關于紅土鎳礦濕法冶金工藝現狀及前景的思考

曹 林

（新疆新鑫礦業股份有限公司阜康冶煉廠，新疆 昌吉 831500）

伴隨社會經濟的飛速提升，鎳的需求量不斷增加，現如今，大部分鎳產量進一步取自于硫化鎳礦，但是硫化鎳礦資源持續減少，這類供需矛盾日漸凸顯[1]。紅土鎳礦儲量很多，容易開采，是以后鎳的核心來源，實現紅土鎳礦資源的全面開發以及利用擁有關鍵的現實意義。紅土鎳礦主要是由含鎳的巖石經蝕變、浸淋、富集與風化而成,重點是由硅、鋁與鐵等共同構成的礦石。這項工藝涵蓋濕法冶金以及火法冶金，濕法冶金工藝擁有一系列優勢，如金屬回收率高、環境污染小、能耗低等。

1 紅土鎳礦濕法冶金工藝及現狀

1.1 火法工藝以及濕法工藝

火法冶金重點是指在較高的溫度下借助于冶金爐將有價金屬以及精礦里面的很多脈石進行分離的各項作業。其核心原理是，紅地鎳礦包含氧化鐵、氧化鉻、鋁以及氧化鎳等氧化物。氧化鎳首先實現還原，憑借這個原理能夠開展缺碳操作，紅地鎳礦石中基本全部的氧化鎳都能夠還原成金屬，進而實現鎳富集的終極目的[2]。濕冶金是有機溶劑萃取、雜質分離以及化學處理、金屬與化合物進一步提取到酸性溶液中的過程。濕冶金很早就已經產生，且現實運用時間很長，至今為止也不是十分成熟。如今大部分研究者都對這種方法進行重點研究，希望可以研究出更好的濕法冶金手段。

1.2 加壓酸浸工藝

這項工藝的具體流程是：對紅土鎳礦進行破碎，然后磨細制漿；在高溫以及高壓環境中，采取稀硫酸把紅土鎳礦里面的鐵、鈷、鋁、硅、鎳等不斷浸出；經過調整溶液的酸堿值等對反應條件進行控制，推進硅、鋁以及鐵等元素進一步產生水解反應，然后通過沉淀的方式不斷析出，最后進入渣里，鎳以及鈷選擇性地進入浸出液；浸出液采取硫化氫實現還原以及中和處理，浸出液里面的鎳與鈷進一步生成鎳與鈷的硫化物，并且采取沉淀的方式不斷析出；通過以前的工序，鎳與鈷的硫化物就能夠生產出終極產品[3]。

加壓酸浸工藝的主要優點就是鎳與鈷的回收率都超過90%。一般來說，這項工藝能夠處理紅土鎳礦，在MgO含量不高的褐鐵礦型紅土鎳礦中很適用。當礦石里鎳與鈷的含量不變的時候，MgO含量對稀硫酸的消耗量產生了極大的影響，從而對這項工藝的生產成本產生了影響。紅土鎳礦的礦物構成影響了這項工藝的金屬回收率，這項工藝比較適合處理以針鐵礦為核心的礦石。在加壓酸浸的整個過程中，溶液里面的硅、鋁與鎂等容易出現沉降，對管道進行堵塞，需第一時間開展清理，對生產效率產生了直接影響。高壓酸性環境對設備的要求很嚴格，同時生產過程中設備以及管道等存在嚴重的腐蝕現象。

1.3 還原焙燒-氨浸工藝

這項工藝的核心原理是把鈷、鎳以及一些鐵不斷還原為合金，其中褐鐵礦里面的很多鐵在還原以及焙燒過程中轉變成磁鐵礦，蛇紋巖里面的鐵幾乎不被還原。通過若干級逆流氨浸，金屬鈷、鎳與氨共同構成絡合物鈷氨、鎳氨，鐵氨產生后水解沉淀成氫氧化鐵，選擇性浸出了鎳與鈷。浸出液通過干燥、蒸氨、煅燒以及凈化對氧化鎳產品進行制備。氨浸法的主要優勢是碳酸銨溶劑腐蝕性很小以及易回收利用[4]。同時，在這項工藝的開展過程中，礦石里面的鎂不被還原以及浸出，比較適用于Mg含量很高的紅土鎳礦的處理。可這項工藝的能量耗損很高，鎳與鈷的回收率不高。至今為止，全球只有幾家工廠采取這項工藝對鎳紅土礦進行處理。具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 還原-焙燒氨浸工藝流程圖

2 濕法工藝存在的問題以及新興工藝

2.1 濕法工藝的難題

高壓釜結垢的產生、氧化程度以及礦物因素等問題是高壓酸浸效率的核心影響因素，有效處理這些問題，才可以使高壓酸浸盡早投入使用。還原焙燒是將鐵不斷還原成Fe3O4，如此便于使用磁選進一步除去鐵，在氨浸過程中應該先對FeO進行溶解，因為存在這種問題，所以氨浸法基本用來處理表層的紅土鎳礦，就不適用于處理銅與鈷含量比較高的紅土鎳礦，這極大地阻礙了氨浸法的大范圍應用[5]。要想解決堿浸法的相關問題，就需要控制好固液比以及溫度等。假如可以及時解決這些問題，則濕法冶金將會盡早投入使用，如此能夠更好地提升鎳的生產效率，推動社會的迅猛發展。

2.2 直接焙燒

直接焙燒一般包含直接焙燒、加堿性物質實施焙燒兩種方式。加堿性物質實施焙燒主要是指將堿性物質加入到紅土鎳礦中實施焙燒，處理之后的礦物結構會出現變化。這種焙燒方式能夠使鎳的浸出率獲得提升。加堿后浸出工藝對設備的要求不高，設備開支不高，設備使用壽命也會進一步延長，同時能夠浸出其他金屬，可以實現其他金屬的有效利用。直接焙燒主要是指對紅土鎳礦直接開展高溫焙燒，進而實現礦物的改性。試驗明確表明，紅土鎳礦經過300℃高溫焙燒后浸出，鎳的浸出率能夠達到93%，不過溫度大于300℃的時候，就會影響浸出率。

2.3 微波應用工藝

對于物質的加熱，微波擁有一定的選擇性，因此在紅土鎳礦的浸出過程中能夠采取微波實施加熱，同時還不會對其他物質進行加熱[6]。微波在加熱過程中既具有一定的選擇性，也能夠對礦石里面的水分進行去除，如此能夠減少工作量。部分研究人員將微波以及酸浸配合使用，能夠使鎳的產率獲得充分提高，同時由于微波能夠提升酸浸的便利性，于是減少了成本。

2.4 氯化法工藝

氯化法浸出主要是指把氯化劑和紅土鎳礦進行混合，然后投進反應釜中再加水，在一定的條件下開展反應，使紅土鎳礦里面的金屬進一步轉化成氯化物，接著再提取出金屬的冶金手段。部分研究人員經過對紅土鎳礦進行氯化焙燒處理，進一步發現鎳的浸出率可以達到大約92%，而鐵的氯化能夠降低到大約2%，這是一項有實際意義的突破，為未來濕法冶金提供了越來越多的選擇以及可能，氯化法浸出能夠對任何品位的紅土鎳礦進行處理，尤其是將這一方法運用到低品位的紅土鎳礦中，可以充分提升效率。

3 紅土鎳礦濕法冶金工藝的前景

伴隨未來鎳需求量的日益上升，紅土鎳礦是鎳的核心來源，紅土鎳礦的有效開發以及利用、低成本是鎳工業的核心發展方向。優質的紅土鎳礦被提前開發以及利用而持續減少，濕法冶金工藝更加適用于處理低品位的紅土鎳礦。伴隨環保要求的日益嚴格，紅土鎳礦的相關處理工藝應該更好地滿足低排放與節能的要求[7]。在對紅土鎳礦進行濕法冶金處理時，伴隨著廢渣以及廢水等廢棄物的進一步排放，一定會極大地影響環境。紅土鎳礦濕法冶金的重要發展趨勢是有效利用廢棄物，更好地實現清潔生產。

還原焙燒-氨浸工藝中鎳以及鈷的浸出率不高，并且對紅土鎳礦的原料要求很高，現如今只運用于幾家工廠的工業生產中，且這些廠家都是1970年代前所建設，近幾十多年的工廠較少采取這種工藝，此工藝不能變成濕法冶金工藝進一步處理紅土鎳礦的主流工藝。

加壓酸浸工藝能夠全面回收鎳與鈷，且鎳與鈷的回收率都能夠高達90%，如果把鈷的價值計算在內，有望充分減少這項工藝的生產成本。然而此工藝對設備的要求很高，投資成本很大，隨著壓力釜制造技術日益成熟，工藝裝備水平逐漸提升，此工藝的優點會愈發突出。尤其是對鈷含量較高的紅土鎳礦進行加壓酸浸工藝處理，其經濟價值的核心優勢更顯著。于是，加壓酸浸工藝的持續優化是濕法處理紅土鎳礦的核心發展方向[8]。

相比于加壓酸浸工藝，常壓酸浸工藝操作簡單，容易控制，投資成本不高，然而元素的浸出率不高，浸出液難以分離，阻礙了這項工藝的工業化運用[9]。常壓酸浸工藝進一步處理紅土鎳礦之后形成的氫氧化鎳或者硫鎳，能夠作為鎳精煉廠的生產原料，這類經營方式的創新擁有一定的參考價值。

4 結語

總而言之，金屬鎳對一個國家的生產以及發展很關鍵，在石化、交通、航天、能源以及國防等行業擁有關鍵作用，是這些行業的核心原料，用于生產高溫合金、不銹鋼、磁性織物以及電磁屏蔽材料。紅地鎳礦屬于氧化鎳礦，世界大多數鎳礦都儲存在紅土鎳礦中，然而品位不高，熔煉效率較低，可濕法回收率很高，于是紅土鎳礦的開發以及利用技術也經過火法冶煉，進一步轉變成濕法浸出金屬。