镍红土矿的处理

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1、国内外红土镍矿处理技术及进展 摘 要：综述了国内外红土镍矿的处理现状。指出红土镍矿的开发要综合考虑矿石镍、钴含量和矿石类型的差异，以及当地燃料、水、电和化学试剂等的供应状况。现阶段回转窑干燥预还原?电炉还原熔炼工艺在红土镍矿的开发中仍占主导地位，加压酸浸法随着大型压力釜制造技术的成熟也越来越受到重视和应用。我国在红土镍矿的工程化方面很欠缺，元江贫红土镍矿的开发必须综合考虑镁的产品结构和经济利用，元石山镍矿的开发必须考虑铁的综合利用。20 世纪 80 年代以来，中国经济取得了高速的发展， 有色金属消费需求旺盛， 19932003 年的 10 年间，中国精镍的消费量年平均增长率高达 12%。 20

2、03 年国内矿山生产镍约 6 万 t，消费量约 12.3 万 t，供需缺口约 6.3 万 t；2004 年国内精炼镍产量近 8万 t，消费量达到 14.6 万 t；2005 年中国的镍消费量为 18.9 万 t，年同比增长20.55%；2006 年镍消费量达 25.5 万 t，成为近年来全球镍消费增长最快的国家，消费量连续 3 年世界第一。但我国镍市场受国内资源状况的制约，国内自产镍的生产却没有大的改观，镍资源自给率不断下降，已由 2002 年的 62%下降到 2006 年的 51%。消费的高速增长与生产的艰难发展日益加剧着我国镍的供需矛盾。 镍的资源类型通常分为硫化镍矿和氧化镍矿二类。从世界

3、范围看，目前约有 70%的镍是从硫化镍矿 中提取的，但赋存在氧化矿床中的镍却占镍储量的 65%70%，这是一个很大的矛盾。随着硫化镍资源和高品位红土镍矿资源的逐渐减少，大量存在的品位在 1%左右的红土镍矿的经济开发日益为人们所关注。 氧化镍矿是含镍橄榄石经长期风化淋滤变质而形成的矿物，由于矿床风化后铁的氧化，矿石呈红色，因而通称为红土矿(Laterite)。根据矿石中铁和镁含量的不同，含镍红土矿可以简单地分为褐铁矿类型和残积矿类型。一般残积矿类型氧化镍矿含镁较高，而褐铁矿类型镍红土矿含铁较高而含镁较低。 1 现有红土镍矿处理技术概况 在红土镍矿处理方面， 比较成熟的冶炼方法包括：回转窑干燥预还

4、原?电炉熔炼法(RKEF)、 烧结?鼓风炉硫化熔炼法、烧结?高炉还原熔炼法、还原焙烧?氨浸法和高压酸浸法。此外，堆浸法、羟基法、氯化水浸法、氯化挥发法、氯化离析法等也有小规模的生产或进行过试验研究1?8。上述处理方法均有各自的适应性，需要根据矿石镍、钴含量和矿石类型的差异，以及当地燃料、水、电和化学试剂的供应状况等的不同，选用适宜的冶炼工艺。从总体上说，氧化镍矿的处理主要分为火法冶金和湿法冶金两种。 1.1 火法冶金 火法冶金主要处理含镍 1.5%3%、Fe10%40%、MgO5%35%、 Cr2O31%2%的含镍品位较高的变质橄榄岩。冶炼工艺主要包括回转窑干燥预还原?电炉熔炼法(RKEF)、

5、烧结?鼓风炉硫化熔炼法、烧结?高炉还原熔炼法等，产品主要为镍铁合金和镍锍产品，镍铁合金主要供生产不锈钢，镍锍则须经转炉进一步吹炼生产高冰镍产品。日本大江山冶炼厂则采用回转窑高温还原焙烧产出粒铁，经磁选、跳汰富集产出含镍大于 20%的镍铁合金供生产不锈钢，并被公认为是目前最为经济的处理红土镍矿的方法。 1.1.1 回转窑干燥预还原?电炉还原熔炼法1?2回转窑干燥预还原?电炉还原熔炼是处理红土镍矿的经典工艺。含水约 30%的红土镍矿经回转窑在 800 干燥脱水和预还原处理后，再送入矿热电炉，在约 1 5501 600 的高温下还原熔炼产出含镍 15%的镍铁，再经转炉进一步精炼富集至 25%以上出售

6、，供生产不锈钢。具有工艺适应性强、流程简短、镍回收率高等特点。国外已有多个生产厂家采用该工艺，所使用的矿热电炉功率最大为 85 000 kVA。中国有色矿业集团有限公司拟在缅甸投资建设的达贡山镍冶炼厂也采用该冶炼工艺， 设计年生产规模 3 万 t 镍，设计的矿热电炉功率为 80 000 kVA。 回转窑干燥预还原?电炉还原熔炼法的致命缺点是无法回收镍矿中的钴，对钴含量较高的氧化镍矿并不适用。由于工艺能耗高，从经济角度上考虑，适宜于处理镍含量大于 2%、钴含量小于 0.05%的矿石，且要求当地要有充沛的电力或燃料供应。国外采用回转窑干燥预还原?电炉熔炼法的有关生产厂家及基本情况见表 1。 1.1

7、.2 烧结?鼓风炉硫化熔炼法 鼓风炉硫化熔炼也是经典工艺，在前苏联和北欧使用较多， 如列日镍厂(2 台 11.7 m2 鼓风炉、 一台 20 m2 鼓风炉，年产 6 000 t 金属量的低冰镍)、乌法列伊镍公司(6 台20 m2 鼓风炉处理含镍 0.76%的氧化镍矿 200 万 t)、奥尔斯克镍厂等。红土镍矿在配入适量的 CaO 和 SiO2 后，在约 1 100 下烧结成块(或挤压成团、自然晾干)，再配入 20%左右的黄铁矿和约 20%30%的焦炭，在鼓风炉内约 1 350 的温度下熔炼，产出含镍 8%15%的低冰镍产品。镍回收率通常可以达到 85%以上，并可以回收钴。由于镍回收率低，适用于

8、处理含镍大于 1%的红土镍矿。 近几年，随着红土镍矿的大量进口，国内也建成了数家采用鼓风炉硫化熔炼生产低冰镍的冶炼厂，但所使用的鼓风炉较小，一般在 2.5 m2 左右，如辽宁朝阳附近建有几十台 2.5 m2 的鼓风炉，由于环保治理措施不到位，管理粗放，污染比较严重。在内蒙古自治区武川县建有一座 6 m2 的鼓风炉，年处理红土镍矿 8 施不到位，管理粗放，污染比较严重。在内蒙古自治区武川县建有一座 6 m2 的鼓风炉，年处理红土镍矿 8 万 t。 广东河源市金宇有色金属有限公司建有一座 8 m2 的鼓风炉，年处理含镍铜的电镀污泥 10 万 t。 和回转窑干燥预还原?电炉还原熔炼工艺相比较，鼓风炉

9、硫化熔炼具有工艺简单、投资低、操作简便、用电量低等优点。如果当地有充沛的硫化铁矿或石膏矿供应，且不考虑铁的回收，鼓风炉硫化熔炼应该是一个经济可行的选择。 鼓风炉硫化熔炼需要预先对氧化镍矿进行干燥或烧结处理，同时需要对鼓风炉产出的低浓度 SO2 烟气进行吸收处理。 1.1.3 烧结?高炉还原熔炼法 烧结?高炉还原熔炼工艺是具有中国特点的我国独创的工艺。随着国家产业政策的调整，大量 500 m3 以下的炼铁高炉被淘汰。 但由于国内不锈钢用镍紧张，红土镍矿大量进口，加之当地政府为了解决就业问题和创造税收，这些被淘汰的高炉又被用于红土镍矿的 处理，生产含镍 3%5%的镍生铁。 从技术层面讲，烧结?高炉

10、还原熔炼工艺存在着高炉体积利用率低、焦炭消耗量大、烧结污染严重、表 1 国外采用回转窑?电炉熔炼法的有关生产厂家及基本情况 Table 1 Nickel smelting and basic status in foreign adopting RKEF process 国别 工厂名称 原料及成分/% 产品 种类 生产能力/(104ta?1)主要技术经济指标 印尼 Pomala Plant 红土矿：Ni2.2、 Co 0.05、Fe 13、MgO 24、SiO2 38、CaO 0.4、Al2O3 1.4 镍铁丸 1.1 Soroako Plant 高镁质硅酸镍矿： Ni 2.3、MgO 24、

11、 SiO2 3540、Fe 20 高冰镍 4.5 焙砂耗油量 75 kg/t， 镍回收率90%，45 000 kVA 电炉 3 台，电炉能耗 560600 kWh/t-矿。 日本 大江山冶炼厂 高镁质硅酸镍矿： Ni+Co 2.5、MgO 2024、 SiO2 45、Fe 1015 镍铁 1.3 回转窑高温还原焙烧产出粒铁， 经磁选、跳汰富集产出镍铁合金, 镍回收率95% 八户冶 炼厂 高镁质硅酸镍矿： Ni+Co 2.5、MgO 24、 SiO240 45、Fe10 15 镍铁 2.6 回转窑干燥还原温度 1 000 ， 铁还原率 60%，60 000 kVA 电炉 1 台，镍铁合金含镍 1

12、3%15%日向冶 炼厂 高镁质硅酸镍矿： Ni+Co 2.5、MgO 24、 SiO2 45、Fe 15 镍铁 1.8回转窑铁还原率 60%，40 000 kVA 电炉 1 台，电炉能耗 440 kWh/t-矿，镍铁合金含镍23% 新喀里多尼亚 多尼安 博厂 高镁质硅酸镍矿： Ni+Co 2.5、MgO 24、 SiO2 3237、Fe 1420 镍铁、高冰镍 8.5 33 000 kVA 电炉 3 台，10 500 kVA 电炉 8 台， 48 000 kVA 矩形炉 1 台，镍回收率 90%93%，电炉能耗 660 kWh/t-矿，燃油 7090 kg/t-矿 马其顿 费尼马克 冶炼厂 红

13、土矿：Ni 0.8、MgO 12、SiO225 30、Fe40 45 镍铁1.5 85 000 kVA 电炉 2 台南斯拉夫 科索沃镍铁厂 红土矿：Ni 1.3、 Co 0.07、MgO 12、 SiO2 4050、Fe 2030 镍铁 1.2 45 000kVA 电炉 2 台， 镍铁合金含镍23% 乌克兰 波布日斯 科镍厂 红土矿：Ni 0.87、 Co 0.06、SiO2 45、Fe 22 镍铁 产出的粗镍铁采用三段精炼法， 干燥无烟煤消耗 100 kg/t-矿， 电炉电耗 790 kWh/t-矿 哥伦比亚 塞罗马托萨厂 红土矿：Ni 2.97、Co 0.06、w(SiO)2/w(MgO)

14、 =2.945、Fe 15 镍铁 3 51 000 kVA 电炉，镍铁合 金含镍 42%47%， 镍回收率88%，生产成本$3.22 kg多米尼加 博纳阿厂 高镁质硅酸镍矿：Ni 1.87、SiO2 35、MgO 25、Fe 17 镍铁 3.3 55 000kVA 矩形电炉 3 台，镍回收率93%，电炉能耗 500 kWh/t-矿，镍铁合金含镍 32%40% 美国 利得冶炼厂 高镁质硅酸镍矿：Ni 1.5、SiO2 50、MgO 30、Fe 12 镍铁 5 500 14 000 kVA 电炉 4 台,镍回收率 90%，电炉能耗 680 kWh/t-矿， 燃油 23 kg/t-矿 镍生铁含磷高、

15、镍回收率低等缺点；同时，由于镍生铁出售时铁、钴均不计价，加之最近海运费用和冶金焦价格飚升，在目前镍价 25 万元左右的状况下，烧结?高炉还原熔炼法已经很难维持。 1.2 湿法冶金 世界范围内大规模工业应用的湿法冶金生产工艺主要有两种：还原焙烧?氨浸法和加压酸浸法。近年来，我国有关单位借鉴低品位铀矿和低品位氧化铜矿的堆浸技术，开展了低品位氧化镍矿的堆浸实践，并取得了一定进展。 1.2.1 还原焙烧?氨浸法1, 8对于含 MgO 大于 10%、 含镍 1%左右且镍赋存状态不太复杂的红土镍矿，通常采用还原焙烧?氨浸工艺处理，其主要优点是试剂可循环使用，消耗量小，能综合回收镍和钴；缺点是浸出率偏低，镍

16、、钴金属回收率分别为 75%85%和 40%60%。而对于含镍蛇纹石类的红土镍矿，如我国的元江镍矿，则不适宜采用还原焙烧?氨浸工艺。采用氨浸法的生产厂有古巴的尼卡罗冶炼厂、印度的苏金达厂、阿尔巴尼亚的爱尔巴桑钢铁联合企业、斯洛伐克的谢列德冶炼厂、菲律宾的诺诺克镍厂、澳大利亚雅布鲁精炼厂及加拿大 INCO 的铜崖铁矿回收厂等。国内，由北京矿冶研究总院设计的青海元石山镍铁矿也采用了还原焙烧?氨浸工艺，正在建设年处理 40 万 t 镍铁矿的冶炼厂，预计将于 2008 年 8 月进行试生产。国内外采用还原焙 烧?氨浸法的有关生产厂家及基本情况如表 2 所示。 1.2.2 加压酸浸法2?3对于含镁小于 10%， 特别是小于 5%的红土镍矿，比较适合采用硫酸加压酸浸(HPAL)的全湿法流程。红土镍矿在高温