红土镍矿资源现状

1、红土镍矿资源现状及加工工艺综述2011-03-13 18:47:20|分类：镣矿知识|标签：|字号大中小订阅摘 要 综合论述了世界红土镣矿的资源概况和利用现状，分析了我国对镣的需求情况，对红土镣矿的处理方法和目前有前景的加工工艺进行了较为详细的阐述和分析。关键词红土镣矿镣铁镣铳浸出在自然界中，镣主要以硫化镣矿和氧化镣矿状态存在。由于元素亲氧及亲硫性的差异，在熔融岩浆中，当有硫元素存在时，镣能优先形成硫化矿物，并富集形成硫化物矿床。硫化镣矿如镣黄铁矿、紫硫镣铁矿中的镣以游离硫化镣形态存在，有相当一部分以类质同象赋存于磁黄铁矿中。部分氧化镣矿是由硫化镣矿岩体风化浸淋蚀变富集而成，镣主要以镣褐铁矿（

2、很少结晶或不结晶的氧化铁）形式存在。红土镣矿是含镁铁硅酸盐矿物的超基性岩经长期风化产生的矿石，在风化过程中镣自上层浸出而后在下层沉淀，Ni 0取代了相应硅酸盐和氧化铁矿晶格中的Mg0和Fe0。由于镣具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，因而其用途很广泛，尤其是在不锈钢和耐热钢中的应用比例最大。当前在镣的消费中，钢铁和有色金属冶炼业约占总消费量的6 5%7 0%；其次是轻工行业，包括自行车、医疗器皿、生活用品的电镀，约占总消费量的12%15% ；再次是机械制造、化工、石油和电力行业，这些行业需用镣制造各种机器和容器，用量约占总消费量的10%12%。高新技术领域应用的充电电池、泡沫镣

3、、镀镣钢带、活性氢氧化镣等产品，对镣的需求也很旺盛。自20世纪80年代中期以来，镣的使用范围广泛，不锈钢一直是镣消耗的主要推动力1 。镣的需求继续被不锈钢产量的增长所带动，特别是在西欧、日本和东南亚国家更是如此。近年来，镣在钢铁工业、磁性材料工业、军事、有色金属、贵金属、特殊合金、贮氢材料、特种镣粉、新型涂镣复合材料、电池、医疗卫生和硫酸镣等方面的应用与开发非常引人注目2 3。镣作为一种重要的战略金属，具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性，是工业和发展人类现代文明不可或缺的金属，在国民经济发展中具有极其重要的地位】4。1世界镣资源概况及利用现状镣是一种较为丰富的金属元素，在地球中的含量仅次于

4、硅、氧、铁、镁，居第5位，地核含镣最高，是天 然的镣铁合金。由于镣的地球化学特征，镣首先存在于铁镁硅铝酸岩浆所形成的铁镁橄榄石中，不同的岩 石中含镣的一般规律是氧化镁及氧化铁等碱性脉石中含镣高，二氧化硅及三氧化二铝等酸性脉石中含镣低。镣在各种岩石中的平均含量见表1。表1 镣在各种岩石中的平均含量岩石名称Ni Mg0+Fe203 Si02+A1203橄榄石 0.2 4 3.3 4 5.9辉长石 0.0 016 1 6.6 6 6.6闪长岩 0. 004 1 1.7 7 3.4花岗岩 0.0002 4.4 78.7目前可供人类开发利用的镣资源只限于陆地的硫化镣矿和氧化镣矿2种，其中约3 0%为硫化

5、矿，7 0%为红土镣矿。据美国地质调查局报导，截至2 0 0 4年，巳探明的世界镣总储量为6 2 0 0万t，储 量基础为1 4 0 0 0万t。世界陆地查明含镣品位在1%左右的资源量为1.3亿t，其中60%属于红 土型镣矿床，共、伴生矿产主要是铁和钻，主要分布在赤道附近的古巴、新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲 律宾、巴西、哥伦比亚和多米尼加等国；4 0%属于岩浆型铜镣硫化物矿床，共伴生矿产主要有铜、钻、 金、银及铂族元素，主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、中国、南非、津巴布韦和博茨瓦纳等国。另 外大洋深海底的锰结核和锰结壳中还含有大量的镍资源，共伴生矿产为铜、钻和锰，数量巨大。硫化镍矿 一般含

6、镍1%左右，选矿后的精矿品位可达6%12%，加上伴生的有价金属（铜、钻）可达6% 15% ；此外，还常含有一定量的金属。精矿中还有以硫化铁形态存在的燃料成分，热值在2 0 9 14 18 2MJ/t，熔炼能耗低。因此，硫化镍矿的经济价值比较高。红土矿含镍1%3%，不能通过选 矿富集，仅能用筛选抛弃风化较浅、品位低的块矿。红土矿中仅伴生有少量钻，无硫，无热值，但矿石储 量大，而且赋存于地表，易采，可露天作业。具有开发的优越条件和工业价值的镍矿物及其化学式见表2, 世界镍储量及储量基础见表3。表2 具有工业价值的镍矿物及其化学式矿物组成化学式镍黄铁矿（F，Ni）9S8含镍磁黄铁矿（Ni，Fe）7S

7、8针硫镍矿NiS紫硫镍铁矿（Fe，Ni）2S4辉铁镍矿3NiS FeS2钻镍黄铁矿（Fe，Co）3S4暗镍蛇纹石 4（Ni，Mg）4 3SiO2 6H2O硅镁镍矿 H2（Ni，Mg）SiO4 xH2O含镍红土矿（Fe，Ni）O（OH）nH2O表3 世界镍储量及储量基础国 别 储量/万t储量基础/万t2 0 0 2 年2 0 03年200 4年2002年2 003 年20 0 4年澳大利亚22002 2 002 2 00 2 7 0 0 2 7 0 02 7 0 0古巴5 6 05 6 056 0 23 0 0 2 3 0 0 2 30 0加拿大5 2 05 2 04 8 0 15 0 0 1

8、5 0 0 1 50 0印度尼西亚3 20 3 203 2 01 3 0 0 1 3 0 0 13 0 0南非3 7 03 7 037 0 12 0 0 1 2 0 0 1 20 0新喀里多尼亚440 440 440 1200 1200 1200俄罗斯660 660 660 920 920 920中国 3 6 0 1 1 0 1 1 0 760 760 760巴西 67 4 5 0 4 5 0 6 0 0 8 3 0 8 3 0菲律宾 94 9 4 9 4 6 0 0 8 3 0 8 3 0世界总量6100 6200 6200 14000 14000 14000由于硫化镍矿资源品质好，工艺技术

9、成熟，现在约6 0%的镍产量来源于硫化镍矿5，但硫化镍 矿因长期开采，且近20年来在新资源勘探上没有重大突破，保有储量急剧下降。如以年产镍量120万 t计算，则相当于2年采完一个加拿大伏伊希湾镍矿床（近2 0年唯一发现的大型矿床，世界第5大硫化 镍矿），5年采完金川镍矿（世界第3大硫化镍矿）。因此，全球硫化镍矿巳出现资源危机，且传统的几 个硫化镍矿矿山（加拿大的萨德伯里、俄罗斯的诺列尔斯克、澳大利亚的坎博尔达、中国金川、南非里腾 斯堡等）的开采深度日益加深，矿山开采难度加大，选、冶难度也增加】6。为此，全球镍行业将资源 开发的重心瞄准储量丰富的红土镍矿。红土镍矿资源的采冶利用比例巳占世界镍产量

10、的4 0%以上7 8，且呈不断上升的趋势。可以预期，世界未来镍产量的增加将主要来源于红土型镍矿资源的开发911。由于我国硫化镍资源急剧减少，氧化镍矿储量少且品位较低、难提取，与国外氧化镍矿储量大、 品位高的一些国家相比，缺乏竞争力，中国各有色金属企业积极在全球范围内开发红土镍矿资源】12。 宝钢集团同金川集团联手，投资10亿美元用于菲律宾诺诺克岛镍矿资源的开发；中国五矿集团与古巴合 作在Moa建设年产22500t镍的生产工厂；中国冶金建设集团同吉林镍业公司合作在开发位于巴布 亚新几内亚的瑞木镍矿(该矿的镍平均品位约1%,预计总投资为6.7亿美元)；中国金宝矿业公司则与缅甸矿业部所属公司签署了缅

11、甸莫苇塘镍矿的合作勘探及可行性研究协议；中国有色集团缅甸达贡山红土 镍矿年处理干矿13 2万t,冶炼厂年产含镍2 6%的镍铁8.5万矿山地质储量4 3 0 0万t,其 中经济储量2 2 3 9.6万t,平均含镍1.96%。对于含镍低，铁多、硅镁少的褐铁矿型红土镍矿， 从节能减耗的角度出发，宜采用湿法浸出工艺；而对于含镍较高，铁低、硅镁高的硅镁型红土镍矿，最有 效的处理方法还是采用还原熔炼工艺生产镍铁工艺1315。以镍铁作为冶炼不锈钢、合金钢与合金铸铁的镍合金原料，可以减少金属镍的消耗，增加镍元素的来源，且成本低于电解镍，使生产单位和用 户双方均获得良好的经济效益，具有较强的价格竞争优势。如果采

12、用湿法工艺将红土矿中的镍与铁等元素 分离，然后再在炼钢的过程中融合，明显造成能源和资源的浪费，从长远来看是不足取的。如何更直接、合理地利用红土镍矿显得尤为重要。2红土镍矿资源开发利用的优势和前景目前，世界镍工业生产的镍，主要来自硫化镍矿资源，约占总产量的6 0%。其余来自红土镍矿。但是随 着优质(含镍品位高)易开采的硫化镍矿资源的减少、对环境要求的提高、红土镍矿提取技术的进步以及 镍价格因素等的影响，从红土镍矿生产的镍量会不断增加】10。过去50年资源开发的特点印证了这一发展趋势，产量变化如表4所示。表4 不同年份镍的产量统计万t年份 1 9 5 0 1 9 6 01 9 7 0 1 9 8

13、019 9 02 0 0 2 2 0 1 0以硫化矿为原料/万t 85 8 0 7 2 6 56 2 5 850红土型镍开发利用的主要优势在于：红土型镍矿资源丰富，全球约有4 10 0万t镍金属量，勘查成本低。可露天开采，采矿成本极低。选冶工艺巳逐渐成熟。不锈钢生产的发展，对烧结氧化镍、镍铁或通用镍的需求增加，而这些镍产品主要是由氧化镍矿生产的。世界红土型镍资源主要分布于近赤道地区，大部分靠近海岸，便于外运。从红土镍矿的资源特点来 看，世界镍工业的发展资源开发重心将逐渐从硫化镍矿转移到红土镍矿的利用。由于红土镍矿一般都伴生 有钻，铁、铭等多种有价金属，其综合利用的必要性显而易见。对于我国而言，

14、虽然我国的红土镍矿资源 比例偏小，但随着硫化镍资源的逐渐枯竭，镍市场需要的不断增长，参与海外红土镍矿的开发势在必行。 近年来，我国从缅甸、古巴、印尼进口的大量红土镍矿以及与菲律宾、巴布亚新几内亚的镍钻生产联合项目的实施，进一步表明红土镍矿的开发巳经成为我国镍资源利用的重要内容。世界范围内红土镍矿的开发利用前景十分广阔。3 国内外红土镍矿处理技术及进展氧化镍矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规模的长期的风化淋滤变质而成的，是由铁、铝、硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状矿石。由于铁的氧化，矿石呈红色，所以被称为红土矿(1aterite）。红土镍矿的可采部分一般由3层组成：褐铁矿层、过渡层和腐殖

15、土层，其处理工艺如表7所示】9。表7 红土镍矿的分布、组成与提取技术矿 层化学成分Ni Co Fe Cr2O3 Mg 0特点提取工艺褐铁矿层0 .81.5 0.10.2 4 0 5 0 25 0.5 5高铁低镁湿法过渡层1 .51.8 0.020.1 2540 12 515湿法/火法腐殖土层1.83 0.020.1 1025 12 1535低铁高镁火法火法工艺火法处理红土镍矿的工艺按其产出产品的不同分为还原熔炼生产镍铁工艺和还原硫化熔炼生产镍铳工艺。3.1.1还原熔炼生产镍铁世界上用得最多的红土镍矿火法处理工艺是还原熔炼生产镍铁，用于生产不锈钢。氧化镍易被C,CO,Si还原，在较高温度下控制一

16、定的还原条件，就可以使氧化镍完全还原成金属，铁部分还原，与镍熔合成镍铁合金，而未被还原的硅、镁氧化物与另一部分氧化铁一起造渣。还原熔炼生产镍铁的方法有以下几种：（1）回转窑一电炉还原熔炼工艺。回转窑一电炉还原熔炼工艺（RKEF）是目前红土镍矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程，技术可靠、成熟916。该工艺主要工序包括干燥、焙烧一预还原、电炉熔炼和精炼。由于原矿含有大量附着水和结晶水，所以熔炼前的炉料准备主要是脱水和干燥，一般是 在干燥窑内脱除附着水，在较长的回转窑内于较高的温度下焙烧预还原，进一步脱除结晶水，部分镍、铁 氧化物预还原，同时炉料得到预热，为下一步电炉熔炼节省能源，出窑炉料温度为

17、6 5 09 0 0 C，直 接送入电炉上面的料仓中，加入交（直）流电弧炉还原熔炼制取镍铁，精炼后用做冶炼不锈钢的原料。该 工艺适合于低铁高镍型红土镍矿，得到的镍铁产品镍品位一般为10%15%，铁品位为60%8 0%，镍的回收率大于9 0%。回转窑一电炉熔炼工艺适合处理各种类型的氧化镍矿，熔池可达到较高的 温度且温度易于控制，适合于处理难熔的硅镁镍矿，对入炉炉料也没有严格要求；渣含有价金属较少；生 产容易控制，便于操作，易于实现机械化和自动化。所以近几年来回转窑一电炉熔炼镍铁工艺发展较快，目前至少有14家工厂使用这一方法处理氧化镍矿，镍铁年产量（含镍计）在2 5万t左右。（2）竖炉一电炉工艺。

18、鹰桥公司在新喀里多尼亚的Koniambo冶炼厂采用的是多米尼加鹰桥竖炉 电炉工艺。该工艺流程借鉴水泥窑外分解的技术，将物料磨细后进行闪速干燥、闪速煅烧、在流态化炉 中进行预还原，然后在直流电弧炉内熔炼煅烧料，LF炉内精炼，具有固定投资少，操作成本省，物料停留时间短，产品质量高，烟尘率低，动力消耗低的优点。（3）鼓风炉冶炼工艺。鼓风炉冶炼是将氧化镍矿在回转窑内预热、干燥后制成团块，与焦炭块一起加入 鼓风炉内冶炼，生产出粗镍铁，再进行精炼，制出镍铁。鼓风炉冶炼是最早的炼镍方法之一，对环境不友 好，矿石适应性差，对镁含量有较严格的要求，另外不能处理粉矿，对入炉炉料也有严格的限制。随着生 产规模扩大、

19、冶炼技术进步、炼钢厂对镍类原料要求的提高以及环境保护要求的提高，这一方法巳逐步被淘汰。（4）可移动平炉生产镍铁工艺。除了以上几种得到应用的方法，日本神户钢铁有限公司还新开发了一种用可移动平炉生产镍铁的处理工艺。该工艺包括：混料步骤。将含有氧化镍和氧化铁的矿石配入碳质还原剂制备成混料。还原步骤。在移动的平炉内加热还原混料，制备还原混料。熔炼步骤。在熔炉内将巳还原的混合物熔化制备镍铁。该工艺能够以较低的成本高效率地制备出高镍含量的镍铁产品，且灰尘数量少，防止了炉壁灰尘的堆积产生粘结物，因此给料时渣的含量可不必调整。3.1.2 还原熔炼生产镍铳还原铳化熔炼处理氧化镍矿生产镍铳的工艺早在20世纪二三十

20、年代就得到了应用，当时采用的都 是鼓风炉熔炼。该工艺与鼓风炉还原熔炼生产镍铁的工艺存在相同的缺点，因此新建的大型工厂都采用电 炉熔炼红土镍矿生产镍铳。全世界由氧化镍矿生产镍铳的镍量在12万t左右。镍铳生产工艺是在生产镍 铁工艺的熔炼过程中，加入硫化剂，产出低镍铳，再通过转炉吹炼生产高镍铳。镍铳的成分可以通过还原 剂（焦粉）和硫化剂的加入量加以调整。可供选择的硫化剂有黄铁矿（FeS2）、石膏（CaS042 H20）、硫磺和含硫的镍原料。目前国内朝阳昊天集团采用该工艺生产低镍铳，获得的低镍铳产品镍品 位为5%8%，镍金属回收率大于9 0%。采用还原铳化熔炼处理氧化镍矿生产镍铳的工艺，其产品高 镍铳

21、具有很大的灵活性：经焙烧脱硫后的氧化镍可直接还原熔炼生产用于不锈钢工业的通用镍；也可以作 为常压拨基法精炼镍的原料生产镍丸和镍粉；由于高镍铳中不含铜，还可以直接铸成阳极板送铳化镍电解精炼的工厂生产阴极镍。总之，可以进一步处理，生产各种形式的镍产品，并可以回收其中的钻。湿法工艺对于含镍较高而含铜和钻低的红土镍矿，较多采用电炉还原熔炼的方法生产镍铁，但在处理含铜、钻比较高的红土镍矿时，宜采用湿法流程处理，以利于综合回收各种有价金属和降低能耗。浸出是常用的 湿法处理方法，根据矿石中氧化镁含量的高低，采用常压氨浸工艺和高压酸浸工艺两种方法。含氧化镁高 的矿石需采用氨浸，因为酸浸时需消耗大量的酸中和矿石

22、中的碱性脉石，操作成本高，在经济上不可行。 而含氧化镁低的矿石可采用硫酸浸出，为加速整个溶解过程，浸出作业通常在高温高压下进行。一般常用的湿法处理工艺有以下几种。3.2.1 还原焙烧一氨浸工艺还原焙烧一氨浸工艺（RRAL）是由Caron教授发明的】17，因此又称Caron流程。氨浸 是将焙烧矿用NH3及C02将金属镍和钻转化为镍氨及钻氨络合物进入溶液。氨浸法是最早的湿法处理 工艺，首先通过还原焙烧，使镍、钻和部分铁还原成合金，然后再经过多级逆流氨浸，浸出液经硫化沉淀， 沉淀母液再除铁、蒸氨，产出碱式硫酸镍，碱式硫酸镍再经煅烧转化成氧化镍，也可以经还原生产镍粉。 采用该工艺生产的镍块中镍质量分数

23、可达9 0%，全流程镍的回收率达7 5%80%。与火法冶炼流程 相比，钻可以部分回收，回收率4 0%50%。但氨浸法只适合处理红土镍矿床上层的红土矿，不适合 处理下层硅镁含量高的矿层，这就极大地限制了氨浸法的发展，从20世纪70年代以后就没有新建工厂选用该工艺。322 高压酸浸工艺高压酸浸法（PAL）是用硫酸选择性浸出氧化镍矿中的镍和钻，包括矿浆制备、浸出和镍钻回收3道工 序。常温下，用硫酸浸出氧化镍矿石，大量的铁会随镍和钻一起被浸出；随着温度升高，镍、钻浸出率稍 有下降，但铁浸出率则大幅度降低。在温度2 3 22 6 8 K时，镍和钻的浸出率在9 5%以上，而铁的 浸出率很低】18PAL工艺

24、最大的优点是钻的浸出率高，可达90%以上，大大高于其他工艺流程。但这种工艺适合处理以针铁矿为主的矿石，不太适合处理泥质较多的矿石。常压酸浸工艺常压酸浸工艺是目前红土镍矿处理工艺研究较为热门的方向。常压酸浸法处理红土镍矿的一般工艺：对红土镍矿先进行磨矿和分级处理，将磨细后的矿浆与洗涤液和硫酸按一定的比例在加热的条件下反应，镍浸出进入溶液，再采用碳酸钙进行中和处理，过滤，得到的浸出液用Ca0或Na2S做沉淀剂进行沉镍。常压浸出方法具有工艺简单、能耗低、不使用高压釜、投资费用少、操作条件易于控制等优点，但是浸出液分离困难，浸渣中镍含量仍较高。火法湿法结合工艺用火法湿法相结合的工艺处理氧化镍的工厂，目

25、前世界上只有日本冶金公司的大江山冶炼厂。主要工艺过程：原矿磨细与粉煤混合制团，团矿经干燥和高温还原焙烧，焙烧后的矿团再磨细，将矿浆进行 选矿分离得到镍铁合金产品，镍铁合金中镍品位为12%15%，镍的回收率为9 1%9 5%。该 工艺的最大特点是生产成本低，能耗中的85%能源由煤提供，每吨矿耗煤160180kg。而火法 工艺电炉熔炼的能耗8 0%以上由电能提供，每吨矿电耗5 6 06 0 0 kWh，两者能耗成本差价很大， 按照目前国内市场的价值计算，两者价格相差34倍。但是该工艺存在的问题还比较多，大江山冶炼厂 虽经多次改进，工艺技术仍不够稳定，经过几十年其生产规模仍停留在年产镍1万t左右。该工艺的技术 关键是粉煤与矿石混合和还原焙烧过程的温度控制。从节能、低成本和综合利用镍资源的角度出发，这一工艺是值得进一步研究和推广的。俄罗斯的研究人员对乌拉尔氧化镍矿采用离析焙烧进行浮选或磁选等方面的试验研究后认为，它是目前唯一能降低成本、节约能源和增加镍产量的方法，适合于处理任何类型的氧化镍矿19。其它处理工艺国内外对低品位红土镍矿的其他处理工艺进行了广泛的研究，主要研究有氯化