紅土鎳礦濕法冶金工藝現(xiàn)狀及前景分析

王盼盼，李新生

（1.廣西大學(xué)資源環(huán)境與材料學(xué)院，廣西南寧 530004；2.金屬資源高效利用及環(huán)境保護(hù)協(xié)同創(chuàng)新中心，廣西南寧 530004）

隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，鎳的需求量與日俱增，目前鎳產(chǎn)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(chǔ)量豐富，易于開采，是未來鎳的主要來源，充分開發(fā)利用紅土鎳礦資源具有重要的現(xiàn)實(shí)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(huán)境污染小、金屬回收率高等優(yōu)勢(shì)。

1 鎳的生產(chǎn)和消費(fèi)

當(dāng)今世界的有色金屬生產(chǎn)中，鎳產(chǎn)量位居第五位（鋁、銅、鉛、鋅、鎳），隨著各應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ζ湫枨罅康牟粩嗯噬洚a(chǎn)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(shì)，由1290kt上升至2100kt，年平均增長率為309%；隨著鎳的市場消費(fèi)需求量的增大，2008-2017十年間全球鎳年產(chǎn)量由1400kt上升至211萬噸。鎳產(chǎn)量對(duì)應(yīng)其消費(fèi)量具有一定時(shí)期的市場滯后性，供需平衡曲線一直處于波動(dòng)狀態(tài)。近些年，中國作為目前世界上原生鎳消費(fèi)量最大的國家，其鎳行業(yè)的發(fā)展態(tài)勢(shì)與全球鎳行業(yè)形成了鮮明的對(duì)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(fèi)量呈現(xiàn)出較明顯的持續(xù)增加趨勢(shì)，由330kt上升至1130kt，年平均增長率7.1%，且中國鎳消費(fèi)量的世界占比也呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，至2017年達(dá)到53.8%。同時(shí)，中國是一個(gè)原生鎳的生產(chǎn)大國，從2008年到2013年一直呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，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(jìn)□來滿足國內(nèi)需求，原料對(duì)外依存度持續(xù)多年超過80%，而紅土鎳礦儲(chǔ)量巨大且地理位置優(yōu)越的印尼和菲律賓就成為了優(yōu)先選擇的鎳礦來源國。2013年開始我國的原生鎳產(chǎn)量逐漸降低，主要受印尼頒布的鎳礦出□禁令和環(huán)保政策的影響，限制了進(jìn)口到我國的鎳礦量，且2015年后我國鎳鐵產(chǎn)業(yè)（如德龍、青山等）正在逐漸向印尼轉(zhuǎn)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(yīng)求的現(xiàn)狀，至2017年，供需缺口繼續(xù)擴(kuò)大至540kt。全球特別是中國不銹鋼行業(yè)的迅猛發(fā)展，是原生鎳消費(fèi)量劇增的主要?jiǎng)恿屯緩剑袊鳛槭澜缱畲蟮牟讳P鋼消費(fèi)國呈現(xiàn)出旺盛的需求態(tài)勢(shì)。圖3為2008年和2017年我國鎳的主要應(yīng)用領(lǐng)域和消費(fèi)結(jié)構(gòu)比例變化，可以看出不銹鋼的消費(fèi)結(jié)構(gòu)占比從69%升至85%。在中國鎳消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)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(yīng)用領(lǐng)域

2 紅土鎳礦冶煉現(xiàn)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(yīng)用冶金爐把有價(jià)金屬和精礦中的大量脈石分離開的各種作業(yè)，其主要包括：還原硫化熔煉鎳锍工藝、回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐鎳鐵工藝、還原焙燒-磁選工藝這些工藝在現(xiàn)在紅土鎳礦冶煉中運(yùn)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(dá)到鎳富集的目的。濕冶金是化學(xué)處理、有機(jī)溶劑萃取、雜質(zhì)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(xiàn)，且實(shí)際應(yīng)用時(shí)間相當(dāng)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(duì)環(huán)境友好、污染小，現(xiàn)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(yīng)爐中，由硫磺火焰酸等浸泡，調(diào)整pH，去除紅地鎳礦的鐵、鋁等雜質(zhì)，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(xiàn)在已經(jīng)過了60多年，證明這種方法經(jīng)濟(jì)效益很高。我國在高壓酸浸方面取得了很大的進(jìn)步，但與許多發(fā)達(dá)國家沒有太大區(qū)別，包括酸性浸沒設(shè)備的制造、酸性浸沒設(shè)備的研制、預(yù)防設(shè)備在硬環(huán)境中生銹，過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)。目前，國家正在大力研究酸浸技術(shù)開發(fā)設(shè)備，積極培養(yǎng)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(dú)到的特色和方法，我國需要加強(qiáng)國際交流，學(xué)習(xí)他國的先進(jìn)技術(shù)，以增強(qiáng)我國的冶金技術(shù)。

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(fā)利用是鎳工業(yè)的發(fā)展方向。高品位的紅土鎳礦被優(yōu)先開發(fā)利用而逐漸減少，鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(huán)保要求越來越嚴(yán)格，紅土鎳礦處理工藝應(yīng)滿足節(jié)能、低排放或超低排放的要求。紅土鎳礦濕法冶金生產(chǎn)過程中伴隨著廢渣、廢水等工業(yè)廢棄物的排放，必然對(duì)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響。實(shí)施廢棄物資源化利用，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)是紅土鎳礦濕法冶金的發(fā)展趨勢(shì)。還原焙燒-氨浸工藝中鎳和鈷的浸出率較低，并且對(duì)紅土鎳礦原料要求苛刻，目前僅在少數(shù)幾家工廠用于工業(yè)生產(chǎn)，且這些廠家均為20世紀(jì)70年代前所建設(shè)，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(shí)現(xiàn)鎳和鈷的綜合回收并且鎳、鈷的回收率均可達(dá)到90%，若將鈷的價(jià)值計(jì)算在內(nèi)，有望進(jìn)一步降低該工藝的生產(chǎn)成本。但是加壓酸浸工藝對(duì)設(shè)備要求嚴(yán)格，投資和設(shè)備成本大，隨著大型壓力釜制造技術(shù)越來越成熟，工藝裝備水平越來越高，加壓酸浸工藝的優(yōu)勢(shì)會(huì)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(jīng)濟(jì)價(jià)值優(yōu)勢(shì)。因此，不斷改進(jìn)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(fā)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(fèi)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(yè)化應(yīng)用。常壓酸浸工藝處理紅土鎳礦后產(chǎn)生的中間產(chǎn)品（硫鎳或氫氧化鎳），可提供給鎳精煉廠作為生產(chǎn)原料，這種經(jīng)營方式的轉(zhuǎn)變具有重要的借鑒意義。

4 結(jié)束語

金屬鎳是一種戰(zhàn)略性備用金屬，對(duì)一個(gè)國家的生產(chǎn)和發(fā)展至關(guān)重要，在國防、航天、交通、石化、能源等領(lǐng)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(chǎn)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(fā)利用技術(shù)也經(jīng)過火法冶煉，轉(zhuǎn)化為濕法浸出金屬。