紅土鎳礦濕法冶金工藝現狀與前景探究

張志勇

（湖南中偉新能源科技有限公司，湖南 長沙 410600）

紅土鎳礦與硫化鎳礦是國內的主要鎳礦資源，這兩種鎳礦資源分別占我國總保有量的86%、9.6%。紅土鎳礦主要存在于云南與四川地區，硫化鎳礦則主要存在于我國湖北、陜西、甘肅及青海。鎳不僅是我國的一種戰略稀缺資源，更是一種關鍵的礦產資源，其在現代軍事、船舶、航空、電子、化工、醫學、能源等方面具有至關重要的作用，同時是不銹鋼生產、磁性材料、電磁屏蔽材料的關鍵性原料。紅土鎳礦其實是氧化鎳礦的一種，全球大多數鎳礦是以紅土鎳礦形式而存在，然而品位低且冶煉時效率低，但采取濕法冶金工藝具有較高回收效率，因此對紅土鎳礦采用的濕法冶金工藝進行探究具有深遠意義。

1 紅土鎳礦冶金處理工藝

1.1 濕法工藝和火法工藝

濕法冶金即在酸性或者堿性介質的水溶液中，對金屬礦物原料進行化學處理或者雜質分離、有機溶劑萃取、金屬提取以及化合物的過程。盡管濕法冶金出現得較早，然而真正運用還是歷經了較長的時間發展，即使是當前此項工藝也不是較成熟。還原焙燒-常壓氨浸工藝、堿浸工藝及高壓酸浸工藝等都屬于濕法工藝。這種工藝污染小，當前許多的研究者都重點研究這一工藝，期望可以探索出合理、有效的濕法冶金工藝。火法冶金就是在高溫條件下（通過燃料燃燒或者電能產生的熱或者某種化學反應放出的熱）把礦石或者精礦經過系列的物理化學變化過程，讓當中的金屬和脈石或者其他雜質分離，得到金屬的冶金方法。此外，還有還原硫化熔煉鎳硫工藝、還原焙燒-磁選工藝以及回轉窯-礦熱爐鎳鐵工藝。因為這些工藝成本低且投入少，所以在當前紅土鎳礦冶煉中獲得較廣應用。紅土鎳礦的熔點范圍中，氧化物穩定性順序依次是Al2O3＞Fe2O3＞SiO2＞FeO＞NiO。依據這種性質氧化鎳最早被還原，通過這種選擇性還原原理，可以采取缺碳操作，讓紅土鎳礦當中的大部分鎳氧化物先還原為金屬，以此實現富集鎳的目的。

1.2 高壓酸浸工藝

高壓酸浸工藝把紅土鎳礦石破碎研磨制成泥漿，按照特定比例均勻混合礦漿、洗滌劑及酸，再進行加熱，鎳與鈷等元素進入酸性溶液，之后以碳酸鈣進行中和，調整PH，過濾，浸出液當中的鎳、鈷及錳通過硫化鈉或硫化氫進行處理，之后可得鎳與鈷的硫化物，通過沉淀后析出。常壓酸浸工藝的優點是步驟極為簡單、容易操作，并且不需要高壓釜，能耗較低，所以生產成本也比較低，但是存在分離浸出液相對難，并且最后的浸出渣當中還是存在較高含量的鎳的問題。至今為止，高壓酸浸工藝在國外已經有六十多年的使用史，也證實了這種工藝具有較高的經濟效益。國內高壓酸浸工藝也有了極大進步，酸性浸出設備的創造、避免設備在硬環境中銹蝕、過程自動化控制系統技術等方面，相對比一些發達國家也沒有多大不同。現階段，我國正全力研究酸浸技術與研發設備，加強相關人才的培養，全力增強紅土鎳礦的提煉水準。

1.3 還原焙燒-常壓氨浸工藝

此項工藝也被稱為Caron法，主要操作步驟是：先把紅土鎳礦干燥、破碎及篩分，之后加入煤粉與石灰，混合均勻之后進行還原焙燒，這一過程將對鎳與鈷浸出率的高低造成直接影響。而后用NH3浸出焙燒礦，讓礦物當中的有價金屬鎳、鈷通過鎳氨及鈷氨的絡合物形式進入浸出液，轉為鐵氨絡合物的鐵進入浸出液氧化成正三價鐵離子，正三價鐵離子水解之后形成Fe(OH)3沉淀，而后通過硫化物處理浸出液形成沉淀，讓當中的鈷通過硫化物形式析出，浸出液蒸氨之后得到堿式碳酸鎳，經過煅燒，碳酸鎳形成的氧化鎳就可以對外銷售，同時還可以作進一步處理生成鎳粉。

還原焙燒-氨浸法的優勢是試劑可重復利用、消耗量不多、可以綜合回收鎳與鈷等，但也存在不足之處，即鎳與鈷回收率降低，前者回收率在75%～80%，后者在40%～60%，并且正三價鐵離子水解時也會損失大量鈷，氨浸工藝面對紅土鎳礦的品位有極高要求，使此項工藝的運用受到限制。

1.4 堿浸工藝

此項工藝是把紅土鎳礦與高濃度的堿溶液享混合，讓當中的硅與鋁元素和堿進行反應，然而鎳與鐵并不反應，以此去除雜質，實現富集鎳目的。因為紅土鎳礦中的硅含量較高，堿浸工藝能夠極好的借助當中存在的硅，使產品的附加值進一步提高。當處于200℃和固液比為1∶5的情況下，不僅浸出效率比較高，還確保了鎳與硅提取的效率，顯著提高了紅土鎳礦的附加值。

1.5 生物浸出工藝

生物浸出工藝是生物冶金，主要是通過微生物在衍生時形成的有機酸來溶解貧礦中的金屬。此項工藝首先需要進行真菌培養工作，在真菌形成的有機酸培養液的酸堿值處于合理范圍內，以上層清液來浸出紅土鎳礦。此項工藝相對比其他浸出工藝，能夠顯著減少能耗與原料的消耗。

現階段，此項工藝對鎳浸出率較高，高達92%，能夠在常壓和低溫情況下進行，反應條件比較溫和，成本也較低，并且可以處理品位較低的紅土鎳礦。由于具有諸多優勢，所以在實驗室中取得了明顯成果。然而其還存在一定不足，如反應速度較慢，并且會受工業設備、微生物培養成本、浸出環境以及生產規模等多方面因素影響，因此生物浸出工藝還未實現工業化生產。

2 濕法工藝存在的不足與新興工藝

2.1 濕法工藝存在的不足

在紅土鎳礦高壓酸浸效率中，主要受礦物因素、固液比或者硫酸的加入量、高壓釜存在結垢以及氧化程度不足等方面因素影響，有效處理這些問題便于高壓酸金能更好投入使用。還原焙燒是需要盡可能將鐵還原為具備磁性的Fe3O4，從而便于以磁選去除鐵。在氨浸之前要先溶解游離的氧化亞鐵，因為存在氧化亞鐵游離問題。因此氨浸法更多的是用于表層紅土鎳礦的處理，紅土鎳礦具有較高含量的銅與鈷，所以就不適合采用氨浸法，使得這種工藝的運用受到限制。堿浸法存在的主要缺陷是要控制好固液比與溫度等。上述缺陷是目前工業上采用到的幾種主要濕法冶金工藝存在的主要缺陷，應盡快處理好這些問題，從而保證濕法冶金工藝可以獲得更好的運用，從而大幅度提高紅土鎳礦中鎳的生產效率，推進社會更好發展。

2.2 直接焙燒工藝

直接焙燒區分為直接焙燒和加堿性物質焙燒兩種。前者就是對紅土鎳礦直接進行高溫焙燒，以此對礦物進行改性。實驗證明，紅土鎳礦在經過高溫焙燒之后，鎳浸出率能夠達到93%，但是當溫度超出將會對鎳的浸出率帶來影響。后者就是對紅土鎳礦添加堿性物質，使礦物的結構發生變化之后再焙燒，這種焙燒工藝能夠顯著提升鎳浸出率。加堿性物質焙燒之后浸出的鎳產量相對比直接酸浸的鎳產量，鎳浸出率從提高為。加堿性物質焙燒工藝對設備要求更低，成本支出比較少，設備使用年限也大幅度延長，并且能夠浸出其他金屬，還可以有效利用礦物中的其他金屬。

2.3 微波加熱工藝

微波加熱即有選擇性地地物質進行加熱，并且不會影響到其他物質，因此紅土鎳礦浸出能采取微波加熱工藝。微波加熱除了可以選擇性加熱物質，還能夠去除礦石中的水分，從而省去一些后續工作。許多研究者經過實驗得知，紅土鎳礦在經過微波處理之后，要比沒有經過微波處理的鎳礦的產出率要高。還有研究者把微波處理工藝結合酸浸工藝，以此大速度提高了鎳產出率，并且由于微波處理可以便于酸浸進行，因此進一步減少了支出。

2.4 氯化法浸出工藝

此項工藝就是把紅土鎳礦混合氯化劑后，投入反應釜當中，之后加水；在一定的條件下進行反應，讓紅土鎳礦中的金屬轉變成氯化物，而后再提取金屬的冶金方式。氯化冶金工藝在紅土鎳礦中的運用還待進一步加深當中，一些人通過對于紅土鎳礦進行氯化焙燒處理，發掘鎳浸出率可高達，鐵的氯化大約可以降到，這是一種重大突破，能為今后濕法冶金提供更多選擇與可能。氯化法浸出能夠處理各種品位的紅土鎳礦，尤其是品位低的紅土鎳礦，以大幅度提高鎳礦提取效果。但當前這一工藝尚處于研究階段，由于氯化法浸出對于設備具有極為嚴格的要求，國家應該針對這方面加大人才培養與研究，而研制設備則是當前需要解決的問題。

3 紅土鎳礦濕法冶金工藝前景

全球硫化鎳礦資源在不斷減少，同時今后對鎳的需求量也將持續提升。紅土鎳礦作為金屬鎳的重要來源，其成本低、開發利用效率高是鎳處理工藝的主要發展方向。品位佳的紅土鎳礦因為大規模開發利用而銳減，鎳質量分數低于，且品位不佳的紅土鎳礦也需要通過濕法冶金工藝處理獲得充分利用。由于環境保護要求越發嚴格，紅土鎳礦冶金工藝也需要達到超低排放和節能要求。對紅土鎳采取礦濕法冶金工藝，在生產當中，會形成廢渣與廢水等廢棄物，必定會影響到環境。因此需要對廢棄物加以資源化利用，從而實現清潔生產，這將是紅土鎳礦冶金工藝今后的改進方向。還原焙燒-氨浸工藝當中的鎳與鈷浸出率比較低，并對紅土鎳礦原料有嚴格要求，當前只有幾家工廠中采用這種工藝，并且工廠也是二十世紀七十年代之前建造的，近幾十年創建的工廠較少用到此工藝，因此這種工藝難以成為紅土鎳礦濕法冶金主流工藝。

加壓酸浸工藝能夠做到綜合回收鎳與鈷，同時回收率都高達，如果把鈷的價值包括在其中，就可以大幅度減少此項工藝的成本支出。然而此項工藝對于設備有嚴格要求，設備購買支出較大，而且由于大型壓力釜制造技術不斷先進，工藝設備技術越發進步，加壓酸浸工藝的優越性將越發顯著。尤其是紅土鎳礦的鈷含量較高，采取這一工藝進行冶金有著更高的經濟價值優勢。所以，應對加壓酸浸工藝加強優化和完善，這將是今后紅土鎳礦濕法冶金工藝的主要發展方向。

常壓酸浸工藝相對比加壓酸浸工藝，其更加容易操作，投資成本也低，工藝相對簡單，然而元素浸出率比較低，浸出液分離相對難，此工藝的工業化應用受到局限。紅土鎳礦采取常壓酸浸工藝之后，產生的硫鎳或者氫氧化鎳這種中間產品，可以提供到鎳精煉廠當做生產原料，經營方式的改變有著積極的借鑒價值。

4 結語

總之，由于鎳在航空、電子以及石油化工等多個領域都具有重要作用，因此國內對其需求量正隨著社會的發展而增長。正因如此，鎳資源也不斷減少，提取要求也大幅提高，紅土鎳礦是今后提取鎳的主要來源。紅土鎳礦當中的鎳品味較低，提取相對難，因此需要有更高效的冶金方法。濕法冶金工藝也將會是今后紅土鎳礦提取鎳的主要方式，然而這種工藝還存在較多不足之處，因此需要研究者針對這些不足加強研究，盡早讓濕法冶金工藝獲得更好的應用。