世界红土型镍矿开发和高压酸浸技术应用.pdf

世界 红土型镍 矿开发和 高压 酸浸技 术应用 肖振民 华 东有 色地 勘局 南京 2 1 0 0 0 7 摘要 由于世界镍需求增长和硫化镍 资源短缺，红土型镍矿资源开发将成 为未来 十年镍业 发展的 主要趋势。1 9 9 9年以来 ，澳大利亚西部新建的总投资 2 0多亿澳元 的三个 高压酸浸技 术 H P A I 镍 厂成为 该趋势的标 志。文章分析 了红土型镍 矿资源开发利 用的长处及其两种类 型 ，重点 舟绍 了高压酸畏 H P AL 技术在西澳镍 厂应用近况 、问题 、碌 因及纠正 措施 ，并论 述了该技 术在未来 世 界镍 业 发展 中的应用趋 势。 关键词 红型镍矿高压酸浸 氢氧化 镍 硫镍铁镍 S TATUS 0F EXPL0I TAT1 0N 0F LATERI TE TYPE NI CKEL 0RE AND APPLI CAT1 0N 0F HI GH PRES S URE ACI D LEACHI NG TECHN0L0GY I N THE W 0RLD Xi a o Zhe n mi n Ch i n a Hu a d o n g N o n 一 ]e r r o u s Me t a l M[ n e r a [ E x p l o r a t i o n C o m p a n y 2 1 0 0 0 7 Ab s t r a m Du e t o i n c r e a s i n g d e ma n d o n n i c k d a n d s h o r t a g e o f n i c k e l s u l p h i d e ． 1 h e e x p lo i t a t i o n o f l a t e r i t e t y p e n i c k e l o r e wi L L b o me p o p u t a r i z e d i n t h e f u t u r a ] 1 0 y e a r s Th e s y mb o l o f p o p u la r i z a t i o n i s t h e 3 n i c k e l ma k i n g p l a n t s u s i n g HP AL t e c h n o l o g y ， b u i l t u p i n we s t e r n Au s t r a l i a wi t h a t o t a l i n v t me n t e l o v e r 2 b i L L io n S A I ’ h e a d v a n t a g a n d t WO t y p e s o f la t e r i t e t y p e n i c k e l o r e e x p [ o i t a t i o r t a d e s c r i b e d Th e e mp h a s e s o f d e s c r i pt i o n- t r e s t a t us of a p pt i c a t i o n HPAI t e c h n o l o g y i n WC S t ,P r D Au s t r a l i a． e x i s t i n g p m b l e ms a n d t he i r r e as oD s a n d me a s u r e s t O b e t a k e n t O i mp r o v e t h e t e c h n o l o g y B e s i d e s ， t h e f u t u r e o f a p p l i c a t i o n o f HP AL t e c h r t o l o g y i s p r e di c t e d Ke y wo r d s [ a t e r i t e t y p e n i c k e r o r e h i g h p r e s s u r e a c i d t e a c h i n g 【 I { P AL 目前 ，世 界 每年 超 过 1 0 0万 t 镍 金 属 产 量 中， 红土型镍矿约 占 1 ／ 3 ，约有 3 0万 t ，其 中镍铁技术 生产的镍约有 2 0万 t 。但在未来 7年 中，即 2 0 0 7 年前 ，全球将有 1 0个以上大型红土型镍厂计划兴 建或扩 建 ，这些 项 目将 主要 是 采 用 P AL高 压 酸 浸 技术 ，并非铁镍工艺 ，项 目规模一般年产为 2 ～5 万 t 镍金属量，总计年产量 与 2 0 0 0年相 比将增长 2 0 ～3 0万 t 镍。这是 一个值得注意的世界镍业发 展动向。 拟扩建或兴建的项 目见表 1 。 1 世 界红 土型镍 矿开 发进 展的原 因 随着世界 9 0年代经济发展 ，占镍用途 6 5 ％的 不锈钢需求增长坚挺 ，镍需求前 5年平约每年增长 4 ％以上，预测 今后 5～l 0年 ，增长 率 3 ． 5 ％ ～ 4 ％，其中亚州 的镍需求 增长率将 是 7 ％。然而， 世界可供 近期开发的硫化镍资源 ，除了加拿大 的 5 6 V o i s e y b a y镍矿 以外，几乎廖廖无几。全球至今约 探获 7 0 0 0万 t 镍金属量 的资源。其中，硫 化镍约 3 0 0 0万 t ，占4 2 ％。其余均为红土型镍。开发利用 红土 型镍 的长处在 于 ①红 土型镍资 源丰 富 ，全球 均有 4 1 0 0万 t 镍金 属 量 ，勘 查 成本 低 。②采 矿 成 本极 抵 。③选 冶工艺 已经成熟 。红 土型镍矿 的火 法 冶炼铁镍技术业 已成熟，压力酸浸技术亦趋成熟 。 该技术始 于 5 0年 代，首 次用于古巴 Mo a B a y矿 ， 称 A MA XP AL技术。此后 ，7 0年代澳洲 QN I 公 司建成 Y a b u l a 镍 厂，酸浸处理新喀里东尼亚 印 尼及 澳州 昆士 兰 州 的 红 土型 镍矿 。加 拿 大 S h e r r i t t 公 司湿法处 理红 土型镍 矿 的技 术 已获 公认 。④红 土 型镍矿 可以生 产出氧化镍 、硫镍 、铁镍等中间产 品 ，其中硫镍 ，氧化镍可供镍精炼厂使用 ，以解决 硫化镍原料不足的问题。至于铁镍更是便于用于制 中国矿业 2 0 0 2年第 l l 卷 第 1期 维普资讯 造不锈钢 ，降低 生产成本 。如印尼 A n t a m 公 司刹 用本 土的红土型镍矿 ，生产铁镍的成本去年已降至 1 ． 4美元 ／ 磅镍 I 磅 0 ． 4 5 3 k g 一 编 者 注 年产 量 近 1 万 t 含镍量 。⑤世界红土型资源 主要分布于近 赤道地区，大部分靠近海岸．便于外运。 表 1 世 界红土 型镶 矿计划兴建或扩建项 目 古巴 M B a y Cu b a n l e k e t 0． 6 0 6 0 1． 0 0 0 8 PAL OP 4 2 Pin a t a s 2． 0 4 2 0 4 1． 0 0 0 9 F S S a n F e l i p e F S 3 0 OP已投 产E I 扩建F S详细可行性研究A S预可行性研究 * 已选产年产量 因此 ，红土型镍建厂的投资虽然较大，一般每 磅镍年生产能力需 9 ～1 1美元 ，但 由于上述长处 ， 如 果工 艺合 理 ，管理 有素 ，其 每磅镍 的生产成 本 可 世 界红土 型镶矿开发 和高 压酸浸技术应用 低于硫化镍。以澳大利亚最大的镍业公司西部矿业 公司 WMC 为例 ，每磅镍 的总成本 包括投 资 摊销 自 1 9 9 6年 3 ． 0美元 降至 2 ． 0美元 2 0 0 0 5 7 维普资讯 年 ，工艺成熟 、管理先进 的红 一 l型镍矿 也可 以达 到 这个 水平 。特 别是近 儿年红 土 型镍 矿压力 酸 浸技 术项 目的详细可行性研究报告 ，将钴的价值计算在 内，每磅镍 的生 产 成 本均 在 1 ． 4美 元 以 下因 此 ， 红 土型镍 矿 开发 利用的 技术重 心 已由火法转 为湿 法 的酸浸技术 2 红 土 型 镍 矿 资 源 的 两 种 类 型 “ 湿 型 ” 和 “ 干型” 随着 近 J L 年 澳大利 亚西部三 个红 土 型镍厂 的投 资兴建 ，人们对于红土型镍矿资源的利用性能及其 类型又 有新 的认 识 ，现 可分 为两类 一类 称 为 湿 型” ，主要 分 布 于 近 赤 道 地 区 ，如 新 喀 里 东 尼 亚 、 印尼、菲律宾，巴布亚新几内亚和加 勒比海地区； 另一类称 为 ” 干 型 ，主要 分 布 于距 赤 道 较远 的 南 半球大陆，以西澳为代表一这两类红土型镍矿资源 的性状 及采 选 条件 区别如表 2 所 示 。 表 2红土型镣矿两种类型 比较表 类型 湿 型 干 型 较 高 ．Ni I 【 ％ 矿 石 品 位f 【3 ％ ～ 【5 ％ 鞍 -N。 。 8 ％ ～1 【 ％ C ， 】0． 05。 ～0 0 8％ “ 08％f 0． 【 ％ j 矿物成丹古粘土较步 ．易处理 含粘上成分相对较多 原岩 蛇鼓石化强烈 蛇纹石化较弱 风化作用水 系发育 ，凡化仲 } 瞎强烈 地表水系不羞育 “ 干型 风 化 地 形 及t l l 黑地糖 为土 ．开秉条件 开采条件相对 利 妊期准平原化，开采极 易 3 西澳 红 土型 镍矿开 发利 用近况 西 澳红 土 型镍 矿 的开发均 为 近几 年世 界镍 业发 展的热点，也成 为投资者关注的热点 自 1 9 9 9年 初起 ，西 澳相继有 三 个高 压 酸 浸的镍 厂开 始生 产 。 这三个厂为考斯 C a w s e 、布隆 B u l o n g 和莫林 葜林 Mu r r i n Mu r r i n ，一期工程均基建完毕 ，年 生产能力 0 ． 9 ～t 万 [ ，年设计能力 2l 8万 t 镍，总 投资额为 2 I ． 6亿 澳元。 1 资源 西澳红 土 型镍 矿 资 源 十分 丰 富 ，但 直 到 1 9 9 6 年后 才明确 成为 开发 勘探对象 。总计 探获资 源量有 1 2 0 ／万 t镍 金 属 量 ， 平 均 含 镍 0 ， 8 ％ ～ 1 ％ ， C o O 0 6 ％ ～0 ． 0 8 ％。这 些 资 源均 为 西 澳东 部 几 个 巨型超基性岩带近地表的风化产物 ，与著名的太古 界绿 岩带 中硫化镍 矿 和金矿 带分布 同一 区域 ．基 础 设施好 ，天然气管道能源现存；地势平坦 ，开采条 件优越 ，采矿成本救低 除西 澳外 ，红 土型 镍 矿资 源 在 东澳 亦有 分 布 ． 产 于东澳 昆士 兰州北 部及新 南威 尔士州 中西部 ．已 探 获有 3 1 0 万 t 镍 金属量 ，全 澳台计达 1 5 0 0万 t 镍 金属量。此外 ，西澳硫化镍尚有 4 0 0万 t 金属 量， 硫化镍与红土型镍 同产于一个超基性岩带 ，但并不 是在同一矿床 内垂 向上共 生，即并不象铜 矿床那 样 ，次生富集带 的铜 矿下方通常均有原生硫化 铜 矿 。 西 澳硫 化 镍 以大 而 贫称 著 于世 ，如凯 斯 山镍 矿 Mt k e i t h 储 量 近 5亿 t 矿 石 量 ，0 ． 5 4 ％Ni ， 太 露采 ，年采选 1 0 1 1万 t 矿石 量 ，产 3 6万 t 精矿 ， 含 4 ． 7万 t 镍 。 西澳三 个红 土 型镍厂 的资源 、投 资 、年产量 及 达 产程度 见表 3 。 表 3 西澳 三个 HP A L镍厂项 目简 况 2 HP AL高压 酸浸技术 这 三 个 厂 采 用 的 基 本 工 艺 流 程 均 为 高 压 酸 浸 H P A L Hi g h P r e s s u r e Ac i d I ． e a c h ，但 后 半部 流 程 有所不同。考斯镍厂生产氢氧化镍 中间产品．然后 再电解生产出金属阴极镍和硫化钴。布隆厂的流程 则 不经 过氢 氧化镍 中 间产 品的过 程 ，直接 电解生 产 5 8 锦和钴金属。莫林莫林 则与古 巴 Mo y B a y镍 厂现 场流程相近．并沿用加拿大 S h e r r [ t t 技术 ，先 生产 混台的硫化镍 中间产品 ，而后电解精炼生产出 金属 镍和钴 现以考斯镍厂为例 ，简介其流程 。绐料准备及 粗选提 高 品 位 结 料 十水 十絮凝 剂 f l o c c l a n t 一 中国矿业 2 呻2年l lg】 】卷第 1 期 维普资讯 P AL压力酸浸 加酸和蒸 气 、在 高压容器中进行 一 浓缩和中和反应 【 加石灰 、絮凝剂，该流程 中和 反应 后部 分 物料 至 尾砂 库 一 混 合 氢 氧 化 物 沉 淀 加 镁 、石 灰 、絮 凝 剂 J一 镍 电 解 、精 炼 加 氨 、 C o 2 、蒸气 、反 应 剂 、硫 化 氨 和 能 量 一 获产 品金 属镍 阴极镍和产品硫化钴沉淀物 。 考 斯 镍厂 是 三个 厂 投产 以后 运 行 最好 的一 个 ， 生 产流程 运 行基 本 顺利 ，达 到 了预 计 的镍 浸出量 ， 主要 反应 剂 的用量 亦低 于设 计 水平 ．已生产 出合格 的镍 金属 产 品 ，至 2 0 0 0年 1 0月底 已生 产 出 7 0 0 0 t 金属镍 ，达到设 汁能力的 8 2 ％。生成镍成本 已从 4 ． 1 0美元／ 磅镍降至 1 ． 5 4美元／ 磅镍。试产过程 中 曾 出现不 少问题 ，但并 非是 致命-胜的 。 3 试 生产 中的 问题 及 其原 因 这 三个 厂前 两年试 生产 过程 中设 备 和流程 运行 中都不同程度出现一些问题 ，主要是设备的材料选 择不 当，以致产生故障；技术设计 中净水 、循环氨 和蒸气等供应能力不足 、配套脱节等问题 ，但 以考 斯厂 为例 。具体 叙述设 备和 流程运 行 中出现 的 问题 及其补救措施。①在高压容器中原使用的钛焊条接 缝线上出现裂纹 纠正 良好 ；②设备 出现故障和 局部设备材料被溶蚀，原 因是反应过程中出现不 良 条件 ，管道连接处 的失效和一 些承压材料选择 不 当 ，例 如泵 、阀门和管 道 材 料 纠 正 办法 ；更换 材料 ；③ 高压 容器的关 闭 阀 门工 作不 正常 。 替换 阀门 ；④ 高压 容器 中给料搅 拌器 上 出现积 泥 。 解 决办法 控制给料泥浆的成分，调整其成分致使给 料泥浆顺利通过高压容器。⑤用水脱盐设备 的规模 不足 ，制 约 了制造蒸气 的发 电设备 中水 的有 效供 应 弥补办 法 减 少化学 物 质 的 剂 量 ，改 进 流 程 及 维 修过程 。长期解决办法 再建一个备用的水脱盐装 置 ，增 加 经过 处理 水 的储备 量 。 ⑥ 硫 泵 的实 用 功 能不足 安装 一个 更 大 的硫 泵 。⑦ 氨再 淋 滤 使 用 的设计规模不足，限制了金属生产过程 中规模和产 量 弥 补办法 减少 氨的重 复使 用线 ，执行 紧缩使 用氨 的流程 。 ⑧镍 金属 产 品 中 锌 的 含量 超 过 原设 计标 准 ， 调 整 指标 ，并 继 续实 施 调 整后 的指 标 。 ⑨钴 品位高的矿石中含锰量高，致使石灰耗量增大 和再循环过程中负重增加。 解决办法配矿 ，减 少高品位钴矿石 的含量 比铡，保持矿石给 料 中含 Mn量 小于 3 ％ 由于上述这些设备故障和流程中的问题 ，造成 了①试 产过程 生产成 本超支 ，这 些项 目的可行 性研 究 ，生 产成本 应 为每磅镍 1 ． 4美 元 以下 ，布 隆镍厂 世界红土型银矿开发和高 压酸 浸技 术应用 去年 1 0月 份前 生产成本 从 7 ． 2 0美 元／ 磅镍 降 至 3 ． 1 0 美元 ，仍然 居高，尚未稳 定；②达产 时间延 长 ③ 因改 进材 料和设 备部 件 ，增添新 装 置 ，追 加 了基 建成本 。 产生 上述设 备 和流程 中问题 的原 因是 ① 对于 西澳 “ 干型”红土型镍矿中成分复杂性及粘土含量 估计不足 ；②设备材料的选择对其抗压性 、抗腐蚀 性能不够充分 ；③对西澳水源中含盐度的腐蚀性估 计不足；④精炼 系统设 计结构 中供料 部分能力不 足 ，无应变余地 。此外，这三个厂工业规模的上马 之 前均未经 过小 型工 业试生 产 阶段 也是 一个 明显 的 缺 陷或失误 4红土型镍 矿 利用 发展趋 势 尽管西澳这三个 P AL镍厂设备材料 和流程 出 现这些问题 ，但并非致命性 的，能够予以纠正和补 救 。这三 个项 目均 已生产 出指标 合格 的产品 ，成本 递 减 ，趋 于达 产 。因此 ，世 界上 又有一 批新 的红 土 型镍矿 P AL镍厂的兴建和扩建项 目开始着手进行 ， 发展趋势 十分 明显 ，可以归纳 为 1 由于硫化镍可供开发资源的明显减少，世 界未来十年镍产量的增加将主要来源于红土型镍矿 资源的开发 ，而红土型镍矿资源 开发中 ，P A L技 术发展趋势大于铁镍技术 ； 2 P AL湿 法 技 术 与 红 土 型 镍 矿 的 火法 冶炼 厂的投资成本大体相当，即年生产能力每磅镍 8 ～ l 2美 元 。但 是 ，P AL技 术 的镍 厂在 下 一 轮 兴 建或 扩建项 目中 ，其基建投资将会明显下降； 3 P A L流程 的生产成本在一般情 况下低于 铁镍流程 ，加上 P AL方法耗能明显低于铁镍流程。 因此 ，在经济上 ，P AL技术方 法将显示 出其 优越 性 ； 4 由于 “ 湿型”红土矿资源具有品位较高 、 粘土 少 ，易 于处理 的优 点 ，与 “ 干 型”红 土矿 资源 相比 ， “ 湿 型 ” 资源 的 开 发项 目更 具有 开发 利用 的 优势 5 红土型镍矿的 P AL技术可在 现场生产 出 中间产品氢氧化镍或硫镍 ，由此 可以提供现有镍 精炼厂的扩产或解决供料不足的问题 ，这是 目前西 方许多镍公司所采取的经营方 向。这个经营思路值 得我国借鉴 。 1 收稿 日期 2 0 0 1年 l 1月 2 6日 [ 作者 笳舟] -g振民 教授级 高级工程 师 澳 太利 亚皇 家矿业协 会 高级 会 员 注册地 质 师 59 维普资讯