我國鎳礦資源現狀及利用技術研究

劉明寶，段理祎，高 瑩，印萬忠

(1.東北大學,遼寧 沈陽 110004；2.蘭州金川新材料股份有限公司 甘肅 蘭州 737100)

鎳是一種近似銀白色的金屬，有鐵磁性和延展性，能導電和導熱。主要用來制造不銹鋼和其他抗腐蝕合金，也作加氫催化劑和用于陶瓷制品、特種化學器皿等，是一個國家國防工業和航空工業不可或缺的戰略物資。

世界上已知的鎳礦床有三種類型:即銅鎳硫化礦、紅土礦、風化殼硅酸鎳礦床。其中，紅土礦和硅酸鎳礦床占目前世界鎳總儲量的四分之三。但從硫化礦石中提取的鎳，約占目前鎳總產量的三分之二。盡管從氧化礦中提取鎳顯得愈來愈重要，但由于鎳在這些礦石中以不定成分的含水硅酸鹽(3MgO·2SiO2·2H2O)的復合物，主要是含水鎳鎂硅酸鹽狀態存在，也有以浸染或覆蓋于硅酸鹽上的氧化物和氫氧化物存在。由于氧化鎳礦物不是以單獨的顆粒存在，因此到目前為止，有關氧化鎳的直接選礦問題尚未解決。而從硫化礦中提取鎳，可以采用簡單經濟的機械選礦方法來解決，所以，在今后若干年內，硫化鎳礦石仍將是鎳的重要來源。

我國鎳礦資源主要分布于19個省(區)，70%的鎳礦資源集中在甘肅，其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陜西和青海和湖北7個省(區)。這7個省(區)的鎳資源合計保有儲量，占全國鎳資源總儲量的27%。其余鎳資源分布在江西、福建、廣西、湖南、內蒙古、黑龍江、浙江、河北、海南、貴州、山東11個省(區)，這些地區的鎳資源合計保有儲量，占總儲量的3%左右。我國鎳資源分布以及品位如表1所示[1]。

表1 我國鎳資源分布以及品位

經過多年的開采，目前我國鎳礦儲量呈明顯下降的趨勢。近年來，隨著我國國民經濟尤其是鋼鐵工業的迅猛發展，鎳資源的自給率逐漸下降，供需缺口持續擴大。因此，對我國鎳礦資源開展更深入的礦石特性以及綜合利用技術研究勢在必行。

1 復雜硫化鎳礦礦石特性及幾種主要選別工藝

1.1 階段磨礦-階段選別-中礦再磨再選流程

甘肅金川鎳礦二礦區礦石礦物種類較多，礦物組成較復雜。常見的金屬礦物主要有鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦、紫硫鎳礦、方黃銅礦、墨銅礦、四方硫鐵礦、磁鐵礦、鉻尖晶石等；另外，還有少量的鈦鐵礦、赤鐵礦、白鐵礦、碲鉍礦、碲鉍鎳礦、碲鉛礦、碲鉍鈀礦、自然金、銀金礦、碲銀礦、砷鉑礦等。脈石礦物主要有蛇紋石、橄欖石、輝石、透閃石、碳酸鹽、滑石、綠泥石、云母等。礦石含鎳品位平均為1.29%，礦石的礦物組成和相對含量見表2。礦石中鎳礦物物相分析結果如表3所示。該礦石處理工藝流程如圖1所示。經該工藝處理以后，可以獲得精礦平均品位在8.8%以上，鎳金屬回收率在84.5%以上的良好指標。

1.2 階段磨礦-階段選別-中礦返回再選

對金川鎳礦三礦區礦石進行鏡下分析、X射線衍射以及掃描電鏡分析，研究表明，礦石的組成礦物種類較為復雜，常見金屬礦物包括紫硫鎳礦、鎳黃鐵礦、黃銅礦、墨銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦和鉻鐵礦，偶見假象赤鐵礦、閃鋅礦和磁黃鐵礦零星分布;脈石礦物以蛇紋石和綠泥石居多，其次是透閃石、滑石、鐵白云石、黑云母和石英，其他微量礦物包括欽鐵礦和檐石等。礦石平均含鎳品位為0.51%，礦石中主要礦物含量見表4。礦石中鎳的化學物相分析結果見表5。工藝流程圖見圖2。經過該工藝處理以后，可獲得精礦品位大于6%，鎳金屬回收率在83%左右的良好指標。

表2 礦石的礦物組成和相對含量

表3 礦石中鎳主要物相分析結果

表4 礦石中主要礦物含量

表5 礦石中鎳的化學物相分析結果

圖1 階段磨礦-階段選別-中礦再磨再選工藝流程圖

圖2 階段磨礦-階段選別-中礦返回再選工藝流程圖

1.3 階段選別-掃選精礦再磨再選流程

陜西某鎳礦礦石由三十多種礦物組成，主要金屬礦物為鎳黃鐵礦、磁黃鐵礦、磁鐵礦、黃銅礦等十二種，占礦物總量的25.8%。主要脈石礦物為綠泥石、云母、伊利石、蛇紋石、滑石、石英、方解石、白云石、螢石等十八種，占礦物總量的74.2%。礦石多元素分析以及鎳物相分析分別見表6和表7，工藝流程如圖3所示。經此工藝處理以后，鎳精礦品位可達5.5%，鎳金屬回收率在81%左右。

表6 礦石多元素分析

表7 礦石鎳物相分析

圖3 階段選別-掃選精礦再磨再選工藝流程圖

2 紅土鎳礦處理工藝

氧化鎳礦床是含鎳橄欖巖在熱帶或亞熱帶地區經過大規模的長期的風化淋濾變質而成的，是由鐵、鋁、硅等含水氧化物組成的疏松的黏土狀礦石。由于鐵的氧化，礦石呈紅色，所以被稱為紅土礦。紅土鎳礦的可采部分一般由3層組成:褐鐵礦層、過渡層和腐植土層。各礦層紅土礦化學成分及處理工藝，如表8所示。

2.1 火法冶金技術

火法冶煉工藝更適合處理腐植土型鎳礦，因為腐植土型鎳礦含有較低的鈷和鐵，Ni/Co比一般為40，最終產品多為鎳鐵或冰鎳，同時在冶煉過程中不回收金屬鈷。火法冶煉工藝需要消耗大量的能源，因為在冶煉過程中，鎳礦石需要被干燥，除去所含潮氣和結晶水，同時，干燥后的鎳礦石還需要進一步加溫到1400℃形成鎳锍。

硅鎂鎳礦通常采用火法冶金工藝。處理鎳紅土礦的火法冶金有兩種熔煉方法：一種是用鼓風爐或電爐還原熔煉得到鎳鐵。采用電爐熔煉可以達到較高的溫度，爐內的氣氛也比較容易控制，爐料需預先經過干燥脫水，干燥和預熱一般采用回轉窯。在電爐還原熔煉的過程中，幾乎所有的鎳和鈷的氧化物都被還原成金屬，而鐵則不必全部還原成金屬鐵，鐵的還原程度通過還原劑焦碳的加入量加以調整。得到的鎳鐵成分為(%)：Ni+Co(25～45)；C(0.02～0.06)；S(0.02～ 0.05)；Si(0.02～ 1.5)；P(0.01～0.03)；Fe(55～75)。此外，硅鎂鎳礦也可以采用外加硫化劑的方法進行硫化熔煉得到鎳锍，石膏是最常用的硫化劑。造锍熔煉一般在鼓風爐中進行，也可以用電爐，鎳锍的成分可以通過還原劑(焦粉)和硫化劑(石膏)的加入量加以調整。得到的低鎳锍(通常含Ni+Co=20%～30%)，再送到轉爐中吹煉成高鎳锍。鎳紅土礦兩種火法冶金的原則流程見圖4。

表8 各礦層紅土礦化學成分及處理工藝

圖4 鎳紅土礦兩種火法冶金原則流程

2.2 濕法冶金技術

褐鐵礦類型的鎳紅土礦和含MgO比較低的硅鎂鎳礦，通常采用濕法冶金工藝處理。濕法冶金主要形成了兩種工藝，一種是還原焙燒-氨浸工藝(簡稱為RRAL)，另一種是硫酸加壓酸浸工藝(簡稱為HPAL)。近年來，鎳紅土礦的濕法冶金技術有了很大的發展，特別是加壓浸出技術和各種組合的溶劑萃取工藝。

2.2.1 還原焙燒-氨浸工藝

還原焙燒的目的是使硅酸鎳和氧化鎳最大度地被還原成金屬，同時控制還原的條件， 使大部分Fe還原成Fe3O4，只有少部分Fe被還原成金屬。焙燒礦再用NH3及CO2將金屬鎳和鈷轉為鎳氨及鈷氨絡合物進入溶液，金屬鐵先生成鐵氨絡合物進入溶液，然后再氧化成Fe3+，水解生成氫氧化鐵沉淀，氫氧化鐵沉淀時會造成較大的鈷損失，大部分鈷以沉淀物形式除去。原則流程見圖5。

圖5 還原焙燒-氨浸工藝流程圖

2.2.2 加壓酸浸

用稀硫酸將鎳、鈷等有價金屬與鐵、鋁礦物一起溶解，在隨后的反應中，控制一定的pH值等條件，使鐵、鋁和硅等雜質元素水解進入渣中，鎳、鈷選擇性進入溶液。浸出液用硫化氫還原中和、沉淀，產出高質量的鎳鈷硫化物。鎳鈷硫化物通過傳統的精煉工藝配套產出最終產品，其原則工藝流程如圖6所示。

圖6 加壓酸浸工藝流程圖

3 結語

1)隨著國家經濟建設的發展，我國鎳礦需求缺口持續擴大，鎳資源短缺已經成為不爭的事實。因此，對硫化鎳和紅土鎳礦資源進行更加深入的利用技術研究，對保證我國鎳工業可持續發展具有重要的戰略意義。

2)硫化銅鎳礦床的形成，均與基性和超基性巖有關。在成礦過程中，易發生蝕變，脈石礦物發生蛇紋石化、滑石化；原生硫化礦與次生礦物交錯共存，使礦物組成復雜化。因此，硫化銅鎳礦的選別流程，一般以階段磨礦-階段選別-中礦再處理方式為主。

3)到目前為止，物理選礦法尚沒有處理紅土鎳礦的合適工藝，紅土鎳礦當前的處理工藝以火法和濕法為主。隨著世界鎳需求量的增長以及硫化鎳資源的短缺，紅土型鎳礦資源的開發將成為未來幾年世界鎳工業發展的主要趨勢。

[1] 李志茂,朱形,吳家正.鎳資源的利用及鎳鐵產業的發展[J]. 中國有色冶金，2009(1)：29-32.

[2] 李建華,程威,肖志海. 紅土鎳礦處理工藝綜述[J]. 濕法冶金, 2004(12):191-194.