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 WORLD NONFERROUS METALS 2007.4 从镍红土矿中回收镍的技术进度 兰兴华/Lan Xinghua 1998年在原生镍工业上看似出现了新的曙光，因 为该工业采用了从占镍资源大部分的镍红土矿中回收 镍（和钴）的低成本方法，特别是在西澳大利亚投产 的三家工厂，全都采用了高压酸浸（HPAL）技术， 而后再从高压釜浸出液中用不同方法回收镍和其它金 属。当时估计这些工厂每年生产每磅镍的投资成本约 为5美元，每磅镍的操作成本低于1美元。 尽管澳大利亚这三家工厂的年产量仅为6.3万吨 （约占当时世界镍产量的5），但推广这种技术的潜 力很大，不仅对镍市场有重要影响，而且对处理常规 硫化矿的生产者也有重要影响。1998年下半年，镍价 降至1.75美元/磅，在一些地方，如加拿大安大略省萨 德伯里（Sudbury）深部开采的硫化物矿山，都竭力 使操作成本降至1.50美元/磅，他们感到了硫化物矿开 采的困难和不稳定的未来。 大约7年以后，情况发生了显著变化，即便萨德 伯里硫化矿深部开采的操作成本升至2.50美元/磅， 但因世界市场镍的短缺和金属镍价格高于7.00美元 /磅，镍矿山的生产仍很兴旺。那么，从红土矿中回收 镍的工厂情况又如何 简而言之，澳大利亚的三家工厂未能达到预期 目标，无论是在现货产品的交货方面还是在操作成 本降低方面。失败的主要原因是这些工厂应用了不 适当的技术。没有进行充分的中间工厂试验，给工业 生产留下了太多的问题；在流程选择和设计理念上存 在一些严重缺陷，选用了不适当的结构材料。举例来 说，高压釜的25.4cm球阀，就是因为选用了很差的 镀层，使用不久之后便被腐蚀，每次更换这样一个球 阀的成本，竟高达约20万美元。于是发生了不可避免 的情况设备利用率比预计低的多，维修成本比预计 高的多。使工厂全都陷入经济困境，Bulong厂关闭； Murrin Murrin工厂开工时的设计生产能力为4.5万 吨/年，时至今日，还没有达到这一目标的80。所 以，实际上20世纪90年代末并没有出现镍红土矿处理 技术的新曙光。 目前，镍红土矿处理技术的状况是，从1998年以 来已取得了显著进展，本文将讨论成功应用这些技术 的四个影响因素一是经济上的刺激；二是1998年以 来的技术发展；三是1998年以来公司批准的项目；四 是仍然面临的挑战。 经济上的刺激 Economic stimulus 镍主要（＞70）应用于不锈钢和合金中，因此， 可把镍看成是许多工业的基本“构件”，这就意味 着，随着世界经济的增长，对镍的需求也将增长。和 大多数商品一样，目前镍需求和中国的经济增长紧密 相连。现在镍没有足够的新增产量来满足需求。 过去35年镍需求一直在增长，1970年～1990年年 均增长率为2.8，从90年代初苏联解体后的1993年～ 2003年，年均增长率升至4.0。世界镍供应的增长赶 不上需求的增长，目前每年约短缺5万吨，假如没有新 的生产能力投产，年短缺量可能扩大到20万吨。很显 然，镍生产者希望填补这一供需缺口，这可用多种方 法来实现，例如加速开发小型硫化物矿床，以满足 现有冶炼厂的需要；扩大现有的以硫化矿和红土矿为 原料的冶炼厂生产能力。但遗憾的是最近只有一个新 的大型硫化镍矿床加拿大拉布拉多和纽芬兰的伏伊 希湾（Voisey’s Bay）矿床于2005年末已投产。 经济上的强劲刺激将把大的红土矿项目推向市 场，现已计划在不久的将来建设几个这样的项目。若 计划能完全实现，则新建和扩建项目的潜在影响将使 本来10年的供应过剩。但本文后面将述及这种情况不 可能发生，因为挑战仍然存在。 1998年以来的技术发展 Technology development since 1998 澳大利亚三家工厂的不良记录对1998年以来镍红 土矿处理技术显著进展并无大碍，2004年在美国北卡 罗来纳州夏洛特（Charlotte）召开的美国冶金学会 Technology difficulty of recovering nickel from laterite Technology Equipment 世界有色金属 2007年第4期 （TMS）年会关于红土矿的专题研讨会，很好的评述 了目前以下几方面的进展褐铁矿的高压酸浸；腐殖 土矿的熔炼；用于褐铁矿的Caran法；最新技术。 （1）高压酸浸 由于约70的红土矿资源是褐铁矿型的，高压酸浸 技术受到了最大的关注。从1998年以来，几家大公司， 包括BHP Billiton公司（BHPB）、巴西国有矿业公 司（CVRD）、加拿大的鹰桥公司（Falconbridge）和 国际镍公司（Inco），都已进行技术开发项目，一般地 说，这些项目的流程，都经过高压釜浸出工序，主要的 选择在于矿浆是直接加热还是间接加热；体系中是用 新水还是用含盐水。来自高压釜的浸出液可以用不同 方法处理，以回收镍和其它金属。 BHPB公司和鹰桥公司选用了含盐水体系，这意 味着要选用最耐腐蚀的材料，而腐蚀问题一直是至 关重要的问题。鹰桥公司和设备供应商建立了合作关 系，共同进行材料开发，使材料性能大为改善，其中 就包括阀的镀层，在严密的大规模中间工厂发展计划 中，阀镀层的腐蚀问题得到了解决，最终达到了阀的 使用寿命比澳大利亚工厂所用的阀高几个数量级，这 种改进的镀层技术现已可以商业转让。 重要的是，新的高压酸浸项目只生产用于进一步 精炼镍、钴的中间产品。图1示出了鹰桥公司用高压酸 浸法浸出，再生产混合氧化物（适于该公司 在挪威的精炼厂处理）的流程。 BHPB公司和CVRD公司都倾向于用有 所改变的这种流程生产混合硫化物或氢氧化 物。从1998年以来，唯有Inco公司开发了独 特的流程（如图2），该流程采用了两步溶剂 萃取法，镍从硫酸介质转入盐酸介质，后－ 溶液高温水解，得到氧化镍产品和盐酸，盐 酸可循环利用。 （2）腐殖土矿的熔炼 不含钴腐殖土矿的熔炼开始于20世纪 60年代，首先是在新喀里多尼亚镍冶金公司 （SLN）的Doniambo厂。该技术利用大的 回转空干燥、焙烧和还原含镍和铁的矿石， 而后转入交流电炉熔炼，得到镍铁产品并排 出炉渣，该法被称为回转窑电炉（RKEF） 法。1970年该法被用于鹰桥公司多米尼加 公司（Falconbridge Falcondo）在多米尼 加共和国的工厂，流程有所改变，用立式还 原炉替代了回转窑，用原油作为能源。很显 然，使用原油的工厂面临高能源成本的挑 战，因此多数工厂仍优先选用RKDF法熔炼 技术与装备  WORLD NONFERROUS METALS 2007.4 腐殖土矿，使用廉价得多的媒。但RKEF法的能量效 率仍很低，而且和所有腐殖土矿熔炼操作一样，该法 也不能控制由细粒焙烧产生的排放物。2004年专题研 讨会上的有关论文，大部分都论及了现有工厂能量效 率和排放物处理的改进。 研讨会上没有报告鹰桥公司熔炼腐殖土矿革新技 术的近期发展，该公司技术开发的目的是利用新喀里 多尼亚的Koniambo巨型矿床。1996年该公司制定了 战略计划，在严格评价原有流程后，选定了一个概念 流程，它已经过台架试验和中间工厂试验，并于2005 年验证了全全的、能吸引投资的可行性研究，其成果 是鹰桥公司镍熔炼技术（NST）（见图3）。该技术 解决了能量效率和排放物问题，所用设备已在其它工 业的相关过程和设定条件下应用过，例如，用于准备 还原矿石的闪速焙烧炉就已在水泥工业中应用。应当 指出，NST技术有很高的能量效率，这不仅是因为用 了直流电弧炉，而且是因为电弧炉产生的热气返回使 用，有助于干燥；磨矿和焙烧工序的加热。所有排放 物都在一个烟尘处理系统中捕集。 （3）用于褐铁矿的Caron法 Caron法是20世纪40年代开发的，是处理褐铁矿 矿石最老的方法。该法利用氩气浸出预还原矿石，有 两个超过高压酸浸法的主要优点一是避免了高温高 压；二是浸出剂可循环使用。但由于能耗高和金属回 收率低（典型的镍回收率仅为80，钴55），它没有 成为广泛应用的技术，目前采用该技术的只有4家工 厂。2004的专题研讨会主要报道了在能量效率和金属 回收率方面的显著改进。 （4）新技术 有兴趣的是，几种用于处理红土矿的新技术正受 到评价，不过它们还处于小型或中间工厂试验阶段。 Skye资源公司正在研究用于开发危地马拉红土矿 矿床的常压浸出法，该法把褐铁矿浸出后的剩余酸和 以针铁矿形式沉淀后释放的酸用于浸出大量的腐殖土 组份。 SGS Lakefield公司正在研究一种高压酸浸方 案，该方案特点是，在高压釜内加入元素硫和氧，就 地产生硫酸。这可使矿浆进入高压釜前的预热变得没 有必要，从而显著节约设备成本。 欧洲镍公司（European Nickel）目前正在土耳 其进行大规模堆浸试验，该公司希望于2006年末完成 可吸引投资的可行性研究。 奥托昆普－鲁奇公司（Outokumpu-Lurgi）正在 开发的概念流程是焙烧和流化床预还原褐铁矿或腐 殖土矿，还原后矿石分别用于后一步的Caron法处理 或熔炼镍铁。 1998年以来公司批准的项目 Company’s approved projects since 1998 自1998年以来，大的有色金属公司已仔细研究澳 大利亚三家工厂所犯的错误。目前普遍认为，镍市场 比较稳定，假如能以合理的工程和技术投资建设未来 的工厂，将有获利的机会。1998年以来世界最大的几 家有色金属公司已投入大量资金研发红土矿处理技 术，有些企业集团想把这些技术推向市场。但有趣的 是，这一时期却没有新的红土矿冶炼厂投产。 目前，可能批准的大规模（＞4万吨/年）新建工 厂，其中三家将采用高压酸浸法处理褐铁矿，一家将 从腐殖土矿中生产镍铁。BHPB公司在澳大利亚雷文 斯索普（Ravensthorpe）的工厂将首先于2006年投 产。值得关注的是上述几家工厂生产镍的预计投资成 本CVRD公司在韦尔梅柳（Vermelho）工厂的投 资成本最低，低于10美元/磅年；诺兰达鹰桥公司 （Noranda Falconbridge）在Koniambo的工厂，投 资成本最高，约为17美元/磅年。这种差异表明，在 决定红土矿床能否开发时，还有其它因素在起作用。 应当再次指出，除Koniambo厂将生产镍铁并在 当地销售外，所有高压酸浸法厂都倾向于生产镍/钴中 间产品，而后送到现有的或扩建的精炼厂精炼。 仍然面临的挑战 Challenges confronting ahead 首先必须承认，与硫化矿不同，所有红土矿的弱 点在于，在冶金处理之前不能经过选矿而显著富集。 Technology Equipment 0世界有色金属 2007年第4期 其原因是镍钴实际是在红土矿的固溶体中存在；而 在硫化矿中，两种金属大部分存在于分散的矿物内。 因此，采出的每吨矿石都直接进入冶金处理流程，导 致很高的投资成本和操作成本。 举例来说，用典型的密苏里方铅矿每年熔炼6万 吨铅，只需要＜10万吨/年的铅精矿；而熔炼6万吨 的镍，在原矿品位为2时，则需要300万吨以上的红 土矿矿石。这就意味着，对褐铁矿的加压酸浸过程来 说，大量矿石必须加热到260℃、加压到500kpa；对 从腐殖土矿中熔炼镍铁来说，大量矿石必须加热到 1300℃，而且不能从炉渣中回收热。 对一个项目，大多数公司都要求至少15的投资 回报率，为达到这一点，就要求投资成本为15美元 /磅年，头15年的平均镍价为3.25美元/磅年，操 作成本为1.25美元/磅年或更低。这是对工程和技术 的严重挑战。 目前，镍价大大高于过去15年的平均水平，考 虑到较高的长期镍价，红土矿的处理在经济上可能 是有利的。但在这良好经济机遇期，Capex项目却出 现了相反的情况，由于材料（包括不锈钢）费上升、 工程服务费上升、劳动力（熟练的工程技术人员）费 用上升和外汇汇率的上升，迫使项目的成本上升。大 约5年前，当评价该澳大利亚工厂的是足时，人们认 为生产镍的投资成本可能是12美元/磅年，这一年 产6万吨的工厂将投资15亿美元。但目前情况表明， 除了CVRD公司以外，投资成本已升至14～17美元 /磅年。 不利情况使新建项目更加困难很多潜在的红土 矿项目在边远地区，那里很少或没有基础设施。例如在 新喀里多尼亚和印度尼西亚的一些地区，建立红土矿 处理厂的投资成本仅为项目总成本的25～30，基础设 施如发电厂、港口、公路、尾矿和炉渣的贮存设施、住 宅等占了项目成本的较大部分。而且几乎找不到受过 培训的当地劳动力，对劳动力的寻找、培训和安排，必 须付出很大努力。要使工厂在当地社区生产几十年，还 需要制定就业政策和可持续发展政策。 尽管有这些挑战，但2006～2010年仍将建立新的 红土矿处理厂。因为还没有现成的通用技术，每家公 司都需要利用尽可能多的有利因素，以降低项目的投 资风险，举例如下 （1）BHPB公司在雷文斯索普的工厂，位于西澳 大利亚，那里有各种基础设施，也有劳动力。还可利 用昆士兰镍公司（Queensland Nickel）的镍/钴精炼 厂，从来自雷文斯索普厂的混合氢氧化物中间产品中 精炼镍/钴。 （2）CVRD公司的韦尔梅柳项目，地点离该公司 的铁矿开采地很近，已有基础设施如电力和铁路； （3）Inco公司的Goro项目，可将高压酸浸后的尾 渣返回矿山充填。 这些大项目尚且要尽量降低基础设施费用，较小 的企业就更要注意潜在的危险。虽然小企业的技术有 所创新，有较低的投资和操作成本，但降低总成本的 余地却很小，因为基础设施成本总是占大部分－200公 里公路就是200公里公路，对年产1万吨和年产6万吨的 工厂都一样。 结论 Conclusion 1998年澳大利亚三家工厂失败的教训已被记取， 下一代红土矿冶炼厂所用的流程和工程数据都将较为 合理。由于镍需求将很强劲，2006～2010年将建立几 家大的新厂。平均镍价正在上升，这些公司将找出有 创造性的方法，提高新厂的经济效益。 前进的道路可能还有些曲折，镍需求总有下降的 可能性，一是因为可以预测的因素，例如，假如高镍 价持续时间太长，则在某些应用领域和镍可能被其它 材料替代；二是因为不可预测的因素，例如石油价格 大大上升、世界经济滑坡、中国经济发展放慢等等。 总而言之，对这些新项目来说，尽早进入市场，使现 金流早日最大化，乃是成 功的关键。 镍红土技术确有了 新的曙光，但尚未阳光普 照，要把红土矿冶炼厂照 得比硫化矿冶炼厂更高， 还需要几年时间。 技术与装备