鎳紅土礦的處理

1、國內(nèi)外紅土鎳礦處理技術(shù)及進(jìn)展  摘  要：綜述了國內(nèi)外紅土鎳礦的處理現(xiàn)狀。指出紅土鎳礦的開發(fā)要綜合考慮礦石鎳、鈷含量和礦石類型的差異，以及當(dāng)?shù)厝剂稀⑺?、電和化學(xué)試劑等的供應(yīng)狀況?，F(xiàn)階段回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐還原熔煉工藝在紅土鎳礦的開發(fā)中仍占主導(dǎo)地位，加壓酸浸法隨著大型壓力釜制造技術(shù)的成熟也越來越受到重視和應(yīng)用。我國在紅土鎳礦的工程化方面很欠缺，元江貧紅土鎳礦的開發(fā)必須綜合考慮鎂的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)利用，元石山鎳礦的開發(fā)必須考慮鐵的綜合利用。20 世紀(jì) 80 年代以來，中國經(jīng)濟(jì)取得了高速的發(fā)展， 有色金屬消費(fèi)需求旺盛， 19932003年的10 年間，中國精鎳的消費(fèi)量年平均增長率

2、高達(dá) 12%。 2003 年國內(nèi)礦山生產(chǎn)鎳約6 萬 t，消費(fèi)量約12.3萬 t，供需缺口約 6.3 萬 t；2004年國內(nèi)精煉鎳產(chǎn)量近8萬 t，消費(fèi)量達(dá)到 14.6 萬 t；2005 年中國的鎳消費(fèi)量為 18.9 萬 t，年同比增長20.55%；2006年鎳消費(fèi)量達(dá) 25.5萬 t，成為近年來全球鎳消費(fèi)增長最快的國家，消費(fèi)量連續(xù) 3年世界第一。但我國鎳市場受國內(nèi)資源狀況的制約，國內(nèi)自產(chǎn)鎳的生產(chǎn)卻沒有大的改觀，鎳資源自給率不斷下降，已由 2002 年的62%下降到2006 年的 51%。消費(fèi)的高速增長與生產(chǎn)的艱難發(fā)展日益加劇著我國鎳的供需矛盾。 鎳的資源類型通常分為硫化鎳礦和氧化鎳礦二類。從世界

3、范圍看，目前約有 70%的鎳是從硫化鎳礦   中提取的，但賦存在氧化礦床中的鎳卻占鎳儲(chǔ)量的    65%70%，這是一個(gè)很大的矛盾。隨著硫化鎳資源和高品位紅土鎳礦資源的逐漸減少，大量存在的品位在1%左右的紅土鎳礦的經(jīng)濟(jì)開發(fā)日益為人們所關(guān)注。 氧化鎳礦是含鎳橄欖石經(jīng)長期風(fēng)化淋濾變質(zhì)而形成的礦物，由于礦床風(fēng)化后鐵的氧化，礦石呈紅色，因而通稱為紅土礦(Laterite)。根據(jù)礦石中鐵和鎂含量的不同，含鎳紅土礦可以簡單地分為褐鐵礦類型和殘積礦類型。一般殘積礦類型氧化鎳礦含鎂較高，而褐鐵礦類型鎳紅土礦含鐵較高而含鎂較低。  1

4、0; 現(xiàn)有紅土鎳礦處理技術(shù)概況 在紅土鎳礦處理方面， 比較成熟的冶煉方法包括：回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐熔煉法(RKEF)、 燒結(jié)?鼓風(fēng)爐硫化熔煉法、燒結(jié)?高爐還原熔煉法、還原焙燒?氨浸法和高壓酸浸法。此外，堆浸法、羥基法、氯化水浸法、氯化揮發(fā)法、氯化離析法等也有小規(guī)模的生產(chǎn)或進(jìn)行過試驗(yàn)研究1?8。上述處理方法均有各自的適應(yīng)性，需要根據(jù)礦石鎳、鈷含量和礦石類型的差異，以及當(dāng)?shù)厝剂?、水、電和化學(xué)試劑的供應(yīng)狀況等的不同，選用適宜的冶煉工藝。從總體上說，氧化鎳礦的處理主要分為火法冶金和濕法冶金兩種。  1.1       &

5、#160;       火法冶金  火法冶金主要處理含鎳 1.5%3%、Fe10%40%、MgO5%35%、 Cr2O31%2%的含鎳品位較高的變質(zhì)橄欖巖。冶煉工藝主要包括回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐熔煉法(RKEF)、燒結(jié)?鼓風(fēng)爐硫化熔煉法、燒結(jié)?高爐還原熔煉法等，產(chǎn)品主要為鎳鐵合金和鎳锍產(chǎn)品，鎳鐵合金主要供生產(chǎn)不銹鋼，鎳锍則須經(jīng)轉(zhuǎn)爐進(jìn)一步吹煉生產(chǎn)高冰鎳產(chǎn)品。日本大江山冶煉廠則采用回轉(zhuǎn)窯高溫還原焙燒產(chǎn)出粒鐵，經(jīng)磁選、跳汰富集產(chǎn)出含鎳大于 20%的鎳鐵合金供生產(chǎn)不銹鋼，并被公認(rèn)為是目前最為經(jīng)濟(jì)的處理紅土鎳礦的方法。 1.1.1&#

6、160;  回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐還原熔煉法1?2 回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐還原熔煉是處理紅土鎳礦的經(jīng)典工藝。含水約 30%的紅土鎳礦經(jīng)回轉(zhuǎn)窯在800 干燥脫水和預(yù)還原處理后，再送入礦熱電爐，在約 1 5501 600  的高溫下還原熔煉產(chǎn)出含鎳   15%的鎳鐵，再經(jīng)轉(zhuǎn)爐進(jìn)一步精煉富集至 25%以上出售，供生產(chǎn)不銹鋼。具有工藝適應(yīng)性強(qiáng)、流程簡短、鎳回收率高等特點(diǎn)。國外已有多個(gè)生產(chǎn)廠家采用該工藝，所使用的礦熱電爐功率最大為85 000 kV·A。中國有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司擬在緬甸投資建設(shè)的達(dá)貢山鎳冶煉廠也采用該冶煉工藝， 設(shè)計(jì)年生產(chǎn)規(guī)模3

7、 萬 t鎳，設(shè)計(jì)的礦熱電爐功率為 80 000 kV·A。 回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐還原熔煉法的致命缺點(diǎn)是無法回收鎳礦中的鈷，對鈷含量較高的氧化鎳礦并不適用。由于工藝能耗高，從經(jīng)濟(jì)角度上考慮，適宜于處理鎳含量大于2%、鈷含量小于 0.05%的礦石，且要求當(dāng)?shù)匾谐渑娴碾娏蛉剂瞎?yīng)。國外采用回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐熔煉法的有關(guān)生產(chǎn)廠家及基本情況見表1。 1.1.2   燒結(jié)?鼓風(fēng)爐硫化熔煉法 鼓風(fēng)爐硫化熔煉也是經(jīng)典工藝，在前蘇聯(lián)和北歐使用較多， 如列日鎳廠(2臺(tái)11.7 m2鼓風(fēng)爐、 一臺(tái)20 m2鼓風(fēng)爐，年產(chǎn) 6 000 t金屬量的低冰鎳)、烏法列伊鎳公司(6臺(tái)20

8、 m2鼓風(fēng)爐處理含鎳0.76%的氧化鎳礦200萬 t)、奧爾斯克鎳廠等。紅土鎳礦在配入適量的 CaO和 SiO2后，在約 1 100 下燒結(jié)成塊(或擠壓成團(tuán)、自然晾干)，再配入 20%左右的黃鐵礦和約 20%30%的焦炭，在鼓風(fēng)爐內(nèi)約1 350 的溫度下熔煉，產(chǎn)出含鎳 8%15%的低冰鎳產(chǎn)品。鎳回收率通常可以達(dá)到85%以上，并可以回收鈷。由于鎳回收率低，適用于處理含鎳大于 1%的紅土鎳礦。 近幾年，隨著紅土鎳礦的大量進(jìn)口，國內(nèi)也建成了數(shù)家采用鼓風(fēng)爐硫化熔煉生產(chǎn)低冰鎳的冶煉廠，但所使用的鼓風(fēng)爐較小，一般在 2.5 m2左右，如遼寧朝陽附近建有幾十臺(tái)2.5 m2的鼓風(fēng)爐，由于環(huán)保治理措施不到位，管

9、理粗放，污染比較嚴(yán)重。在內(nèi)蒙古自治區(qū)武川縣建有一座6 m2的鼓風(fēng)爐，年處理紅土鎳礦8   施不到位，管理粗放，污染比較嚴(yán)重。在內(nèi)蒙古自治區(qū)武川縣建有一座6 m2的鼓風(fēng)爐，年處理紅土鎳礦8萬t。 廣東河源市金宇有色金屬有限公司建有一座8 m2的鼓風(fēng)爐，年處理含鎳銅的電鍍污泥 10萬 t。 和回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐還原熔煉工藝相比較，鼓風(fēng)爐硫化熔煉具有工藝簡單、投資低、操作簡便、用電量低等優(yōu)點(diǎn)。如果當(dāng)?shù)赜谐渑娴牧蚧F礦或石膏礦供應(yīng)，且不考慮鐵的回收，鼓風(fēng)爐硫化熔煉應(yīng)該是一個(gè)經(jīng)濟(jì)可行的選擇。 鼓風(fēng)爐硫化熔煉需要預(yù)先對氧化鎳礦進(jìn)行干燥或燒結(jié)處理，同時(shí)需要對鼓風(fēng)爐產(chǎn)出的低濃

10、度 SO2煙氣進(jìn)行吸收處理。 1.1.3   燒結(jié)?高爐還原熔煉法 燒結(jié)?高爐還原熔煉工藝是具有中國特點(diǎn)的我國獨(dú)創(chuàng)的工藝。隨著國家產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整，大量500 m3以下的煉鐵高爐被淘汰。 但由于國內(nèi)不銹鋼用鎳緊張，紅土鎳礦大量進(jìn)口，加之當(dāng)?shù)卣疄榱私鉀Q就業(yè)問題和創(chuàng)造稅收，這些被淘汰的高爐又被用于紅土鎳礦的 處理，生產(chǎn)含鎳 3%5%的鎳生鐵。 從技術(shù)層面講，燒結(jié)?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(jié)污染嚴(yán)重、表1    國外采用回轉(zhuǎn)窯?電爐熔煉法的有關(guān)生產(chǎn)廠家及基本情況 Table 1    Ni

11、ckel smelting and basic status in foreign adopting RKEF process 國別  工廠名稱  原料及成分/% 產(chǎn)品 種類 生產(chǎn)能力/(104t·a?1)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 印尼 Pomala Plant 紅土礦：Ni2.2、 Co 0.05、Fe 13、MgO 24、SiO2 38、CaO 0.4、Al2O3 1.4鎳鐵丸 1.1  Soroako Plant 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦： Ni 2.3、MgO 24、 SiO2 3540、Fe 20 高冰鎳 4.5 焙砂耗油量75 kg/t， 鎳回收率90%，45

12、 000 kV·A電爐3臺(tái)， 電爐能耗560600 kW·h/t-礦。 日本 大江山冶煉廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦： Ni+Co 2.5、MgO 2024、 SiO2 45、Fe 1015 鎳鐵 1.3 回轉(zhuǎn)窯高溫還原焙燒產(chǎn)出粒鐵， 經(jīng)磁選、跳汰富集產(chǎn)出鎳鐵合金, 鎳回收率95% 八戶冶 煉廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦： Ni+Co 2.5、MgO 24、 SiO240 45、Fe10 15 鎳鐵 2.6 回轉(zhuǎn)窯干燥還原溫度1 000 ， 鐵還原率60%，60 000 kV·A 電爐1臺(tái)，鎳鐵合金含鎳13%15%日向冶 煉廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦： Ni+Co 2.5、MgO 24、 S

13、iO2 45、Fe 15 鎳鐵 1.8 回轉(zhuǎn)窯鐵還原率60%，40 000 kV·A電爐1臺(tái)，電爐能耗440 kW·h/t-礦，鎳鐵合金含鎳23% 新喀里多尼亞 多尼安 博廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦： Ni+Co 2.5、MgO 24、 SiO2 3237、Fe 1420 鎳鐵、高冰鎳 8.5 33 000 kV·A電爐3臺(tái)，10 500 kV·A電爐8臺(tái)， 48 000 kV·A矩形爐 1臺(tái)，鎳回收率90%93%，電爐能耗660 kW·h/t-礦，燃油7090 kg/t-礦 馬其頓 費(fèi)尼馬克 冶煉廠 紅土礦：Ni 0.8、MgO 12、Si

14、O225 30、Fe40 45 鎳鐵  1.5  85 000 kV·A電爐2臺(tái) 南斯拉夫  科索沃鎳鐵廠 紅土礦：Ni 1.3、 Co 0.07、MgO 12、 SiO2 4050、Fe 2030 鎳鐵 1.2 45 000kV·A電爐2臺(tái)， 鎳鐵合金含鎳23% 烏克蘭 波布日斯 科鎳廠 紅土礦：Ni 0.87、 Co 0.06、SiO2 45、Fe 22 鎳鐵  產(chǎn)出的粗鎳鐵采用三段精煉法， 干燥無煙煤消耗100 kg/t-礦， 電爐電耗790 kW·h/t-礦 哥倫比亞  塞羅馬托薩廠 紅土礦：Ni

15、 2.97、Co 0.06、w(SiO)2/w(MgO) =2.945、Fe 15 鎳鐵 3 51 000 kV·A電爐，鎳鐵合 金含鎳42%47%， 鎳回收率88%，生產(chǎn)成本$3.22 kg多米尼加  博納阿廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦：Ni 1.87、SiO2 35、MgO 25、Fe 17 鎳鐵 3.3 55 000kV·A矩形電爐3臺(tái)，鎳回收率93%，電爐能耗500 kW·h/t-礦，鎳鐵合金含鎳32%40% 美國  利得冶煉廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦：Ni 1.5、SiO2 50、MgO 30、Fe 12 鎳鐵 5 500 14 000 kV·

16、;A電爐4臺(tái),鎳回收率90%，電爐能耗680 kW·h/t-礦， 燃油23 kg/t-礦 鎳生鐵含磷高、鎳回收率低等缺點(diǎn)；同時(shí)，由于鎳生鐵出售時(shí)鐵、鈷均不計(jì)價(jià)，加之最近海運(yùn)費(fèi)用和冶金焦價(jià)格飚升，在目前鎳價(jià)25 萬元左右的狀況下，燒結(jié)?高爐還原熔煉法已經(jīng)很難維持。  1.2   濕法冶金 世界范圍內(nèi)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的濕法冶金生產(chǎn)工藝主要有兩種：還原焙燒?氨浸法和加壓酸浸法。近年來，我國有關(guān)單位借鑒低品位鈾礦和低品位氧化銅礦的堆浸技術(shù)，開展了低品位氧化鎳礦的堆浸實(shí)踐，并取得了一定進(jìn)展。 1.2.1   還原焙燒?氨浸法1, 8對于含 MgO

17、大于10%、 含鎳 1%左右且鎳賦存狀態(tài)不太復(fù)雜的紅土鎳礦，通常采用還原焙燒?氨浸工藝處理，其主要優(yōu)點(diǎn)是試劑可循環(huán)使用，消耗量小，能綜合回收鎳和鈷；缺點(diǎn)是浸出率偏低，鎳、鈷金屬回收率分別為 75%85%和 40%60%。而對于含鎳蛇紋石類的紅土鎳礦，如我國的元江鎳礦，則不適宜采用還原焙燒?氨浸工藝。采用氨浸法的生產(chǎn)廠有古巴的尼卡羅冶煉廠、印度的蘇金達(dá)廠、阿爾巴尼亞的愛爾巴桑鋼鐵聯(lián)合企業(yè)、斯洛伐克的謝列德冶煉廠、菲律賓的諾諾克鎳廠、澳大利亞雅布魯精煉廠及加拿大INCO 的銅崖鐵礦回收廠等。國內(nèi)，由北京礦冶研究總院設(shè)計(jì)的青海元石山鎳鐵礦也采用了還原焙燒?氨浸工藝，正在建設(shè)年處理40萬 t鎳鐵礦的冶

18、煉廠，預(yù)計(jì)將于 2008 年 8 月進(jìn)行試生產(chǎn)。國內(nèi)外采用還原焙  燒?氨浸法的有關(guān)生產(chǎn)廠家及基本情況如表2 所示。 1.2.2 加壓酸浸法2?3 對于含鎂小于 10%， 特別是小于5%的紅土鎳礦，比較適合采用硫酸加壓酸浸(HPAL)的全濕法流程。紅土鎳礦在高溫(230260 ) 和高壓(45 MPa)下用硫浸出，可以獲得較高的鎳、鈷回收率，鎳、鈷回收率通常為90%95%。 加壓酸浸工藝經(jīng)濟(jì)指標(biāo)主要受硫酸消耗量的影響，因而含鎂量和硫酸成本的高低直接影響該工藝的應(yīng)用。通常加壓酸浸工藝可以經(jīng)濟(jì)地處理含鎳1.3%以上的低品位礦石。 加壓酸浸工藝自 20世紀(jì)50年開始，在古巴毛阿(

19、MOA)開始應(yīng)用，經(jīng)過接近40 年的運(yùn)營，證明該工藝是經(jīng)濟(jì)可行的。目前該廠年生產(chǎn)鎳量約32 000 t，產(chǎn)品為混合鎳鈷硫化物精礦，為加拿大一家鎳精煉廠提供原料，采用帕丘卡槽作為加壓浸出設(shè)備，被認(rèn)為是紅土鎳礦加壓酸浸工藝的鼻祖。 西澳大利亞的3個(gè)鎳紅土礦加壓酸浸廠自建成投產(chǎn)以來并未取得預(yù)想的效果，使得紅土鎳礦加壓酸浸的投資熱度有所降低?？妓规囈睙拸S 1999 年投產(chǎn)，是成功地從含鎳紅土礦中直接生產(chǎn)出電積鎳的冶煉廠，但因處理流程過于繁長，試生產(chǎn)期間就發(fā)生了資金鏈  斷裂問題而停產(chǎn)，后被 OMG 公司收購。和考斯廠同時(shí)投產(chǎn)的布隆鎳冶煉廠的設(shè)計(jì)能力為 9 000 t/a

20、陰極鎳，加壓浸出液經(jīng)石灰中和除雜后直接采用萃取?電積生產(chǎn)陰極鎳，由于硫酸鈣問題導(dǎo)致萃取?電積無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，萃取三相多、鎳陽極板變形、腐蝕，最終因經(jīng)營不善而破產(chǎn)。穆林穆林廠設(shè)計(jì)能力為 4.5 萬 t/a氫還原鎳粉(鎳塊)和3 000 t/a 電解鈷。投產(chǎn)后的前三年僅達(dá)到設(shè)計(jì)能力的65%，主要是為了節(jié)省投資，在施工過程中使用了較多的替代材料。后經(jīng)改進(jìn)，目前已達(dá)到設(shè)計(jì)能力的80%以上。 上述3個(gè)紅土鎳礦加壓酸浸廠的主體工藝是成功的，但局部問題影響了整個(gè)工藝的貫通。正是基于這一看法， 鎳紅土礦加壓酸浸法越來越受到重視和應(yīng)用。國內(nèi)外采用加壓酸浸工藝處理鎳紅土礦的主要生產(chǎn)廠家及基本情況如表3 所示。 1.

21、2.3   堆浸法 2001 年， 我國有關(guān)單位借鑒低品位鈾礦和低品位氧化銅礦堆浸的成功經(jīng)驗(yàn)，針對云南元江鎳礦的開發(fā)開展了低品位氧化鎳礦的堆浸實(shí)踐，雖然存在鎳、鈷浸出率低(Ni60%、Co40%，渣含鎳0.4%)、硫酸消耗量大(70 t H2SO4/t Ni)、硫酸鎂溶液直接排放等一系  表2  國內(nèi)外采用還原焙燒?氨浸法的有關(guān)生產(chǎn)廠家及基本情況 Table 2    Nickel smelting and basic status in world adopting Reductive Roasting and

22、Ammoria Leaching process 國別  工廠名稱  原料及成分/%  產(chǎn)品種類 生產(chǎn)能力/( t·a?1)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 印度 Sukinda Plant 紅土礦：Ni 0.41.2、 Co 0.040.1、Fe 3058 金屬鎳粉金屬鈷粉4 800200  菲律賓  諾諾克鎳廠  紅土礦：Ni 1.23、Fe 37、Co 0.1 鎳粉鎳塊 3.1×104t-Ni 消耗35t煤、1.94tNH3、 成本$6.6 kg-Ni 澳大 利亞雅布魯精煉廠  紅土礦：Ni 1.57、Fe 30、

23、Co 0.1 燒結(jié)NiO 3×104回收率Ni83%、Co40% 阿爾巴尼亞愛爾巴桑鎳冶煉廠 紅土礦： Ni 0.9、 Fe 45、 Co 0.06、SiO2 10、MgO 3、CaO 3鎳塊 5 000鎳浸出率75%， NH3 消耗9.4 kg/t-礦 斯洛 伐克 謝列德廠 紅土礦： Ni 0.9、 Fe 50、 Co 0.16、SiO2 110、MgO 14、CaO 3電解鎳 電解鈷 3 000100 鎳浸出率74%，鈷浸出率65%， NH3消耗8 kg/t-礦， 電耗7 000 kW·h/t-Ni，天然氣450 m3/t-礦 巴西  圣保羅精煉廠&

24、#160; 氧化鎳礦：Ni 1.65% 電解鎳 電解鈷 1×104300  古巴 尼卡羅冶煉廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦：Ni+Co 1.3、MgO 29、SiO2 35、Fe 12 燒結(jié)NiO 1.8×104鎳浸出率85%，NH3 消耗410 kg/t-Ni，成本$1 000/t-Ni 切格瓦納鎳冶煉廠 高鎂質(zhì)硅酸鎳礦：Ni+Co 1.3、MgO 29、SiO2 35、Fe 12 燒結(jié)NiO 2.3×104 中國 青海元石山 鎳冶煉廠 鎳鐵氧化礦：Ni 0.9、Fe 32、Co 0.06、SiO2 18、MgO 5精制硫 酸鎳 3 000設(shè)計(jì)

25、指標(biāo)：鎳浸出率85%， 鈷浸出率60%，NH3消耗12 kg/t-礦，電耗9 500 kW·h/t-Ni， 煤50 t/t-Ni，成本￥56 000/t-Ni  第18 卷專輯1                                 王成彥，等：國內(nèi)

26、外紅土鎳礦處理技術(shù)及進(jìn)展  s5表3  國外采用加壓酸浸法的有關(guān)生產(chǎn)廠家及基本情況 Table 3    Nickel smelting and basic status in foreign adopting HPAL process 國別  工廠名稱  原料及成分/% 產(chǎn)品 種類 生產(chǎn)能力/(104t·a?1)主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)  澳大 利亞 穆林穆林廠  紅土礦：Ni 1.24  鎳 4.5 250 、1.5 h、壓力4.3 MPa， 酸耗400 kg/t-礦、浸出液含游離酸75

27、g/L； Ni、Co回收率大于95%，生產(chǎn)成本5澳元/t-Ni考斯廠 紅土礦：Ni 1.02、Co 0.07、Fe 18、SiO2 42.5、MgO 1.58電解鎳 1 250 、1.75 h、壓力3.9 MPa， 酸耗370 kg/t-礦、浸出液含游離酸 3040 g/L；Ni、Co回收率大于95%   布隆廠 紅土礦：Ni 1.9、Co 0.08、Fe 18、SiO2 42.5、MgO 12250 、1.3 h、壓力4.1 MPa，酸耗520 kg/t-礦、浸出液含游離酸5070 g/L；Ni、Co回收率 94%巴布亞新幾內(nèi)亞 拉姆冶煉廠  紅土礦：Ni 0.9、Co

28、0.1 電解鎳 3.3 250 、壓力3.9 MPa，酸耗270 kg/t-礦、 浸出液含游離酸3040 g/L； Ni、Co回收率大于95%，成本$2.98 kg-Ni 古巴  毛阿冶煉廠 紅土礦：Ni 1.32、Co 0.15、Fe 47、SiO2 4、MgO 1.7、Al2O3 8.5 Ni、 Co硫化物精礦 2.7 0.2 250 、2 h、壓力4.2 MPa， 酸耗250 kg/t-礦、浸出液含游離酸 1020 g/L；Ni、Co回收率大于95%    列的問題，但受國內(nèi)鎳資源短缺和世界鎳價(jià)的影響，加之生產(chǎn)規(guī)模較小， 對資源破壞和環(huán)境影響尚不嚴(yán)

29、重，該工藝目前尚能維持。但若考慮大規(guī)模的工業(yè)開發(fā)，該工藝對資源的破壞和環(huán)境的影響顯然非常嚴(yán)重，即便考慮對硫酸鎂進(jìn)行回收，硫酸鎂的銷售也存在很大的問題，若按年產(chǎn)5 000 t-Ni、鎳回收率 50%、鎂浸出率 60%計(jì)算，年產(chǎn)結(jié)晶硫酸鎂將達(dá)到 100 萬 t，而每年 35萬 t硫酸的采購和運(yùn)輸也是一個(gè)很棘手的問題。   2   國內(nèi)紅土鎳礦處理技術(shù)的研究及進(jìn)展  國內(nèi)早在20世紀(jì)60年代就開展了紅土鎳礦處理技術(shù)的研究，主要工作圍繞著阿爾巴尼亞愛爾巴桑鎳鐵礦(援阿試驗(yàn))、元江鎳礦和元石山鎳礦開展。但受我國鎳礦資源條件所限(86%為硫化銅鎳

30、礦、紅土型鎳礦只占9.6%)，直到近幾年才取得了一些突破7?10。 2.1   阿爾巴尼亞鎳鐵礦的開發(fā)利用研究 20 世紀(jì) 60 年代，在阿爾巴尼亞愛爾巴桑鎳鐵礦的開發(fā)利用過程中，以北京礦冶研究總院為骨干，聯(lián)合國內(nèi)多家單位， 針對阿爾巴尼亞鎳鐵礦的具體特點(diǎn)，先后完成了系統(tǒng)的火法冶金和濕法冶金的試驗(yàn)研究。火法冶金采用回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐熔煉工藝，產(chǎn)品主要為鎳鐵和半鋼渣，鐵從半鋼渣中回收；濕法冶金采用二段還原焙燒?氨浸工藝，產(chǎn)品為氫還原鎳粉(鎳塊)。兩種方案均在國內(nèi)完成了半工業(yè)試驗(yàn)，取得了比較理想的結(jié)果。在此基礎(chǔ)上阿爾巴尼亞選擇了二段還原焙燒?氨浸工藝，于 20 世紀(jì) 70

31、年代末建成了鎳鐵礦冶煉廠并生產(chǎn)至今。2.2   元江氧化鎳礦的開發(fā)利用研究 2.2.1   資源特點(diǎn) 發(fā)現(xiàn)于 20 世紀(jì) 60 年代的云南元江鎳礦(也稱為墨江鎳礦)，是一個(gè)典型的高 MgO 含量的蛇紋石結(jié)合型貧紅土鎳礦，金屬鎳儲(chǔ)量43 萬 t，平均含鎳0.83%、含鈷 0.08%。工藝礦物學(xué)研究表明，該礦床的礦化經(jīng)過了母巖蛇紋石化和褐鐵礦化兩個(gè)過程，使鎳在褐鐵礦及硅酸鹽礦物(蛇紋石、綠泥石等)中富集成礦。 X 射線衍射、顯微鏡觀察及掃描電鏡分析等手段進(jìn)行的礦物檢測表明，原礦物主要有褐鐵礦、磁鐵礦、赤鐵礦、鉻鐵礦、葉蛇紋石、綠泥石等，同時(shí)還含有少量鉻鐵尖晶

32、石、橄欖石、頑火輝石、及斑銅礦、方鉛礦、菱鐵礦方解石等。原礦中，褐鐵礦主要呈薄膜狀分布于硅酸鹽礦物表面，是主要的含鎳礦物。蛇紋石是由母巖(橄欖石或輝石)蛇紋石化而形成，含有一定量的鎳，也是主要的含鎳礦物，綠泥石中也含有一定量的鎳。 化學(xué)分析表明，該紅土鎳礦除含鎳、鈷外，尚含有約12%的Fe、約 28%的MgO、約 8%的 Al2O3和約35%的 SiO2，CaO 含量小于 0.5%。 2.2.2   研究進(jìn)展概況 受元江鎳礦中鎳賦存狀態(tài)的影響，自 20 世紀(jì) 60年代以來，國內(nèi)對該礦的開發(fā)利用雖然進(jìn)行了大量的研究，提出了一系列的處理方案，如還原焙燒?氨浸、中溫氯化焙燒-氨浸

33、、氯化離析-濕式磁選、氯化離析?氨浸等，但終因技術(shù)或經(jīng)濟(jì)方面的原因而沒能實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用。前蘇聯(lián)工作者提出了回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵、 爐渣生產(chǎn)鈣鎂磷肥的工藝方案，在完成半工業(yè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了施工設(shè)計(jì)和冶煉廠的初步建設(shè)，后因種種原因而終止。  從經(jīng)濟(jì)上來說，采用回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原?電爐還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵的方案處理元江紅土鎳礦并不可取，主要有以下幾方面的原因：1)氣候原因。元江鎳礦地處亞熱帶地區(qū)，降雨量大，礦石含水量一般在30%以上，干燥預(yù)還原需消耗大量的燃料。2)渣型的選擇。元江鎳礦中 MgO 含量高，為降低爐渣的熔點(diǎn)和粘度，熔煉時(shí)需配入大量的CaO造渣。 3)焦炭

34、及燃料的供應(yīng)。元江地區(qū)附近沒有焦炭和燃煤，由于沒有鐵路，運(yùn)輸費(fèi)用和價(jià)格昂貴。4)副產(chǎn)品的銷售。鈣鎂磷肥在當(dāng)?shù)貨]有銷路。5)電爐還原熔煉電耗較高。按平均含鎳0.83%、 電爐熔煉回收率90%、 每噸礦耗電700 kW.h(元江紅土鎳礦爐渣熔點(diǎn)高)、CaO 加入量20%計(jì)算，僅電爐還原熔煉一項(xiàng)的電耗就超過 1.1×105 kW·h/t-Ni，基本不存在經(jīng)濟(jì)處理的可能。 1995 年，在元江縣政府的資助下和總結(jié)前人所做工作的基礎(chǔ)上，北京礦冶研究總院采用氯化離析?焙砂氨浸?萃取分離方法對元江紅土鎳礦的處理進(jìn)行了研究，取得了鎳浸出率大于 80%、鈷浸出率大于 50%的較好結(jié)

35、果，但經(jīng)濟(jì)上的可行性尚存在較大的疑問，加之氯化離析的腐蝕問題，該項(xiàng)研究也最終停止。 最近幾年，一些投資者采用硫酸直接浸出工藝對元江紅土鎳礦進(jìn)行了處理。但如前所述，該工藝并不具備大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用前景。 總結(jié)國內(nèi)外對元江鎳礦所作的有關(guān)工作可以清楚地看出，前述所有處理工藝均是以回收礦物中的鎳和鈷作為最基本的出發(fā)點(diǎn)，而把礦物中所含的價(jià)值最高的鎂作為一種有害雜質(zhì)進(jìn)行處理。按金屬價(jià)格計(jì)算，元江貧紅土鎳礦的價(jià)值組成如下(按1 t計(jì)算)：8.3 kg鎳，價(jià)值約1 660；0.8 kg鈷，價(jià)值約280 元；170 kg鎂，價(jià)值約 3 400 元。金屬鎂的價(jià)值幾乎為鎳、鈷價(jià)值的2 倍。因此，元江鎳礦開發(fā)利用的關(guān)鍵不

36、在于鎳、鈷的回收，而在于對鎂的合理開發(fā)和利用，而鎂合理開發(fā)和利用的關(guān)鍵在于鎂的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。 在鎂的產(chǎn)品中， 應(yīng)用最為廣泛的是金屬鎂和MgO耐火材料，尤其是金屬鎂，在鎂合金新材料領(lǐng)域需求量巨大。因此，在元江貧紅土鎳礦開發(fā)方案的選擇中，一定要以能生產(chǎn)出金屬鎂或 MgO 耐火材料為前提，在此條件下再選擇具有鎳、鈷回收率高、試劑消耗少、經(jīng)濟(jì)可行的新工藝。 基于對元江貧紅土鎳礦的全新認(rèn)識(shí)和上述構(gòu)想，在國家自然科學(xué)基金委員會(huì)的資助下，北京礦冶研究總院開展了高鎂貧鎳礦非常規(guī)介質(zhì)溫和提取新工藝的基礎(chǔ)理論研究，取得了重大進(jìn)展；2006年，該項(xiàng)目得到了國家科技部高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)的進(jìn)一步支持，開展了詳

37、細(xì)的工藝試驗(yàn)研究。研究表明，在150 、0.35 MPa的溫和浸出條件下(傳統(tǒng)的硫酸加     壓浸出需要250 、4.2 MPa的浸出條件)，鎳、鈷、鎂的浸出率均可以達(dá)到95%以上，鐵、鋁、錳和二氧化硅基本不浸出；浸出液經(jīng)MgO中和沉淀鎳、鈷后，溶液中的鎂可以再以輕質(zhì)MgO的形態(tài)產(chǎn)出(MgO含量大于98%)，浸出試劑可循環(huán)利用。該工藝不僅充分回收了鎳、鈷、鎂，試劑消耗少，而且礦物中的鎂以輕質(zhì)MgO的產(chǎn)品形態(tài)產(chǎn)出，可以進(jìn)一步加工生產(chǎn)金屬鎂或MgO耐火材料；同時(shí)，由于實(shí)現(xiàn)了浸出劑的低成本循環(huán)利用，噸鎳加工費(fèi)用大大降低，是一個(gè)很有前途的處理高鎂質(zhì)鎳礦的新工藝

38、。鎂質(zhì)鎳礦處理新工藝流程如圖1所示。  圖1  鎂質(zhì)鎳礦處理新工藝流程 Fig.1    Principle flow sheet on new technology of magnesium- rich lateriate ores extraction in unconventional medium 2.3   元石山鎳礦的開發(fā)利用研究 2.3.1   資源特點(diǎn)發(fā)現(xiàn)于20世紀(jì)60年代的元石山鎳礦地處青海省海東地區(qū)平安縣古城鄉(xiāng)，礦體由鐵鎳礦、硅鎳礦、鎂鎳礦及鐵礦 4 種礦石類型組成，鎳在鐵鎳礦石中含量

39、最高，平均達(dá) 0.97%，鎂鎳礦石次之，為 0.41%，硅鎳礦石最低，為 0.38%；鐵是鐵鎳礦中主要伴生元素，全礦區(qū)鐵鎳礦石平均品位達(dá) 31.52%， 鈷在鐵鎳礦石中含量稍高，平均含量0.057%，鎂、硅礦石次之。根據(jù)青海省國土資源廳批準(zhǔn)的平安縣元石山鐵鎳礦區(qū)礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量套改結(jié)果批準(zhǔn)書 ，批準(zhǔn)的儲(chǔ)量為：鎳預(yù)可采儲(chǔ)量78703 t， 資源量57748 t； 鈷預(yù)可采儲(chǔ)量4378 t，基礎(chǔ)儲(chǔ)量 5472 t；鐵礦石預(yù)可采儲(chǔ)量 561萬 t，基礎(chǔ)儲(chǔ)量 701萬 t。 2.3.2   研究進(jìn)展概況 20 世紀(jì) 70 年代，北京礦冶研究總院、昆明冶金研究院等在地質(zhì)勘探工作的基礎(chǔ)上開

40、展了多種冶金工    藝的試驗(yàn)研究，先后完成了回轉(zhuǎn)窯還原焙燒?氨浸工藝和鼓風(fēng)爐還原硫化工藝的小型和半工業(yè)試驗(yàn)，但終因當(dāng)時(shí)的條件所限，該項(xiàng)目最終沒能繼續(xù)下去。 隨著我國資源開發(fā)熱潮的興起和對不可再生資源綜合回收利用的重視，元石山鎳礦的開發(fā)再次被提到了日程上。 表 4 列出了元石山最具回收價(jià)值的鐵質(zhì)礦的組成，鎳約占原礦總值的 50%，鐵約占44%，二者價(jià)值相差無幾。因此，冶煉工藝的選擇方面，在保證鎳回收率的前提下，考慮鐵的綜合回收很有必要。  表4  1 t元石山鐵鎳礦的價(jià)值組成 Table 4    Value co

41、nstitution of Yuanshishan lean nickel laterite 元素  含量/kg  金屬價(jià)格/元.kg?1  價(jià)值/元  所占比例/%Ni 9.7  200  1 940 51.93Co 0.57  300  171  4.58 Fe 315  5  1625 43.49 合計(jì)    3736 100.00  1)  加壓酸浸工藝 根據(jù)目前所完成的試驗(yàn)研究結(jié)果，采用濕法加壓硫酸浸出工藝處理元石山紅土鎳礦從

42、技術(shù)上是可行的，在250 、4 MPa 的浸出條件下，鎳浸出率高達(dá)98%，鈷也可以達(dá)到93%以上。 但加壓酸浸工藝對于青海元石山鎳項(xiàng)目來說存在如下的不利因素： 生產(chǎn)工藝復(fù)雜，工藝環(huán)節(jié)多，輔助配套設(shè)施較多。主要工序包括礦石原料制備、礦漿預(yù)熱、高壓鍋爐站、加壓酸浸、減壓閃蒸、礦漿中和、浸出渣濃密洗滌、溶液除雜、硫化沉淀鎳鈷、廢水廢渣處理、尾礦設(shè)施等11個(gè)主要工序。 對設(shè)備質(zhì)量要求較高。國內(nèi)廠家尚不具備加工制造150 m3以上、耐壓5 MPa的高壓釜和45 MPa高壓泵的能力，高壓釜和高壓泵需進(jìn)口解決或委托國外廠家設(shè)計(jì)制造，設(shè)備投資大。 試劑消耗高。由于采用250 、4 MPa的浸出條件，浸出后液游

43、離酸仍高達(dá) 40 g/L左右，致使大量的鐵被浸出， 因而酸耗較大， 每噸礦石浸出酸耗約 300 kg-H2SO4，考慮到元石山紅土鎳礦的鎳含量較低，按含鎳 0.97%、鎳回收率 95%計(jì)算，折合噸鎳的硫酸消耗將高達(dá) 33 t。 加壓釜結(jié)疤嚴(yán)重。目前影響紅土鎳礦濕法加壓酸浸冶煉廠的一個(gè)重要問題是加壓釜的結(jié)疤問題。由于結(jié)疤嚴(yán)重，生產(chǎn)廠家每年不得不浪費(fèi) 23 個(gè)月的時(shí)間，停產(chǎn)清除加壓釜的結(jié)疤。由于浸出液中鐵含量較高、鎳含量較低，鐵鎳比大于 5，中和除鐵過程鎳、鈷損失較大，鎳、鈷回收率將大幅降低。 鐵在渣中部分以鐵礬的形態(tài)存在，硫酸根含量較高，因而鐵和渣均無法利用，必須配套建設(shè)尾礦設(shè)施。 環(huán)保治理不易達(dá)標(biāo)。元石山鎳鐵礦中鎂含量較高，加壓浸出過程大部分鎂、錳將以硫酸鎂、硫酸錳的形態(tài)入溶液，造成治理困難。 2)   加壓氧浸工藝 為解決硫酸運(yùn)輸儲(chǔ)存不便、運(yùn)輸成本和價(jià)格高、加壓釜結(jié)疤等傳統(tǒng)加壓浸出工藝的系列問題，北京礦冶研究總院提出了用元素硫替代硫酸的氧壓浸出新工藝。在250 、44.5 MPa 的浸出條件下，保持釜內(nèi)0.5 MPa 左右的氧分壓，使元素硫氧化為硫酸。由于反應(yīng)釜內(nèi)的酸度不會(huì)很高，釜的結(jié)疤問題可以得到很好的控