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1、红土矿的过去与未来Dr. Ashok D. Dalvi; Dr. W. Gordon Bacon; Mr. Robert C. OsborneInco Limited, 2060 Flavelle Boulevard, Sheridan Park, Mississauga,Ontario, L5K 1Z9 Canada0 摘 要 从红土矿中提取镍产品出现在100年前的新喀里多尼亚的硅镁镍矿提取工艺过程，然而，直到现在世界镍供给资源还是以硫化矿为主。今后，硫化矿在镍金属生产中将逐渐降低变为辅助性原料，未来十年来自于红土矿的镍资源将带来很大的扩张。由此新的红土矿投资和运营成本方案将给镍的供应和价格
2、带来很大的冲击。 作者查看了近年来的各种红土矿计划和正在设计中的方案里的投资和运营成本，评估了一些计划的风险。本文将论述红土矿方案的近代历史以及未来发展中产生的影响。1 引 言 红土矿是人类发现最早的镍资源，新喀里多尼亚的红土矿富矿开始开采于十九世纪，为了生产白色金属（白合金）。自从二十世纪初在Sudbury发现硫化矿床后，焦点转移到了硫化矿上，硫化矿作为镍主要资源的支配地位直到现在也没有受到挑战。世界上70%的镍包含于红土矿中，大约40%的镍产品是从红土矿中生产的（见图1）。镍产品自从1950年以来持续增加，从1950年到2003年总计提高约八倍，即从1950年的140kt/年提高到2003
3、年的1200kt/年。在1950年，红土矿中提取的镍仅占其加工产品的一小部分（约10%），而到了2003年就已经提高到了42%，也就是510kt的镍金属。预计到2012年，从红土矿中提取的镍金属将达到51%。镍供应量的成长所导致的经济周期已经演变为一种世界现象。然而在全部镍生产中的比重以大约每年4%的速度增长，这要比全球GDP的平均增长要高。图1 世界镍资源基本储量和初级镍产品（资源分布按照镍含量区分）世界镍资源分布 初级镍产品分布项 目资源分布（Mt）含镍%镍总量（Mt）总 计%硫化矿105000.586227.8红土矿126001.2816172.2总 计231000.97223100图2
4、 19502003年期间镍产品发展，kt/yr2 镍红土矿的地质、矿物和资源 一般含镍红土矿的相关描述由Golightly和Alcock的著作提供，另一些资料来自于Burger。专门矿床的地质学和矿物学论述是引用AIME 1979会议和其它的一些讨论会和研究会。 热带风化（红土化）是一个漫长的机械和化学时效过程，在这期间，矿物的形式在土层中其品级、化学和矿物学成分经历了很大的变化。 镍红土矿出现于现在或过去地球的局部地域中，富含镁铁的岩石经历了漫长的热带风化，从前寒武纪到第三期等多种地质变化形成了含有铁、镁的矿物（橄榄石、辉石和角闪石）。富含铁镁的岩石主要构成为纯橄榄石（实质上是单一的橄榄石）
5、、橄榄石（由橄榄石、辉石和角闪石构成）、辉石（斜方辉石或斜辉石）、角闪石岩（单一的角闪石）和蛇纹石（单一蛇纹石2H4Mg3Si2O9）。蛇纹石是橄榄石在有水存在的环境中于200500条件下，受到热液侵蚀后生成的最为普遍的矿物。蛇纹石化过程的发生没有产生有效的体积变化，由此氧化镁和较少的氧化硅等矿物大批量地移动。在这个过程中，一部分镍在溶液中流动并有部分残留在蛇纹石中，或者和磁铁矿在化和作用下在蛇纹石化的过程中生成部分副产品。从风化剖面特性的角度看，蛇纹石的大量出现或者存在欠缺具有深刻的影响，后者可以通过剥离低等级卵石的方式提升镍含量等级，然而与这一行为同时发生的是矿物的化学性质和总量的变化。
6、富含镁铁（超铁镁）的岩石化学性质和矿物学性质发生演变的地质时代是地壳增厚时期，逐渐覆盖混合并通过海底大陆的漫延移动，最终大洋底部的物质传送并抑制于大陆的边缘。区域性结构形式的变化或者蛇纹石化以及其它变质作用的痕迹，这些都是较早时期的典型状态，随后被逐渐冲淡了富含铁镁的地带。后期的超铁镁矿物从大洋底部被冲击到大陆边缘时，形成区域较大、层面较厚同时向原有蛇纹石化的物质内部延伸并调整了内部结构，没有产生其它的变质痕迹。这些物质内部有害的杂质元素是Cu、Pb、Zn，与近代生成的起源于蛇绿岩的矿物相比较，这些有害杂质在较早时期形成的矿物内部含量较高。源自于不同岩床的矿物，由于自身的结构、化学以及矿物学上
7、的性质变化等原因，导致产生了性质多变、独特的红土矿风化结构。图3 世界镍红土矿资源分布地 区储 量(Mt)品 味Ni %镍金属量（Mt）所占比例%澳大利亚24520.862113.1非 洲9961.31138.1美 洲11311.511710.6加勒比地区9441.17116.9印度尼西亚15761.612515.7菲律宾21891.282817.4新喀里多尼亚25591.443722.9亚洲和欧洲5061.0453.3其它地区2691.1832.0总 计126211.28161100 较早时期经历了红土化，已经产生较高变形的超铁镁矿物在巴西和澳大利亚的前寒武纪岩层中被发现。部分高剪切形式的阿
8、尔卑斯型侵入岩体具有形成红土矿的条件，该种地形地貌分布于危地马拉、哥伦比亚、欧洲中部、印度以及缅甸地区。大型的蛇绿岩逆冲板块于地质第三期到中生代期间，由岛屿和大陆的部分区域碰撞后于高原地带、山顶和大陆架脊部经历了红土化阶段，最终形成红土矿结构，这样的地带分布于新喀里多尼亚、印度尼西亚、古巴和菲律宾等地。红土化非常活跃的地质阶段是在第三期中期到第四期的中期，热带地区的自然时效活动持续不断地进行到现在，但是由于人类的活动使这一自然时效活动的速度及规模不断地下降。应该通过一些必要的手段保护没有森林覆盖的热带土壤，使其从侵蚀、盘剥以及其它的文化活动中得以留存。 红土矿赋存的最普遍的地形地貌是在热带潮湿
9、环境中的山脊、大陆架顶部和高原地带。从经济角度看，镍红土矿是一种稀少的资源，它是由超铁镁矿物在热带雨林气候条件下，形成于较为陡峭的山峦侧面或者是冲积平原中。然而，在澳大利亚的前寒武纪岩石由于深度侵蚀作用产生了辽阔的半沙漠化平原以及地势起伏的丘陵，这种阶段形成了以蒙脱石粘土（绿脱石）为主的独特的红土矿矿化层。澳大利亚的这些矿物也就是所谓的干燥红土，水循环受到限制或者间歇性地冲刷，使红土化土壤中的二氧化硅不能完全得到冲洗。这些富含氧化硅的矿物在一些实际操作中可以通过机械装置选择性地去除二氧化硅，使矿物中的镍含量得到提升。迄今为止，澳大利亚还没有因为处理低等级矿物而达到盈利的项目。 镍红土矿多元系列
10、简图已经在文献上广泛发表，图4就说明了西澳大利亚干燥型和热带潮湿型红土矿的系列剖面。顶部覆盖着铁砾岩或沉积物等两者中的任一矿物，其后由褐铁矿或以针铁矿和少量长英矿物以及岩石碎块为主的含铁料层组成，下方是褐铁矿过渡区域（或者说是含有蒙脱石的干燥红土矿）和由基底岩石腐泥土混合物过渡到风化岩床，两者之间界限通常比较明显，但各自料层的厚度变化很大，从基岩顺延风化剖面于存在的地层缺陷位置向上延伸。图4 干燥型和潮湿的红土矿剖面图说明：Dryer Climate(Western Australia) 干燥地区（西澳大利亚） Humid Climate(Indonesia) 潮湿地区（印度尼西亚） 图中从左
11、至右分布为三组剖面，各个剖面矿物所含元素组分如下：名 称元 素 含 量，%NiCoMgFe剖面Ferricrete（铁砾岩）0.20.50.020.635Limonite（褐铁矿）0.61.40.10.21245Nontronite（绿脱石）1.20.083.518Saprolite（腐泥土）0.40.02129名 称元 素 含 量，%NiCoMgFe剖面Ferricrete（铁砾岩）0.20.50.020.635Limonite（褐铁矿）1.21.70.10.21245Nontronite（绿脱石）Saprolite（腐泥土）1.530.050.110201025名 称元 素 含 量，%Ni
12、CoMgFe剖面Ferricrete（铁砾岩）0.20.50.020.635Limonite（褐铁矿）1.2170.10.21445Nontronite（绿脱石）Saprolite（腐泥土）1.530.050.110301020 从一些项目中可以看出，镍红土矿的品味下限或者如腐泥土具有一定的价值从而可以回收等因素十分敏感。在大部分的案例中，褐铁矿部分不具有开采价值，图5说明了不具有等级价值的腐泥土中品味下限增加后的情况梗概。相反，红土资源的扩张指数根据其品味下限呈下降趋势。图5 蛇纹石腐泥土矿物留存的镍品味下限 全球镍红土矿资源的变化评价，如澳大利亚的镍资源的品味下限限制在0.5%。因此全球镍
13、资源从考查到整理评价直至进入工业化这个中期阶段内，其价格是不稳定的，这在评定、申报以及保留资源等方面带来了一定风险，因为从研究到实施阶段延迟的时间通常在八到十年。 资源部分的表述在本文当中包括现存实例的测量、标示、推断资源种类等一些过程。这些数据来源于不同的公共资源，从不同的资源当中用心选择适合的资源有利于反映出当前不同矿床的认识状态。从镍提取过程的不同工艺使用角度对全球镍红土矿的资源评价说明如下：项 目资源（Mt）镍含量，%镍含量(Mt)分配比例，%火法冶炼40001.556239湿法冶金86001.159961总 计126001.28161100 由此可见，适用于湿法冶金过程(褐铁矿、绿脱
14、石、蒙脱石)的大约是适用于火法冶金过程（腐泥土、暗镍蛇纹石）红土矿的两倍。图6 世界镍资源分布及存留状态 图6说明了主要的具有开发价值的褐铁矿床（高铁，主要适合湿法冶金过程，图中的绿色部分）和腐泥土或硅镁镍矿（主要适合火法冶金过程，图中的红色部分）等近乎全部的红土矿床。一项较为经济的方案是每年镍的开采提取下线是40kt，保有储量为800kt镍，其矿山开采年限20年。在压力酸浸工艺过程中，供料当中具有经济价值的镍含量是1.3%，同样，冶炼过程中最低的镍含量水平是1.7%或者2.1%，这些在图6当中已经说明。 各种矿物类型中的不同镍含量如下： 褐铁矿、钴铁矿：11.7%镍含量，钴含量为0.10.2%，适合压力酸浸或者Caron工艺； 绿脱石：15%的镍含量，钴含量0.05，适用于压力酸浸或者冶炼； 蛇纹石：镍含量1.510%，钴含量0.050.1%，比较典型的化合组分是12%的镍含量，0.050.07%的钴含量，适合用于火法冶金过程，用来
