦被優先開發利用而逐漸減少，鎳質量分數小于1%的低品位紅土鎳礦更適合于采用濕法冶金工藝處理。隨著環保要求越來越嚴格，紅土鎳礦處理工藝應滿足節能、低排放或超低排放的要求。紅土鎳礦濕法冶金生產過程中伴隨著廢渣、廢水等工業廢棄物的排放，必然對環境產生嚴重影響。實施廢棄物資源化利用，實現清潔生產是紅土鎳礦濕法冶金的發展趨勢。還原焙燒-氨浸工藝中鎳和鈷的浸出率較低，并且對紅土鎳礦原料要求苛刻，目前僅在少數幾家工廠用于工業生產，且這些廠家均為20世紀70年代前所建設，近30多年新建工廠很少采用這種工藝，還原焙燒-氨浸工藝無法成為濕法處理紅土鎳礦的主流工藝。加壓酸浸工藝可實現鎳和鈷的綜合回收并且鎳、鈷的回收率均可達到90%，若將鈷的價值計算在內，有望進一步降低該工藝的生產成本。但是加壓酸浸工藝對設備要求嚴格，投資和設備成本大，隨著大型壓力釜制造技術越來越成熟，工藝裝備水平越來越高，加壓酸浸工藝的優勢會更加明顯。特別是鈷含量高的紅土鎳礦，采用加壓酸浸工藝處理更具有經濟價值優勢。因此，不斷改進和完善加壓酸浸工藝是未來濕法冶金工藝處理紅土鎳礦的發展方向。與加壓酸浸工藝相比，常壓酸浸工藝操作易于控制，投資費用低，工藝簡單，但是元素的浸出率較低，浸出液分離困難，限制了該工藝的工業化應用。常壓酸浸工藝處理紅土鎳礦后產生的中間產品（硫鎳或氫氧化鎳），可提供給鎳精煉廠作為生產原料，這種經營方式的轉變具有重要的借鑒意義。

4 結束語

金屬鎳是一種戰略性備用金屬，對一個國家的生產和發展至關重要，在國防、航天、交通、石化、能源等領域具有重要作用，是國防、航天、交通、石化、能源等的重要原料，用于生產不銹鋼、高溫合金、高性能特種合金、磁性織物和電磁屏蔽材料。紅地鎳礦是氧化鎳礦，世界大部分鎳礦都存在于紅土鎳礦中，但是品位低，熔煉效率低，但濕法回收效率高，因此紅土鎳礦的開發利用技術也經過火法冶煉，轉化為濕法浸出金屬。