红土镍矿资源现状及加工工艺综述.pdf

Ｓ ｅ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｎ ｏ ． ４ １ ３ Ｎ ｏ ｖ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ２ ０ １ ０ 金 属 矿 山 Ｍ Ｅ Ｔ Ａ ＬＭ Ｉ Ｎ Ｅ 总 第４ １ ３ 期 ２ ０ １ ０ 年第 １ １期  教育部博士后启动基金项目（ 编号 ２ ０ ０ ９ ０ ４ ６ １ １ ９ ２ ） 。 李艳军（ １ ９ ７ ２ ） ， 男， 沈阳有色金属研究院， 博士后； 东北大学资源 与土木工程学院， 副教授； １ １ ０ ０ ０ ４辽宁省沈阳市和平区东北大学 ２ ６ ５信箱。 红土镍矿资源现状及加工工艺综述 李艳军１ ， ２ 于海臣２ 王德全１ ， ２ 尹文新１ 白元生３ （ １ 沈阳有色金属研究院； ２ 东北大学； ３ 鞍钢集团齐大山铁矿） 摘 要 综合论述了世界红土镍矿的资源概况和利用现状， 分析了我国对镍的需求情况， 对红土镍矿的处理 方法和目前有前景的加工工艺进行了较为详细的阐述和分析。 关键词 红土镍矿 镍铁 镍锍 浸出 Ｔ ｈ ｅＣ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｓ ｔ ａ ｔ ｕ ｓ ｏ ｆ Ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅＮ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ Ｏ ｒ ｅＲ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄｉ ｔ ｓ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇＴ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｌ ｉ Ｙ ａ ｎ ｊ ｕ ｎ １ ， ２ Ｙ ｕＨ ａ ｉ ｃ ｈ ｅ ｎ２ Ｗａ ｎ ｇＤ ｅ ｑ ｕ ａ ｎ１ ， ２ Ｙ ｉ ｎＷｅ ｎ ｘ ｉ ｎ１ Ｂ ａ ｉ Ｙ ｕ ａ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ ｇ３ （ １ ． Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇＲ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈＩ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｎ ｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｕ ｓ Ｍ ｅ ｔ ａ ｌ ｓ ； ２ ．Ｎ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ ｅ ｒ ｎＵ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ； ３ ． Ｑ ｉ ｄ ａ ｓ ｈ ａ ｎＩ ｒ ｏ ｎＭ ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ Ａ ｎ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ｈ ｅｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｌ ｓ ｉ ｔ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｏ ｆ ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ｉ ｎｔ ｈ ｅｗ ｏ ｒ ｌ ｄａ ｎ ｄｕ ｔ ｉ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎｆ ｏ ｒ ｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅｏ ｒ ｅｗ ｅ ｒ ｅｓ ｕ ｍ ｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅｄ ｏ ｍ ｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｄ ｅ ｍ ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｎｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ ｏ ｒ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ．Ａ ｌ ｌ ｋ ｉ ｎ ｄ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄａ ｎ ｄｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｆ ｏ ｒ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ ｏ ｒ ｅ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｄｉ ｎｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ． Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ Ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ ｏ ｒ ｅ ，Ｆ ｅ ｒ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ ，Ｎ ｉ ｃ ｋ ｅ ｌ ｍ ａ ｔ ｔ ｅ ，Ｌ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ 在自然界中， 镍主要以硫化镍矿和氧化镍矿状 态存在。由于元素亲氧及亲硫性的差异， 在熔融岩 浆中， 当有硫元素存在时， 镍能优先形成硫化矿物， 并富集形成硫化物矿床。硫化镍矿如镍黄铁矿、 紫 硫镍铁矿中的镍以游离硫化镍形态存在， 有相当一 部分以类质同象赋存于磁黄铁矿中。部分氧化镍矿 是由硫化镍矿岩体风化浸淋蚀变富集而成， 镍主要 以镍褐铁矿（ 很少结晶或不结晶的氧化铁） 形式存 在。红土镍矿是含镁铁硅酸盐矿物的超基性岩经长 期风化产生的矿石， 在风化过程中镍自上层浸出而 后在下层沉淀， Ｎ ｉ Ｏ取代了相应硅酸盐和氧化铁矿 晶格中的 Ｍ ｇ Ｏ和 Ｆ ｅ Ｏ 。 由于镍具有抗腐蚀、 抗氧化、 耐高温、 强度高、 延 展性好等特点， 因而其用途很广泛， 尤其是在不锈钢 和耐热钢中的应用比例最大。当前在镍的消费中， 钢铁和有色金属冶炼业约占总消费量的 ６ ５ ％ ～ ７ ０ ％； 其次是轻工行业， 包括自行车、 医疗器皿、 生活 用品的电镀， 约占总消费量的 １ ２ ％ ～ １ ５ ％； 再次是 机械制造、 化工、 石油和电力行业， 这些行业需用镍 制造各种机器和容器， 用量约占总消费量的 １ ０ ％ ～ １ ２ ％。高新技术领域应用的充电电池、 泡沫镍、 镀镍 钢带、 活性氢氧化镍等产品， 对镍的需求也很旺盛。 自 ２ ０世纪 ８ ０年代中期以来， 镍的使用范围广 泛， 不锈钢一直是镍消耗的主要推动力［ １ ］。镍的需 求继续被不锈钢产量的增长所带动， 特别是在西欧、 日本和东南亚国家更是如此。近年来， 镍在钢铁工 业、 磁性材料工业、 军事、 有色金属、 贵金属、 特殊合 金、 贮氢材料、 特种镍粉、 新型涂镍复合材料、 电池、 医疗卫生和硫酸镍等方面的应用与开发非常引人注 目［ ２  ３ ］。镍作为一种重要的战略金属， 具有良好的机 械强度、 延展性和化学稳定性， 是工业和发展人类现 代文明不可或缺的金属， 在国民经济发展中具有极 其重要的地位［ ４ ］。 １ 世界镍资源概况及利用现状 镍是一种较为丰富的金属元素， 在地球中的含 量仅次于硅、 氧、 铁、 镁， 居第 ５位， 地核含镍最高， 是 天然的镍铁合金。由于镍的地球化学特征， 镍首先 存在于铁镁硅铝酸岩浆所形成的铁镁橄榄石中， 不 同的岩石中含镍的一般规律是氧化镁及氧化铁等碱 性脉石中含镍高， 二氧化硅及三氧化二铝等酸性脉 石中含镍低。镍在各种岩石中的平均含量见表 １ 。 ５ 表 １ 镍在各种岩石中的平均含量％ 岩石名称Ｎ ｉＭ ｇ Ｏ＋ Ｆ ｅ２Ｏ３Ｓ ｉ Ｏ２＋ Ａ ｌ ２Ｏ３ 橄榄石０ ． ２４ ３ ． ３４ ５ ． ９ 辉长石０ ． ０ ０ １ ６１ ６ ． ６６ ６ ． ６ 闪长岩０ ． ０ ０ ４１ １ ． ７７ ３ ． ４ 花岗岩０ ． ０ ０ ０ ２４ ． ４７ ８ ． ７ 目前可供人类开发利用的镍资源只限于陆地的 硫化镍矿和氧化镍矿 ２种， 其中约 ３ ０ ％为硫化矿， ７ ０ ％为红土镍矿。 据美国地质调查局报导， 截至 ２ ０ ０ ４年， 已探明 的世界镍总储量为６２ ０ ０万 ｔ ， 储量基础为１ ４０ ０ ０万 ｔ 。世界陆地查明含镍品位在 １ ％左右的资源量为 １ ． ３亿 ｔ ， 其中 ６ ０ ％属于红土型镍矿床， 共、 伴生矿产 主要是铁和钴， 主要分布在赤道附近的古巴、 新喀里 多尼亚、 印度尼西亚、 菲律宾、 巴西、 哥伦比亚和多米 尼加等国； ４ ０ ％属于岩浆型铜镍硫化物矿床， 共伴生 矿产主要有铜、 钴、 金、 银及铂族元素， 主要分布在加 拿大、 俄罗斯、 澳大利亚、 中国、 南非、 津巴布韦和博 茨瓦纳等国。另外大洋深海底的锰结核和锰结壳中 还含有大量的镍资源， 共伴生矿产为铜、 钴和锰， 数 量巨大。 硫化镍矿一般含镍 １ ％左右， 选矿后的精矿品 位可达 ６ ％ ～ １ ２ ％， 加上伴生的有价金属（ 铜、 钴） 可 达 ６ ％ ～ １ ５ ％； 此外， 还常含有一定量的贵金属。精 矿中还有以硫化铁形态存在的燃料成分， 热值在 ２０ ９ １～ ４１ ８ ２Ｍ Ｊ ／ ｔ ， 熔炼能耗低。因此， 硫化镍矿的 经济价值比较高。红土矿含镍 １ ％ ～ ３ ％， 不能通过 选矿富集， 仅能用筛选抛弃风化较浅、 品位低的块 矿。红土矿中仅伴生有少量钴， 无硫， 无热值， 但矿 石储量大， 而且赋存于地表， 易采， 可露天作业。具 有开发的优越条件和工业价值的镍矿物及其化学式 见表 ２ ， 世界镍储量及储量基础见表 ３ 。 表 ２ 具有工业价值的镍矿物及其化学式 矿物组成化 学 式 镍黄铁矿 （ Ｆ ， Ｎ ｉ ） ９Ｓ８ 含镍磁黄铁矿 （ Ｎ ｉ ， Ｆ ｅ ） ７Ｓ８ 针硫镍矿Ｎ ｉ Ｓ 紫硫镍铁矿（ Ｆ ｅ ， Ｎ ｉ ）２Ｓ４ 辉铁镍矿 ３ Ｎ ｉ Ｓ Ｆ ｅ Ｓ ２ 钴镍黄铁矿（ Ｆ ｅ ， Ｃ ｏ ）３Ｓ４ 暗镍蛇纹石 ４ （ Ｎ ｉ ， Ｍ ｇ ） ４３ Ｓ ｉ Ｏ２６ Ｈ２Ｏ 硅镁镍矿 Ｈ２（ Ｎ ｉ ， Ｍ ｇ ） Ｓ ｉ Ｏ ４ ｘ Ｈ２Ｏ 含镍红土矿（ Ｆ ｅ ， Ｎ ｉ ） Ｏ （ Ｏ Ｈ ）ｎ Ｈ２Ｏ 表 ３ 世界镍储量及储量基础 国 别 储量／ 万 ｔ储量基础／ 万 ｔ ２ ０ ０ ２年 ２ ０ ０ ３年 ２ ０ ０ ４年 ２ ０ ０ ２年 ２ ０ ０ ３年 ２ ０ ０ ４年 澳大利亚２２ ０ ０２２ ０ ０２２ ０ ０２７ ０ ０２７ ０ ０２７ ０ ０ 古巴５ ６ ０５ ６ ０５ ６ ０２３ ０ ０２３ ０ ０２３ ０ ０ 加拿大５ ２ ０５ ２ ０４ ８ ０１５ ０ ０１５ ０ ０１５ ０ ０ 印度尼西亚３ ２ ０３ ２ ０３ ２ ０１３ ０ ０１３ ０ ０１３ ０ ０ 南非３ ７ ０３ ７ ０３ ７ ０１２ ０ ０１２ ０ ０１２ ０ ０ 新喀里多尼亚４ ４ ０４ ４ ０４ ４ ０１ ２ ０ ０１２ ０ ０１２ ０ ０ 俄罗斯６ ６ ０６ ６ ０６ ６ ０９ ２ ０９ ２ ０９ ２ ０ 中国３ ６ ０１ １ ０１ １ ０７ ６ ０７ ６ ０７ ６ ０ 巴西６ ７４ ５ ０４ ５ ０６ ０ ０８ ３ ０８ ３ ０ 菲律宾９ ４９ ４９ ４６ ０ ０８ ３ ０８ ３ ０ 世界总量６１ ０ ０６２ ０ ０６２ ０ ０ １ ４０ ０ ０ １ ４０ ０ ０ １ ４０ ０ ０ 由于硫化镍矿资源品质好， 工艺技术成熟， 现在 约 ６ ０ ％的镍产量来源于硫化镍矿［ ５ ］， 但硫化镍矿因 长期开采， 且近 ２ ０年来在新资源勘探上没有重大突 破， 保有储量急剧下降。如以年产镍量 １ ２ ０万 ｔ 计 算， 则相当于 ２年采完一个加拿大伏伊希湾镍矿床 （ 近 ２ ０年唯一发现的大型矿床， 世界第 ５大硫化镍 矿） ， ５年采完金川镍矿（ 世界第 ３大硫化镍矿） 。因 此， 全球硫化镍矿已出现资源危机， 且传统的几个硫 化镍矿矿山（ 加拿大的萨德伯里、 俄罗斯的诺列尔 斯克、 澳大利亚的坎博尔达、 中国金川、 南非里腾斯 堡等） 的开采深度日益加深， 矿山开采难度加大， 选、 冶难度也增加［ ６ ］。为此， 全球镍行业将资源开 发的重心瞄准储量丰富的红土镍矿。红土镍矿资源 的采冶利用比例已占世界镍产量的 ４ ０ ％以上［ ７  ８ ］， 且呈不断上升的趋势。可以预期， 世界未来镍产量 的增加将主要来源于红土型镍矿资源的开发［ ９  １ １ ］。 由于我国硫化镍资源急剧减少， 氧化镍矿储量 少且品位较低、 难提取， 与国外氧化镍矿储量大、 品 位高的一些国家相比， 缺乏竞争力， 中国各有色金属 企业积极在全球范围内开发红土镍矿资源［ １ ２ ］。宝 钢集团同金川集团联手， 投资 １ ０亿美元用于菲律宾 诺诺克岛镍矿资源的开发； 中国五矿集团与古巴合 作在 Ｍ ｏ ａ建设年产２ ２５ ０ ０ｔ 镍的生产工厂； 中国冶 金建设集团同吉林镍业公司合作在开发位于巴布亚 新几内亚的瑞木镍矿（ 该矿的镍平均品位约 ｌ ％， 预 计总投资为 ６ ． ７亿美元） ； 中国金宝矿业公司则与 缅甸矿业部所属公司签署了缅甸莫苇塘镍矿的合作 勘探及可行性研究协议； 中国有色集团缅甸达贡山 红土镍矿年处理干矿 １ ３ ２万 ｔ ， 冶炼厂年产含镍 ２ ６ ％的镍铁 ８ ． ５万 ｔ ， 矿山地质储量４３ ０ ０ 万 ｔ ， 其中 经济储量 ２２ ３ ９ ． ６万 ｔ ， 平均含镍 １ ． ９ ６ ％。 对于含镍低， 铁多、 硅镁少的褐铁矿型红土镍 ６ 总第 ４ １ ３期 金 属 矿 山 ２ ０ １ ０年第 １ １期 矿， 从节能减耗的角度出发， 宜采用湿法浸出工艺； 而对于含镍较高， 铁低、 硅镁高的硅镁型红土镍矿， 最有效的处理方法还是采用还原熔炼工艺生产镍铁 工艺［ １ ３  １ ５ ］。以镍铁作为冶炼不锈钢、 合金钢与合金 铸铁的镍合金原料， 可以减少金属镍的消耗， 增加镍 元素的来源， 且成本低于电解镍， 使生产单位和用户 双方均获得良好的经济效益， 具有较强的价格竞争 优势。如果采用湿法工艺将红土矿中的镍与铁等元 素分离， 然后再在炼钢的过程中融合， 明显造成能源 和资源的浪费， 从长远来看是不足取的。如何更直 接、 合理地利用红土镍矿显得尤为重要。 ２ 红土镍矿资源开发利用的优势和前景 目前， 世界镍工业生产的镍， 主要来自硫化镍矿 资源， 约占总产量的 ６ ０ ％。其余来自红土镍矿。但 是随着优质（ 含镍品位高） 易开采的硫化镍矿资源 的减少、 对环境要求的提高、 红土镍矿提取技术的进 步以及镍价格因素等的影响， 从红土镍矿生产的镍 量会不断增加［ １ ０ ］。过去 ５ ０年资源开发的特点印证 了这一发展趋势， 产量变化如表 ４所示。 表 ４ 不同年份镍的产量统计万 ｔ 年 份１ ９ ５ ０ １ ９ ６ ０ １ ９ ７ ０ １ ９ ８ ０ １ ９ ９ ０ ２ ０ ０ ２ ２ ０ １ ０ 以硫化矿 为原料／ 万 ｔ ８ ５８ ０７ ２６ ５６ ２５ ８＜ ５ ０ 以氧化矿 为原料／ 万 ｔ １ ５２ ０２ ８３ ５３ ８４ ２＞ ５ ０ 红土型镍开发利用的主要优势在于 （ １ ） 红土型镍矿资源丰富， 全球约有 ４１ ０ ０万 ｔ 镍金属量， 勘查成本低。 （ ２ ） 可露天开采， 采矿成本极低。 （ ３ ） 选冶工艺已逐渐成熟。 （ ４ ） 不锈钢生产的发展， 对烧结氧化镍、 镍铁或 通用镍的需求增加， 而这些镍产品主要是由氧化镍 矿生产的。 （ ５ ） 世界红土型镍资源主要分布于近赤道地 区， 大部分靠近海岸， 便于外运。 从红土镍矿的资源特点来看， 世界镍工业的发 展资源开发重心将逐渐从硫化镍矿转移到红土镍矿 的利用。由于红土镍矿一般都伴生有钴， 铁、 铬等多 种有价金属， 其综合利用的必要性显而易见。对于 我国而言， 虽然我国的红土镍矿资源比例偏小， 但随 着硫化镍资源的逐渐枯竭， 镍市场需要的不断增长， 参与海外红土镍矿的开发势在必行。近年来， 我国 从缅甸、 古巴、 印尼进口的大量红土镍矿以及与菲律 宾、 巴布亚新几内亚的镍钴生产联合项目的实施， 进 一步表明红土镍矿的开发已经成为我国镍资源利用 的重要内容。世界范围内红土镍矿的开发利用前景 十分广阔。 ３ 国内外红土镍矿处理技术及进展 氧化镍矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区 经过大规模的长期的风化淋滤变质而成的， 是由铁、 铝、 硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状矿石。由 于铁的氧化， 矿石呈红色， 所以被称为红土矿（ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ  ｉ ｔ ｅ ） 。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， 其处理工艺如表 ７所 示［ ９ ］。 表 ７ 红土镍矿的分布、 组成与提取技术％ 矿 层 化 学 成 分 Ｎ ｉＣ ｏＦ ｅＣ ｒ ２Ｏ３ Ｍ ｇ Ｏ 特 点提 取 工 艺 褐铁矿层０ ． ８～ １ ． ５０ ． １～ ０ ． ２４ ０～ ５ ０２～ ５０ ． ５～ ５高铁低镁湿法 过渡层１ ． ５～ １ ． ８０ ． ０ ２～ ０ ． １２ ５～ ４ ０１～ ２５～ １ ５湿法／ 火法 腐殖土层１ ． ８～ ３０ ． ０ ２～ ０ ． １１ ０～ ２ ５１～ ２１ ５～ ３ ５低铁高镁火法 ３ ． １ 火法工艺 火法处理红土镍矿的工艺按其产出产品的不同 分为还原熔炼生产镍铁工艺和还原硫化熔炼生产镍 锍工艺。 ３ ． １ ． １ 还原熔炼生产镍铁 世界上用得最多的红土镍矿火法处理工艺是还 原熔炼生产镍铁， 用于生产不锈钢。氧化镍易被 Ｃ ， Ｃ Ｏ ， Ｓ ｉ 还原， 在较高温度下控制一定的还原条件， 就 可以使氧化镍完全还原成金属， 铁部分还原， 与镍熔 合成镍铁合金， 而未被还原的硅、 镁氧化物与另一部 分氧化铁一起造渣。还原熔炼生产镍铁的方法有以 下几种 （ １ ） 回转窑电炉还原熔炼工艺。回转窑电 炉还原熔炼工艺（ Ｒ Ｋ Ｅ Ｆ ） 是目前红土镍矿冶炼厂普 遍采用的一种火法冶炼工艺流程， 技术可靠、 成 熟［ ９  １ ６ ］。该工艺主要工序包括干燥、 焙烧预还原、 电炉熔炼和精炼。由于原矿含有大量附着水和结晶 水， 所以熔炼前的炉料准备主要是脱水和干燥， 一般 是在干燥窑内脱除附着水， 在较长的回转窑内于较 高的温度下焙烧预还原， 进一步脱除结晶水， 部分 ７ 李艳军等 红土镍矿资源现状及加工工艺综述 ２ ０ １ ０年第 １ １期 镍、 铁氧化物预还原， 同时炉料得到预热， 为下一步 电炉熔炼节省能源， 出窑炉料温度为 ６ ５ ０～ ９ ０ ０℃， 直接送入电炉上面的料仓中， 加入交（ 直） 流电弧炉 还原熔炼制取镍铁， 精炼后用做冶炼不锈钢的原料。 该工艺适合于低铁高镍型红土镍矿， 得到的镍铁产 品镍品位一般为 １ ０ ％ ～１ ５ ％， 铁品位为 ６ ０ ％ ～ ８ ０ ％， 镍的回收率大于 ９ ０ ％。 回转窑电炉熔炼工艺适合处理各种类型的氧 化镍矿， 熔池可达到较高的温度且温度易于控制， 适 合于处理难熔的硅镁镍矿， 对入炉炉料也没有严格 要求； 渣含有价金属较少； 生产容易控制， 便于操作， 易于实现机械化和自动化。所以近几年来回转窑 电炉熔炼镍铁工艺发展较快， 目前至少有 １ ４家工厂 使用这一方法处理氧化镍矿， 镍铁年产量（ 含镍计） 在 ２ ５万 ｔ 左右。 （ ２ ） 竖炉电炉工艺。鹰桥公司在新喀里多尼 亚的 Ｋ ｏ ｎ ｉ ａ ｍ ｂ ｏ冶炼厂采用的是多米尼加鹰桥竖 炉电炉工艺。该工艺流程借鉴水泥窑外分解的技 术， 将物料磨细后进行闪速干燥、 闪速煅烧、 在流态 化炉中进行预还原， 然后在直流电弧炉内熔炼煅烧 料， Ｌ Ｆ炉内精炼， 具有固定投资少， 操作成本省， 物 料停留时间短， 产品质量高， 烟尘率低， 动力消耗低 的优点。 （ ３ ） 鼓风炉冶炼工艺。鼓风炉冶炼是将氧化镍 矿在回转窑内预热、 干燥后制成团块， 与焦炭块一起 加入鼓风炉内冶炼， 生产出粗镍铁， 再进行精炼， 制 出镍铁。鼓风炉冶炼是最早的炼镍方法之一， 对环 境不友好， 矿石适应性差， 对镁含量有较严格的要 求， 另外不能处理粉矿， 对入炉炉料也有严格的限 制。随着生产规模扩大、 冶炼技术进步、 炼钢厂对镍 类原料要求的提高以及环境保护要求的提高， 这一 方法已逐步被淘汰。 （ ４ ） 可移动平炉生产镍铁工艺。除了以上几种 得到应用的方法， 日本神户钢铁有限公司还新开发 了一种用可移动平炉生产镍铁的处理工艺。该工艺 包括 ①混料步骤。将含有氧化镍和氧化铁的矿石 配入碳质还原剂制备成混料。②还原步骤。在移动 的平炉内加热还原混料， 制备还原混料。③熔炼步 骤。在熔炉内将已还原的混合物熔化制备镍铁。该 工艺能够以较低的成本高效率地制备出高镍含量的 镍铁产品， 且灰尘数量少， 防止了炉壁灰尘的堆积产 生粘结物， 因此给料时渣的含量可不必调整。 ３ ． １ ． ２ 还原熔炼生产镍锍 还原锍化熔炼处理氧化镍矿生产镍锍的工艺早 在 ２ ０世纪二三十年代就得到了应用， 当时采用的都 是鼓风炉熔炼。该工艺与鼓风炉还原熔炼生产镍铁 的工艺存在相同的缺点， 因此新建的大型工厂都采 用电炉熔炼红土镍矿生产镍锍。全世界由氧化镍矿 生产镍锍的镍量在 １ ２万 ｔ 左右。镍锍生产工艺是 在生产镍铁工艺的熔炼过程中， 加入硫化剂， 产出低 镍锍， 再通过转炉吹炼生产高镍锍。镍锍的成分可 以通过还原剂（ 焦粉） 和硫化剂的加入量加以调整。 可供选择的硫化剂有黄铁矿（ Ｆ ｅ Ｓ ２） 、 石膏（ Ｃ ａ Ｓ Ｏ４ ２ Ｈ ２Ｏ ） 、 硫磺和含硫的镍原料。目前国内朝阳昊天 集团采用该工艺生产低镍锍， 获得的低镍锍产品镍 品位为 ５ ％ ～ ８ ％， 镍金属回收率大于 ９ ０ ％。 采用还原锍化熔炼处理氧化镍矿生产镍锍的工 艺， 其产品高镍锍具有很大的灵活性 经焙烧脱硫后 的氧化镍可直接还原熔炼生产用于不锈钢工业的通 用镍； 也可以作为常压拨基法精炼镍的原料生产镍 丸和镍粉； 由于高镍锍中不含铜， 还可以直接铸成阳 极板送锍化镍电解精炼的工厂生产阴极镍。总之， 可以进一步处理， 生产各种形式的镍产品， 并可以回 收其中的钴。 ３ ． ２ 湿法工艺 对于含镍较高而含铜和钴低的红土镍矿， 较多 采用电炉还原熔炼的方法生产镍铁， 但在处理含铜、 钴比较高的红土镍矿时， 宜采用湿法流程处理， 以利 于综合回收各种有价金属和降低能耗。浸出是常用 的湿法处理方法， 根据矿石中氧化镁含量的高低， 采 用常压氨浸工艺和高压酸浸工艺两种方法。含氧化 镁高的矿石需采用氨浸， 因为酸浸时需消耗大量的 酸中和矿石中的碱性脉石， 操作成本高， 在经济上不 可行。而含氧化镁低的矿石可采用硫酸浸出， 为加 速整个溶解过程， 浸出作业通常在高温高压下进行。 一般常用的湿法处理工艺有以下几种。 ３ ． ２ ． １ 还原焙烧氨浸工艺 还原焙烧氨浸工艺（ Ｒ Ｒ Ａ Ｌ ） 是由 Ｃ ａ ｒ ｏ ｎ教授 发明的［ １ ７ ］， 因此又称 Ｃ ａ ｒ ｏ ｎ流程。氨浸是将焙烧矿 用 Ｎ Ｈ ３及 Ｃ Ｏ２将金属镍和钴转化为镍氨及钴氨络 合物进入溶液。氨浸法是最早的湿法处理工艺， 首 先通过还原焙烧， 使镍、 钴和部分铁还原成合金， 然 后再经过多级逆流氨浸， 浸出液经硫化沉淀， 沉淀母 液再除铁、 蒸氨， 产出碱式硫酸镍， 碱式硫酸镍再经 煅烧转化成氧化镍， 也可以经还原生产镍粉。采用 ８ 总第 ４ １ ３期 金 属 矿 山 ２ ０ １ ０年第 １ １期 该工艺生产的镍块中镍质量分数可达 ９ ０ ％， 全流程 镍的回收率达 ７ ５ ％ ～ ８ ０ ％。与火法冶炼流程相比， 钴可以部分回收， 回收率 ４ ０ ％ ～ ５ ０ ％。但氨浸法只 适合处理红土镍矿床上层的红土矿， 不适合处理下 层硅镁含量高的矿层， 这就极大地限制了氨浸法的 发展， 从 ２ ０世纪 ７ ０年代以后就没有新建工厂选用 该工艺。 ３  ２  ２ 高压酸浸工艺 高压酸浸法（ Ｐ Ａ Ｌ ） 是用硫酸选择性浸出氧化镍 矿中的镍和钴， 包括矿浆制备、 浸出和镍钴回收 ３道 工序。常温下， 用硫酸浸出氧化镍矿石， 大量的铁会 随镍和钴一起被浸出； 随着温度升高， 镍、 钴浸出率 稍有下降， 但铁浸出率则大幅度降低。在温度 ２ ３ ２ ～ ２ ６ ８Ｋ时， 镍和钴的浸出率在 ９ ５ ％以上， 而铁的浸 出率很低［ １ ８ ］。 Ｐ Ａ Ｌ工艺最大的优点是钴的浸出率高， 可达 ９ ０ ％以上， 大大高于其他工艺流程。但这种工艺适 合处理以针铁矿为主的矿石， 不太适合处理泥质较 多的矿石。 ３ ． ２ ． ３ 常压酸浸工艺 常压酸浸工艺是目前红土镍矿处理工艺研究较 为热门的方向。常压酸浸法处理红土镍矿的一般工 艺 对红土镍矿先进行磨矿和分级处理， 将磨细后的 矿浆与洗涤液和硫酸按一定的比例在加热的条件下 反应， 镍浸出进入溶液， 再采用碳酸钙进行中和处 理， 过滤， 得到的浸出液用 Ｃ ａ Ｏ或 Ｎ ａ ２Ｓ做沉淀剂进 行沉镍。 常压浸出方法具有工艺简单、 能耗低、 不使用高 压釜、 投资费用少、 操作条件易于控制等优点， 但是 浸出液分离困难， 浸渣中镍含量仍较高。 ３ ． ３ 火法湿法结合工艺 用火法湿法相结合的工艺处理氧化镍的工厂， 目前世界上只有日本冶金公司的大江山冶炼厂。主 要工艺过程 原矿磨细与粉煤混合制团， 团矿经干燥 和高温还原焙烧， 焙烧后的矿团再磨细， 将矿浆进行 选矿分离得到镍铁合金产品， 镍铁合金中镍品位为 １ ２ ％ ～ １ ５ ％， 镍的回收率为 ９ １ ％ ～ ９ ５ ％。 该工艺的最大特点是生产成本低， 能耗中的 ８ ５ ％能源由煤提供， 每吨矿耗煤 １ ６ ０～ １ ８ ０ｋ ｇ 。而火 法工艺电炉熔炼的能耗 ８ ０ ％以上由电能提供， 每吨 矿电耗 ５ ６ ０～ ６ ０ ０ｋ Ｗｈ ， 两者能耗成本差价很大， 按照目前国内市场的价值计算， 两者价格相差 ３～ ４ 倍。但是该工艺存在的问题还比较多， 大江山冶炼 厂虽经多次改进， 工艺技术仍不够稳定， 经过几十年 其生产规模仍停留在年产镍 ｌ 万 ｔ 左右。该工艺的 技术关键是粉煤与矿石混合和还原焙烧过程的温度 控制。 从节能、 低成本和综合利用镍资源的角度出发， 这一工艺是值得进一步研究和推广的。俄罗斯的研 究人员对乌拉尔氧化镍矿采用离析焙烧进行浮选或 磁选等方面的试验研究后认为， 它是目前唯一能降 低成本、 节约能源和增加镍产量的方法， 适合于处理 任何类型的氧化镍矿［ １ ９ ］。 ３ ． ４ 其它处理工艺 国内外对低品位红土镍矿的其他处理工艺进行 了广泛的研究， 主要研究有氯化离析磁选、 还原硫 化焙烧磁选以及生物浸出等方法。 氯化离析是指在矿石中加入一定量的碳质还原 剂（ 煤或焦炭） 和氯化剂（ 氯化钠或氯化钙） ， 在中性 或弱还原性的气氛中加热， 使有价金属从矿石中氯 化挥发， 并同时在炭粒表面还原成为金属颗粒的过 程。其目的在于使矿石中呈难选矿物形态存在的有 价金属转变为金属颗粒， 随后用选矿的方法富集， 产 出品位较高的金属精矿。但对于大部分的贫红土镍 矿， 由于镍矿中的镍大部分和硅、 铁结合而成复杂的 硅酸镍和铁酸镍， 不宜采用氯化离析湿式磁选法。 日本和英国有人研究用加入还原剂及硫化剂， 对红土镍矿进行还原硫化焙烧， 之后采用磁选分离 的方法得到高回收率的镍精矿。虽然试验结果能得 到含镍 ９ ％左右、 回收率达到 ９ ０ ％的镍精矿， 但由于 精矿硫含量较高， 在还原时及后续工艺的处理中必 须考虑严重的环境污染问题， 因此至今未得到生产 应用。 印度研究了红土矿的超声生物浸出。已知微生 物的生物活性能使金属从低品位矿石中有效溶解出 来， 而有机体的生物浸出效率与其生长速率有关。 他们还研究了超声预处理对用黑曲霉素天然菌株浸 出镍的影响， 发现超声波能够使黑曲霉素的生长增 强， 浸出 ２ ０ｄ 可使镍的浸出率达到 ９ ２ ％［ ２ ０  ２ ４ ］。 虽然这些研究都在实验室取得了一定的效果， 但由于工业设备及生产规模等因素的影响， 目前还 都没能够进行工业化试验。 （ 下转第 １ ５页） ９ 李艳军等 红土镍矿资源现状及加工工艺综述 ２ ０ １ ０年第 １ １期 对包括超贫磁铁矿在内的低品位铁矿资源要做 好保护工作， 慎重开发。２ ０ ０ ７年至 ２ ０ ０ ８年上半年， 由于铁矿石价格高涨， 全国许多低品位铁矿资源相 继投入开发， 甚至含铁稍高的河砂、 岩石都有人违法 开采， 导致资源破坏和不良环境影响。如河北省品 位低于 １ ０ ％的超贫磁铁矿资源都被竞相开发利用， 造成山体和地貌严重破坏， 大量尾矿随意排放， 环境 代价颇为沉重。如此竭泽而渔是对子孙后代的不负 责， 也不利于钢铁工业和国民经济的协调与可持续 发展。超贫磁铁矿产区应做好超贫磁铁矿开发和环 境治理环境保护的总体规划， 综合评价当地水、 电资 源、 生态环境对超贫磁铁矿开发的承受能力， 有计划 地开发超贫磁铁矿资源。 参 考 文 献 ［ １ ］ 张泾生 我国铁矿资源开发利用现状及发展趋势［ Ｊ ］ 中国冶 金， ２ ０ ０ ７ （ １ ） １  ６ ． ［ ２ ］ 范振林， 杜国银． 实现河北省铁矿资源可持续利用的对策研究 ［ Ｅ Ｂ ／ Ｏ Ｌ ］ ． 中国科技论文在线． ［ ２ ０ ０ ８  ０ ８  １ ３ ］ ． ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ｗ ｗ ｗ ． ｐ ａ  ｐ ｅ ｒ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ ／ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ． ｐ ｈ ｐ ｓ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ＿ ｎ ｕ ｍ ｂ ｅ ｒ  ［ ３ ］ 李中念， 张振芳， 严国栋． 河北省超贫磁铁矿资源与开发利用 分析［ Ｊ ］ ． 河北冶金， ２ ０ ０ ６ （ ３ ） １  ４ ． ［ ４ ］ 王 辉， 郑申白． 河北钢铁工业的发展与思考［ Ｊ ］ ． 河北冶金， ２ ０ ０ ５ （ １ ） ３  ６ ． ［ ５ ］ 李中念， 严国栋． 河北省铁矿资源可供性及保证程度的探讨 ［ Ｊ ］ ． 河北冶金， ２ ０ ０ ３ （ １ ） １ １  １ ５ ． ［ ６ ］ 闫军印， 赵国杰 河北省钢铁产业发展的资源战略［ Ｊ ］ ． 中国 冶金， ２ ０ ０ ６ （ ２ ） ５  １ １ ． ［ ７ ］ 赵军伟， 张克仁 加强我国铁矿资源的节约与高效利用［ Ｊ ］ ． 矿产保护与利用， ２ ０ ０ ８ （ ２ ） ５  １ ０ ． ［ ８ ］ 河北省商务厅进出口公平贸易和产业损害调查局． 铁矿石进 口依存度加大考验钢铁行业 ２ ０ ０ ９年河北省铁矿石预警监 测报告［ Ｅ Ｂ ／ Ｏ Ｌ ］ ． 中国产业安全指南． ｈ ｔ ｔ ｐ ∥ｗ ｗ ｗ ． ａ ｃ ｓ ． ｇ ｏ ｖ ． ｃ ｎ ／ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ／ ａ ｑ ｚ ｎ ／ ｃ ｙ ｊ ｚ ｌ ｎ ｒ ． ｊ ｓ ｐ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ Ｉ ｄ ． ［ ９ ］ 王光军， 郑申白 河北钢铁工业的发展与思考［ Ｊ ］ ． 河北冶金， ２ ０ ０ ５ （ １ ） １  ４ ． （ 收稿日期 ２ ０ １ ０  ０ ９  ０ ８ 檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪 ） （ 上接第 ９页） 参 考 文 献 ［ １ ］ 翟秀静． 镍红土矿的开发与研究进展［ Ｊ ］ 世界有色金属， ２ ０ ０ ８ ， １ ０ （ ８ ） ３ ６  ３ ８ ． ［ ２ ］ 朱景和． 世界镍红土矿资源开发与利用分析［ Ｊ ］ 世界有色金 属， ２ ０ ０ ７ ， ４ ５ （ １ ０ ） ７  ９ ． ［ ３ ］ 刘 岩， 翟玉春， 王 虹． 镍生产工艺研究进展［ Ｊ ］ 材料导报， ２ ０ ０ ６ ， ２ ０ （ ３ ） ７ ９  ８ １ ． ［ ４ ］ 周全雄． 氧化镍矿开发工艺技术现状及发展方向［ Ｊ ］ ． 云南冶 金， ２ ０ ０ ５ ， ３ ４ （ ６ ） ３ ４  ３ ６ ． ［ ５ ］ Ｔ ｈ ｏ ｍ ａ ｓ ＦＴ ｏ ｒ ｒ ｉ ｅ ｓ ． Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅｃ ｏ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ ｎ ｉ ｅ ｋ ｅ ｌ ｓ ｕ ｌ ｐ ｈ ｉ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｄｌ ａ ｔ ｅ ｒ  ｉ ｔ ｅ ｓ ［ Ｊ ］  Ｒ ｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ Ｐ ｏ ｌ ｉ ｅ ｙ ， １ ９ ９ ５ ， ２ １ （ ３ ） １ ７ ９  １ ８ ７ ． ［ ６ ］ 陈景友， 谭巨明． 采用红土镍矿及电炉生产镍铁技术探讨［ Ｊ ］  铁合金， ２ ０ ０ ８ （ ３ ） １ ３  １ ５ ． ［ ７ ］ Ｊ ｏ ｓ ｅＰＭＳ ｏ ｌ ｅ ｒ ， Ｊ ｏ ｒ ｄ ｉ Ｃ ａ ｍ ａ ， Ｓ ａ ｌ ｖ ａ ｄ ｏ ｒ Ｇ ａ ｌ ｉ ， ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｓ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｋ ｉ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｇ ａ ｒ ｎ ｉ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍｔ ｈ ｅ Ｌ ｏ ｍ ａ ｄ ｅ Ｈ ｉ ｅ ｒ ｒ ｏ Ｎ ｉ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅ ｄ ｅ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ Ｖ ｅ ｎ ｅ ｚ ｕ ｅ ｌ ａ ［ Ｊ ］  Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｅ ａ ｌ Ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ ０ ８ ， ２ ４ ９ １ ９ １  ２ ０ ２ ． ［ ８ ］ Ｙ ｏ ｎ ｇ ｕ ｅＦ ｏ ｕ ａ ｔ ｅ ｕＲ ， Ｇ ｈ ｏ ｇ ｏ ｍ ｕＲＴ ， Ｐ ｅ ｎ ａ ｙ ｅＪ ， ｅ ｔ ａ ｌ ． Ｎ ｉ ｅ ｋ ｅ ｌａ ｎ ｄ ｅ ｏ ｂ ａ ｌ ｔ ｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎｉ ｎｔ ｈｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅ ｓｏ ｆｔ ｈ ｅＬ ｏ ｍ ｉ ｅ ｒ ｅ ｇ ｉ ｏ ｎ ， ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｅ ａ ｓ ｔ Ｃ ａ ｍ ｅ ｒ ｏ ｏ ｎ ［ Ｊ ］  Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ａ ｆ ｒ ｉ ｅ ａ ｎＥ ａ ｒ ｔ ｈＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ， ２ ０ ０ ６ ， ４ ５ ３ ３  ４ ７ ． ［ ９ ］ 李建华， 程 威， 肖志海． 红土镍矿处理工艺综述［ Ｊ ］ 湿法冶 金， ２ ０ ０ ４ （ ４ ） １ ９ １  １ ９ ４ ． ［ １ ０ ］ 徐庆新． 红土矿的过去和未来［ Ｊ ］ 中国有色金属， ２ ０ ０ ５ （ ６ ） １  ８ ． ［ １ １ ］ 卢生康， 赵万双． 镍工业发展趋势研究［ Ｊ ］ 兰州工业高等专 科学校学报， ２ ０ ０ ４ ， １ １ （ ４ ） ５ ５  ５ ８ ． ［ １ ２ ］ 刘庆成， 李洪元． 红土型镍矿项目的经济性探讨［ Ｊ ］ 世界有 色金属， ２ ０ ０ ６ （ ６ ） ６ ８  ６ ９ ． ［ １ ３ ］ 刘 岩， 翟玉春， 王 虹． 镍生产工艺研究进展［ Ｊ ］ 材料导 报， ２ ０ ０ ６ ， ２ ０ （ ３ ） ７ ９  ８ １ ． ［ １ ４ ］ 全 雄． 氧化镍矿开发工艺技术现状及发展方向［ Ｊ ］ 云南冶 金， ２ ０ ０ ５ ， ３ ６ （ ４ ） ３ ３  ３ ６ ． ［ １ ５ ］ 谷新艳． 最佳镍铁精炼工艺［ Ｊ ］ 有色冶炼， ２ ０ ０ ０ ， ２ ９ （ ２ ） ４ １  ４ ４ ． ［ １ ６ ］ 刘大星． 从红土镍矿中回收镍钴技术的进展［ Ｊ ］ 有色金属 冶炼部分， ２ ０ ０ ２ （ ３ ） １ ５  １ ９  ［ １ ７ ］ Ｍ ｓ ｋ ａ ｌ ｙ ｋＲＲ ， Ａ ｌ ｆ ａ ｎ ｔ ａ ｚ ｉ ＡＭ． Ｎ ｉ ｅ ｋ ｅ ｌ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｔ ｅｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇａ ｎ ｄｅ ｌ ｅ ｅ ｔ ｒ ｏ ｗ ｉ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇｐ ｒ ａ ｅ ｔ ｉ ｅ ｅ ［ Ｊ ］  Ｍ ｉ ｎ ｅ ｒ Ｅ ｎ ｇ ， ２ ０ ０ ２ ， １ ５ （ ２ ０ ） ５ ９ ３  ５ ９ ５ ． ［ １ ８ ］ 肖振民． 世界红土型镍矿开发和高压酸浸技术应用［ Ｊ ］ 中国 矿业， ２ ０ ０ ２ （ １ ） ５ ７  ５ ９  ［ １ ９ ］ 孙余一， 何艳明， 王 扬． 浅谈镍铁生产工艺的研究及设计进 展［ Ｊ ］ 有色金属设计， ２ ０ ０ ８ ， ３ ５ （ ２ ） ７  １ ３  ［ ２ ０ ］ 郑志雄． 国内外镍铁生产简介和思考． 江苏冶金［ Ｊ ］  １ ９ ９ ３ （ ３ ） ４ ３  ４ ５  ［ ２ １ ］ Ｒ ｏ ｏ ｒ ｄ ａＨＪ ， Ｈ ｅ ｒ ｍ ａ ｎ ｓ Ｊ ＭＡ ． Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ａ ｉ ｎ ｓ ｉ ｎｔ ｈ ｅｅ ｘ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ｉ