中国硫化镍矿和红土镍矿资源现状及利用技术研究.pdf

中国硫化镍矿和红土镍矿资源现状 及利用技术研究 舀刘明宝，印万忠 东北大学，沈阳1 1 0 8 1 9 摘要详细论述我国镍矿资源的分布及储量，并对硫化镍矿和红土镍矿的矿石特性和利用技术进 行深入的研究，有针对性地提出处理不同矿石性质的硫化镍矿和红土镍矿的工艺流程，指出我国 在目前的镍资源形式下进行镍矿利用技术研究的重要意义。 关键词镍矿；硫化镍；红土镍矿 中图分类号T D 9 5 4 ；T D 9 2 3 文献标识码A文章编号2 0 9 5 1 7 4 4 2 0 1 1 0 3 0 0 2 5 0 4 基金资助国际合作重大项目 2 0 1 0 D F R 7 0 0 6 0 镍是一种近似银白色的金属，有铁磁性和延展性，能 导电和导热，主要用来制造小锈钢和其它抗腐蚀合金，也 作为加氢催化剂和用于陶瓷制品、特种化学器皿等，是国 家国防工业和航空工业不可或缺的战略物资。 世界上已知的镍矿床有铜镍硫化矿、红土矿、风化壳 硅酸镍矿床三种类型，其中红土矿和硅酸镍矿床占目前世界 镍总储量的四分之三。但从硫化矿石中提取的镍，约占目 前镍总产量的三分之二，尽管从氧化矿中提取镍显得愈来 愈重要，但由于镍在这些矿石中以不定成分的含水硅酸盐 3 M g O 2 S i O ，2 H ，0 的复合物，主要是含水镍镁硅酸盐状 态存在，也有以浸染或覆盖子硅酸盐上的氧化物和氢氧化物 存在。由于氧化镍矿物不是以单独的颗粒存在，因此到目前 为止，有关氧化镍的直接选矿问题尚未解决。而从硫化矿中 提取镍可以采用简单经济的机械选矿方法来解决，所以，在 今后若干年内，硫化镍矿石仍将是镍的重要来源。 我国镍矿资源主要分布于1 9 个省 区 ，7 0 ％的镍矿 资源集中在甘肃，其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陕 西和青海和湖北7 个省 区 。这7 个省 区 的镍资源 合计保有储量占全国镍资源总储量的2 7 ％。其余镍资源分 布在江西、福建、广西、湖南、内蒙古、黑龙江、浙江、河 北、海南、贵州、山东1 1 个省 区 ，这些地区的镍资源 合计保有储量占总储量的3 ％左右。我国镍资源分布以及 品位如表l 所示【I l 。 表l我国镍资源分布以及品位 ‘ 矿山 甘肃金川 新疆喀拉通克 吉林磐石 云南金平 四川会理 青海化隆 云南元江 陕两煎茶岭 四川胜利沟 其它 镍储量／万t 5 4 8 ．6 6 0 2 4 5 ．3 2 ．7 5 1 ．5 4 5 2 ．6 2 8 ．3 4 ．9 3 7 2 ．0 8 平均品位／％ 1 ．0 6 3 ．2 1 ．3 1 ．1 7 1 ．1 1 3 ．9 9 O ．8 O ．5 5 O ．5 3 经过多年的开采，目前我国镍矿储量呈明显下降的趋 势，近年来，随着我国国民经济尤其是钢铁工业的迅猛发 展，镍资源的自给率逐渐下降，供需缺口持续扩大，因此，对 我国镍矿资源开展更深入的矿石特性以及综合利用技术研 究势在必行∞】。 1 硫化镍矿矿石特性及选别工艺 1 ．1 阶段磨矿一阶段选别一中矿再磨再选流程 甘肃金川镍矿二矿区矿石矿物种类较多，矿物组成较 有色金属工程2 0 1 1 年第3 期2 5 万方数据 复杂。常见的金属矿物主要有镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜 矿、紫硫镍矿、方黄铜矿、墨铜矿、四方硫铁矿、磁铁矿、铬 尖晶彳i 等；另外还有少量的钛铁矿、赤铁矿、白铁矿、碲 铋矿、碲铋镍矿、碲铅矿、碲铋钯矿、自然金、银金矿、碲 银矿、砷铂矿等，脉石矿物主要有蛇纹石、橄榄石、辉石、透 闪石、碳酸盐、滑石、绿泥行、云母等。矿石含镍甲均为 1 ．2 9 ％，矿石的矿物组成和相对含量见表2 所示，矿石中 镍矿物物相分析结果如表3 所示，该矿石处理工艺流程如 图1 所示，经该工艺处理以后，町以获得精矿平均品位8 ．8 ％ 以上、镍金属回收率8 4 ．5 ％以上的良好指标。 表2 矿石的矿物组成和相对含量 胍 会属矿物 脉石矿物 矿物含量矿物含量矿物含量 镍黄铁矿 3 ．8 5 银金矿微橄榄石 1 8 ．7 3 紫硫镍矿少量金银矿微蛇纹石 ’4 6 ．4 5 磁黄铁矿 l O ．7 3 自然金微透闪石 3 ．4 4 四方硫铁矿。0 ．2 5碲银矿微辉石 1 ．2 9 黄铜矿1 ．8 2叶碲铋矿微碳酸盐 1 ．7 6 方黄铜矿少量碲铋镍矿微滑石0 ．8 8 墨铜矿0 ．9 5碲铋钯矿微绿泥石 铜镍铁矿0 ．1 5 罐器鬻 微云母 1 ‘8 7 羟镁硫铁矿少量碲铅矿微 磁铁矿 6 ．6 1 砷铂矿微 钛铁矿少量赤铁矿0 ．1 4 蓄簇3 0 ．7 3 铬尖晶石0 ．3 5 表3 矿石中镍主要物相分析结果 慌 相别硫化镍中镍氧化镍中镍硅酸盐中镍全镍 含量 1 ．3 00 ．1 7O ．0 61 ．2 9 占有率 9 6 ．0 82 0 ．o o7 ．0 6 1 0 0 ．0 1 ．2 阶段磨矿一阶段选别一中矿返回再选 对金川镍矿三矿区矿石进行镜下分析、x 射线衍射及 扫描电镜分析，研究表明，矿石的组成矿物种类较为复杂，常 见金属矿物包括紫硫镍矿、镍黄铁矿、黄铜矿、墨铜矿、黄 铁矿、磁铁矿和铬铁矿，偶见假象赤铁矿、闪锌矿和磁黄 铁矿零星分布；脉石矿物以蛇纹石和绿泥石居多，其次是 透闪石、滑石、铁白云石、黑云母和石英，其它微量矿物 主要为钛铁矿。矿石平均含镍为0 ．5 1 ％，矿石中主要矿物 含量如表4 所示，矿石中镍的化学物相分析结果如表5 所 示，工艺流程如图2 所示。经过该工艺处理以后，可获得 精矿品位大于6 ％、镍金属回收率8 3 ％的良好指标。 表4 矿石中主要矿物含量慌 矿物；| | | 摹簇季键扩焉璧骥莽擎铲 含量1 ．00 ．10 ．61 ．2微量7 ．90 ．8 矿物蛇纹石冬季霉字石英’建嬖鲁 其它 含量 5 8 ．11 7 ．93 ．00 ．44 ．63 ．90 ．5 一一●⋯一⋯ ⋯⋯’’一’⋯⋯⋯⋯⋯⋯’⋯一⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯一 。⋯⋯。’⋯。 精矿糟矿尾矿 图l阶段磨矿一阶段选别一中矿再磨再选工艺流程 表5 矿石中镍的化学物相分析结果 慌 相别硫化镍中镍硫酸镍中镍硅酸盐中镍全镍 含量0 ，3 9 0 0 ．0 5 20 ．0 2 90 ．51 分布率8 2 ．7 6 6 1 1 ．0 6 46 ．1 71 0 0 ．0 1 ．3 阶段选别一扫选精矿再磨再选流程 陕西某镍矿矿石由3 0 多种矿物组成，主要金属矿物为 镍黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿等1 2 种，占矿物总 量的2 5 ．8 ％。主要脉石矿物为绿泥石、云母、伊利石、蛇 纹石、滑石、石英、方解石、白云石、萤，f i 等1 8 种，占矿 物总量的7 4 ．2 ％。矿石多元素分析以及镍物相分析结果见 表6 和表7 所示，工艺流程如图3 所示，经此工艺处理以 后，镍精矿品位可达5 ．5 ％，镍金属回收率在8 1 ％左右， 表6 矿石多元素分析结果脱 元素 N iC oC uS n A g F eZ n 一 含量 0 ．6 3 4O ．0 4 7O ．3 30 ．0 4 7 I C I g ／t 2 1 ．6 00 ．0 2 2 元素舢2 0 3 C a O S i 0 2 P b M g O S 含量4 ．5 4 2 ．2 33 0 ．1 80 ．0 21 9 ．7 27 ．6 0 2 6 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据 图2 阶段磨矿一阶段选别一中矿返回再选工艺流程 表7 矿石镍物相分析结果／％ 相别硫化镍中镍硫酸镍中镍硅酸镍中镍全镍 含量0 ．5 4 0 ．0 60 ．0 30 ．6 3 分布率 8 5 ．6 79 ．4 54 ，8 81 0 0 ．0 精矿尾矿 图3 阶段选别一扫选精矿再磨再选工艺流程 2 红土镍矿处理工艺 氧化物组成的疏松的黏土状矿石。由于铁的氧化，矿石呈 红色，所以称为红土矿。红土镍矿的可采部分一般由3 层 组成褐铁矿层、过渡层和腐殖土层，各矿层红土矿化学 成分及处理工艺如表8 所示。 表8 晋硼层兰L 土田化罕厥分敷处埕上艺，％ 矿层 N ic 。F e c r 2 q M g o 特点’呈警 挲藿0 ．8 - 1 ．s o ．一o ．24 。一s o2 一s o ．5 。衰簇湿法 过渡层1 ．5 ～1 ．8 o ．0 2 棚．12 5 - 4 0l 2 5 ～1 5 茜；美孑 皇藿．s 。o m o ．o t s ，以1 5 - 3 5 篙簇火法L ，iI q Ⅸ 2 ．1 火法冶金技术 火法冶炼工艺更适合处理腐殖土型镍矿，因为腐殖土 型镍矿含有较低的钻和铁，镍钻比一般为4 0 ，最终产品多 为镍铁或冰镍，同时在冶炼过程中不回收金属钴。火法冶 炼工艺需要消耗大量的能源，因为在冶炼过程中，镍矿石 需要被干燥，除去所含潮气和结晶水，同时，干燥后的镍 矿石还需要进一步加温到l4 0 0 ℃形成镍锍。 硅镁镍矿通常采用火法冶金工艺。处理镍红土矿的火 法冶金有两种熔炼方法 1 用鼓风炉或电炉还原熔炼得到镍铁。采用电炉熔炼 可以达到较高的温度，炉内的气氛也比较容易摔制，炉料需 预先经过干燥脱水，干燥和预热一般采用同转窑。在电炉还． 原熔炼的过程中几乎所有的镍和钴的氧化物都被还原成金 属，而铁则不必全部还原成金属铁。铁的还原程度通过还原 剂焦炭的加入量加以调整。得到的镍铁成分为 ％ N i C o 2 5 ～4 5 ，C0 ．0 2 ～0 ．0 6 ，S0 ．0 2 ～0 ．0 5 ，S i0 ．0 2 - 1 ．5 ，P0 ．0 1 - 0 ．0 3 ，F e 5 5 7 5 。 2 硅镁镍矿也可以采用外加硫化剂的方法进行硫化 熔炼得到镍锍，石膏是最常用的硫化剂。造锍熔炼一般在 鼓风炉中进行，也可以用电炉，镍锍的成分可以通过还原 剂 焦粉 和硫化剂 石膏 的加入量加以调整。得到的 低镍锍 通常含N i C o 2 0 ％, - - 3 0 ％ ，再送到转炉中吹炼 成高镍锍。． 镍红土矿两种火法冶金的原则流程见图4 。 2 ．2 湿法冶金技术 褐铁矿类型的镍红土矿和含M g O 比较低的硅镁镍矿 通常采用湿法冶金工艺处理。湿法冶金丰要有两种工艺，一 种是还原焙烧一氨浸工艺 简称为R R A L ，另一种是硫酸 加压酸浸工艺 简称为H P A L 。近年来镍红土矿的湿法冶 金技术有了很大的发展，特别是加压浸出技术和各种组合 的溶剂萃取工艺。 氧化镍矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大 规模的长期风化淋滤变质而成的，是由铁、铝、硅等含水 2 ．2 ．1 还原焙烧一氨浸工艺 有色金属工程2 0 1 1 年第3 期2 7 万方数据 图4 镍红土矿两种火法冶金原则流程 还原焙烧的目的是使硅酸镍和氧化镍最人程度地被 还原成金属，I 司时控制还原的条件，使大部分铁还原成 F e ，0 4 ，只有少部分铁被还原成金属，焙烧矿再用N H ，及 C O ，将金属镍和钻转为镍氨及钴氨络合物进入溶液，金属 铁先生成铁氨络合物进入溶液，然后再氧化成F e ”，水解 生成氢氧化铁沉淀，氢氧化铁沉淀时会造成较大的钴损 失，大部分钻以沉淀物形式除去。原则流程如图5 所示。 2 ．2 ．2 加压酸浸 用稀硫酸将镍、钻等有价金属与铁、铝矿物一起溶解，在 随后的反应中，控制一定的p H 等条件，使铁、铝和硅等 杂质元素水解进入渣中，镍、．钴选择性进入溶液。浸出液 用硫化氢还原中和、沉淀，产出高质量的镍钴硫化物。镍 钴硫化物通过传统的精炼工艺配套产出最终产品。其原则 工艺流程如图6 所示。 3 结语 1 随着困家经济建设的发展，我国镍矿需求缺口持续 扩大，镍资源短缺已经成为不争的事实。因此，对硫化镍 和红土镍矿资源进行更加深入的利用技术研究对保证我国 镍工业可持续发展具有重要的战略意义。 2 硫化铜镍矿床的形成均与基性和超基性岩有关。在 成矿过程中，易发生蚀变，脉石矿物发牛蛇纹石化、滑石化 原生硫化矿与次生矿物交错共存，使矿物组成复杂化。因 此硫化铜镍矿的选别流程一般以阶段磨矿一阶段选别一中 矿再处理方式为主。 3 到目前为止，物理选矿法尚没有处理红土镍矿的合 适工艺，红土镍矿当前的处理工艺以火法和湿法为主。 随着世界镍需求量的增长以及硫化镍资源的短缺，红 土犁镍矿资源的开发将成为未来几年世界镍工业发展的主 要趋势。 原矿 图5 还原焙烧一氨浸工艺流程 原矿 图6 加压酸浸工艺流程 参考文献 【1 】李志茂，朱形，吴家正．镍资源的利用及镍铁产业的发展【J 】．中国有色 冶金，2 0 0 9 1 2 9 3 2 ． 【2 】李建华，程威，肖志海，红土镍矿处理工艺综述- [ J 】．涅法冶金， 2 0 0 4 4 1 9 1 - 1 9 4 ． 【3 】刘大星．从镍红土矿中回收镍、钴技术的进展叨．有色金属 冶炼部分 ， 2 0 0 2 ， 3 6 - l O ． 2 8 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y 万方数据