国内外红土镍矿处理技术及进展.pdf

第1 8 卷专辑l V 0 1 ．1 8S p ∞i a ll 中国有色金属学报 T h eC h i n e s eJ o u r n a Io fN o n f b r r o u sM e t a I s 2 0 0 8 年6 月 J Ⅱ．2 0 0 8 文章编号1 0 0 4 0 6 0 9 2 0 0 8 S 1 ．0 0 0 1 ．0 8 国内外红土镍矿处理技术及进展 王成彦，尹飞，陈永强，王忠，王军 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 “ 摘要综述了国内外红土镍矿的处理现状。指出红土镍矿的开发要综合考虑矿石镍、钻含量和矿石类型的差异， 以及当地燃料、水、电和化学试剂等的供应状况。现阶段回转窑干燥预还原一电炉还原熔炼工艺在红土镍矿的开 发中仍占主导地位，加压酸浸法随着大型压力釜制造技术的成熟也越来越受到重视和应用。我国在红土镍矿的工 程化方面很欠缺，元江贫红土镍矿的开发必须综合考虑镁的产品结构和经济利用，元石山镍矿的开发必须考虑铁 的综合利用。 关键词红土镍矿；加压浸出；镍 中图分类号1 1 F8 1 5文献标识码A W o r l d w i d ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g i e sa n dp r o g r e s so f n i c k e ll a t e r i t e s 珊蝌GC h e n g - y 弛Y 矾F e i ，C 胍NY o n g - q i a n g ，珊州Gz h o n g ，、 l c f 悄GJ 岫 B e i j 咄G e n 啪lR e s e a r c hI n s t i t I l t eo f M i n i n g M e t a l l u r g y ，B e 狮g1 0 0 0 4 4 ，C h 岫 A b s t r a c t 1 1 l cw o r l d w i d ep r O c e s s i n gs t a t L I so fn i c k e l I a t e r i t eo 化si sr e 、r i 州e 正T h eo v e m ne x p l o r a t i o no fl a t e r i t en i c k e l n e e d st oc o n s i d e rt h ec 0 1 I t 伽晦o fn i c k e Ia n dc o b a l ti no 把s ，o r e 白，p e s ，a n dt h es u p p l i e so ff h e l ，w 砷％e l e c t r i c i 饥c h e I I l i c a l r e a g c 玎临i nl o c a la r c a ．C u r r e n t l y ，m ep m c e s so f 蛐ga n dp r c - r e d u c i n gb yr o t a D rk i l n - e l c c t r i cf I l n l a c em d l I c i n gs m e l t i n g i ss t i l ld o I n j m t i I l gf o rt h ee x p l o m 石o no fn i c k e l l a t e r i t e ．M e 锄w h i l e ，p r e s s u r ea c i dl e a c h i n ga t t m c t s 删c ha 删i o n 断 舯a c t i c a la p p l i c a t i o nw i 也m ed e V e l o p m e n to ff a 嘶c a t i o nt e c h I l o l o g yo fl a r g e - s c a l ep r e s s u r e r e a c t i o nk e m e ．T h c e n 百n e e r i n gi n t e g r a t i o ni nl a t 甜bn i c k e lo r e si ss t i l l 砌e q 眦i nC l l i n a ，f ．o ri 璐t a I l c e ，t h ep r o d l l c td i s 仃i b u t i ∞a n d c c 伽硎cu t i l i z a t i 叻o fm a 罢皿e s i 啪m 鹏tb es y s t 锄a l i c a l l yc 咄i d e r e dd 埘n g 出ee x p l o f a t j o no fd e f i c i 锄t1 a 矧t en i c k e li n 删i 锄ga r e a ，a n dt l l eo v e r a l lu t i l i z a n o no ff b r r o l l ss h 叩l db ee v a l u a t e d 勰w e Uf o rt h ee x p l o m t i o no fY 咖s “M o u n t a j Ⅱ O I 弓S ． 1 【e yw o r d o I l i c k e l l 砌t e s ；p r e s s u r el e 扯h i l 唱；n i c k e l 2 0 世纪8 0 年代以来，中国经济取得了高速的发 展，有色金属消费需求旺盛，1 9 9 3 2 0 0 3 年的1 0 年间， 中国精镍的消费量年平均增长率高达1 2 ％。2 0 0 3 年国 内矿山生产镍约6 万t ，消费量约1 2 ．3 万t ，供需缺口 约6 ．3 万t ；2 0 0 4 年国内精炼镍产量近8 万t ，消费量 达到1 4 ．6 万t ；2 0 0 5 年中国的镍消费量为1 8 ．9 万t ， 年同比增长2 0 ．5 5 ％；2 0 0 6 年镍消费量达2 5 ．5 万t ，成 为近年来全球镍消费增长最快的国家，消费量连续3 年世界第一。但我国镍市场受国内资源状况的制约， 国内自产镍的生产却没有大的改观，镍资源自给率不 断下降，已由2 0 0 2 年的6 2 ％下降到2 0 0 6 年的5 l ％。 消费的高速增长与生产的艰难发展日益加剧着我国镍 的供需矛盾。 镍的资源类型通常分为硫化镍矿和氧化镍矿二 类。从世界范围看，目前约有7 0 ％的镍是从硫化镍矿 中提取的，但赋存在氧化矿床中的镍却占镍储量的 基金项目国家重点基础研究发展计划资助项目 2 0 0 7 C B 6 1 3 5 0 5 ；国家高技术发展计划资助项目 2 0 0 6 从0 6 2 1 3 1 ；国家自然科学基金资助项目 5 0 6 7 4 0 1 4 通讯作者王成彦，博士，研究员电话0 l O 一8 8 3 9 9 5 5 l ；B m a i l w c h y 3 2 0 7 s i n a ．啪 万方数据 中国有色金属学报 2 0 0 8 年6 月 6 5 ％一7 0 ％，这是一个很大的矛盾。随着硫化镍资源和 高品位红土镍矿资源的逐渐减少，大量存在的品位在 1 ％左右的红土镍矿的经济开发日益为人们所关注。 氧化镍矿是含镍橄榄石经长期风化淋滤变质而形 成的矿物，由于矿床风化后铁的氧化，矿石呈红色， 因而通称为红土矿 L a t e r i t e 。根据矿石中铁和镁含量 的不同，含镍红土矿可以简单地分为褐铁矿类型和残 积矿类型。一般残积矿类型氧化镍矿含镁较高，而褐 铁矿类型镍红土矿含铁较高而含镁较低。 现有红土镍矿处理技术概况 在红土镍矿处理方面，比较成熟的冶炼方法包括 回转窑干燥预还原一电炉熔炼法 鼬江F 、烧结一鼓风炉 硫化熔炼法、烧结一高炉还原熔炼法、还原焙烧一氨浸 法和高压酸浸法。此外，堆浸法、羟基法、氯化水浸 法、氯化挥发法、氯化离析法等也有小规模的生产或 进行过试验研列卜刚。上述处理方法均有各自的适应 性，需要根据矿石镍、钴含量和矿石类型的差异，以 及当地燃料、水、电和化学试剂的供应状况等的不同， 选用适宜的冶炼工艺。从总体上说，氧化镍矿的处理 主要分为火法冶金和湿法冶金两种。 1 ．1火法冶金 火法冶金主要处理含镍1 ．5 ％一3 ％、F e l 0 ％ 4 0 ％、 M 9 0 5 ％一3 5 ％、C r 2 0 3 1 ％之％的含镍品位较高的变质橄 榄岩。冶炼工艺主要包括回转窑干燥预还原一电炉熔 炼法 鼬 F 、烧结一鼓风炉硫化熔炼法、烧结一高炉还 原熔炼法等，产品主要为镍铁合金和镍锍产品，镍铁 合金主要供生产不锈钢，镍锍则须经转炉进一步吹炼 生产高冰镍产品。日本大江山冶炼厂则采用回转窑高 温还原焙烧产出粒铁，经磁选、跳汰富集产出含镍大 于2 0 ％的镍铁合金供生产不锈钢，并被公认为是目前 最为经济的处理红土镍矿的方法。 1 ．1 ．1 回转窑干燥预还原一电炉还原熔炼法【1 ．2 】 回转窑干燥预还原一电炉还原熔炼是处理红土镍 矿的经典工艺。含水约3 0 ％的红土镍矿经回转窑在 8 0 0 ℃干燥脱水和预还原处理后，再送入矿热电炉， 在约15 5 0 l6 0 0 ℃的高温下还原熔炼产出含镍 1 5 ％的镍铁，再经转炉进一步精炼富集至2 5 ％以上 出售，供生产不锈钢。具有工艺适应性强、流程简短、 镍回收率高等特点。国外已有多个生产厂家采用该工 艺，所使用的矿热电炉功率最大为8 50 0 0k V A 。中国 有色矿业集团有限公司拟在缅甸投资建设的达贡山镍 冶炼厂也采用该冶炼工艺，设计年生产规模3 万t 镍， 设计的矿热电炉功率为8 00 0 0k v - A 。 回转窑干燥预还原一电炉还原熔炼法的致命缺点 是无法回收镍矿中的钴，对钴含量较高的氧化镍矿并 不适用。由于工艺能耗高，从经济角度上考虑，适宜 于处理镍含量大于2 ％、钴含量小于0 ．0 5 ％的矿石，且 要求当地要有充沛的电力或燃料供应。国外采用回转 窑干燥预还原一电炉熔炼法的有关生产厂家及基本情 况见表1 。 1 ．1 ．2 烧结一鼓风炉硫化熔炼法 鼓风炉硫化熔炼也是经典工艺，在前苏联和北欧 使用较多，如列日镍厂 2 台1 1 ．7m 2 鼓风炉、一台2 0m 2 鼓风炉，年产60 0 0t 金属量的低冰镍 、乌法列伊镍 公司 6 台2 0m 2 鼓风炉处理含镍0 ．7 6 ％的氧化镍矿2 0 0 万t 、奥尔斯克镍厂等。红土镍矿在配入适量的C a O 和S i 0 2 后，在约11 0 0 ℃下烧结成块 或挤压成团、自 然晾干 ，再配入2 0 ％左右的黄铁矿和约2 0 ％v 3 0 ％的 焦炭，在鼓风炉内约13 5 0 ℃的温度下熔炼，产出含 镍8 ％一1 5 ％的低冰镍产品。镍回收率通常可以达到 8 5 ％以上，并可以回收钴。由于镍回收率低，适用于 处理含镍大于1 ％的红土镍矿。 近几年，随着红土镍矿的大量进口，国内也建成 了数家采用鼓风炉硫化熔炼生产低冰镍的冶炼厂，但 所使用的鼓风炉较小，一般在2 ．5r n 2 左右，如辽宁朝 阳附近建有几十台2 ．5m 2 的鼓风炉，由于环保治理措 施不到位，管理粗放，污染比较严重。在内蒙古自治 区武川县建有一座6m 2 的鼓风炉，年处理红土镍矿8 万t 。广东河源市金宇有色金属有限公司建有一座8m 2 的鼓风炉，年处理含镍铜的电镀污泥1 0 万t 。 和回转窑干燥预还原一电炉还原熔炼工艺相比 较，鼓风炉硫化熔炼具有工艺简单、投资低、操作简 便、用电量低等优点。如果当地有充沛的硫化铁矿或 石膏矿供应，且不考虑铁的回收，鼓风炉硫化熔炼应 该是一个经济可行的选择。 鼓风炉硫化熔炼需要预先对氧化镍矿进行干燥 或烧结处理，同时需要对鼓风炉产出的低浓度S 0 烟 气进行吸收处理。 1 ．1 ．3 烧结一高炉还原熔炼法 ．烧结一高炉还原熔炼工艺是具有中国特点的我国 独创的工艺。随着国家产业政策的调整，大量5 0 0m 3 以下的炼铁高炉被淘汰。但由于国内不锈钢用镍紧张， 红土镍矿大量进口，加之当地政府为了解决就业问题 和创造税收，这些被淘汰的高炉又被用于红土镍矿的 处理，生产含镍3 ％一5 ％的镍生铁。 从技术层面讲，烧结一高炉还原熔炼工艺存在着 高炉体积利用率低、焦炭消耗量大、烧结污染严重、 万方数据 第1 8 卷专辑l 王成彦，等国内外红土镍矿处理技术及进展s 3 表l 国外采用回转窑一电炉熔炼法的有关生产厂家及基本情况 T a b I elN i c k e ls m e l t i n ga n db a s i cs t a t u si I lf o r e i g na d o p t i n gR K E Fp r o c e s s 国别工厂名称原料及成分肠 嘉曩篇享黟 主要技术经济指标 红土矿N i 2 ．2 、 P o m a l aP l a n tC o0 ．0 5 、F e1 3 、M g O2 4 、 镍铁丸 1 ．1 ，．。 S i 0 2 3 8 、C a 00 ．4 、A 1 2 0 31 ．4 叫肥 高镁质硅酸镍矿焙砂耗油量7 5k 卧，镍回收率 9 0 ％， S o m a k o P l a n tN i2 ．3 、M 9 0 2 4 、 高冰镍 4 ．54 50 0 0k V A 电炉3 台， S i 0 23 5 4 0 、F e2 0电炉能耗5 6 0 “o ok W - M ．矿。 日本 乌克兰 大江山冶炼厂 八户冶 炼厂 波布日斯 科镍厂 高镁质硅酸镍矿 N i C o2 ．5 、M 9 02 0 2 4 、 S i o ，～4 5 、F e1 0 ～1 5 高镁质硅酸镍矿 N i C o 2 ．5 、M 9 0 2 4 、 S i O ，4 0 4 5 、F e l 0 1 5 镍铁 镍铁 c 。篡冀；器0 纥 镍铁 C 00 ．0 6 、S i O ，4 5 、F e2 2 ⋯一 1 ．3 2 ．6 回转窑高温还原焙烧产出粒铁， 经磁选、跳汰富集产出镍铁合金， 镍回收率 9 5 ％ 回转窑干燥还原温度10 0 0 ℃， 铁还原率6 0 ％，6 00 0 0k V A 电炉l 台，镍铁合金含镍1 3 ％一1 5 ％ 产出的粗镍铁采用三段精炼法， 干燥无烟煤消耗1 0 0k g ／t 一矿， 电炉电耗7 9 0k W h ／t ．矿 红土矿N i2 ．9 7 、C oO ．0 6 、5 10 0 0k v A 电炉，镍铁合 哥伦比亚塞罗马托萨厂 w S i 0 2 M M 9 0 镍铁 3 金含镍4 2 ％4 7 ％， 三三丝 里 堡回堕垩 墨 丛 生兰盛奎墨 丝虹 多米尼加博纳阿厂甏蒙篙嬲嚣镍铁 S I U ，3 5 、M g UZ ，、上．el ’7 5 50 0 0 k v A 矩形电炉3 台，镍回收 3 ．3率～9 3 ％，电炉能耗5 0 0k w l l ／t - 矿， 镍铁合金含镍3 2 ％ 4 0 ％ 镍生铁含磷高、镍回收率低等缺点；同时，由于镍生 铁出售时铁、钻均不计价，加之最近海运费用和冶金 焦价格飚升，在目前镍价2 5 万元左右的状况下，烧结 一高炉还原熔炼法已经很难维持。 1 ．2 湿法冶金 世界范围内大规模工业应用的湿法冶金生产工 艺主要有两种还原焙烧一氨浸法和加压酸浸法。近 年来，我国有关单位借鉴低品位铀矿和低品位氧化铜 矿的堆浸技术，开展了低品位氧化镍矿的堆浸实践， 并取得了一定进展。 1 ．2 ．1 还原焙烧一氨浸法【1 ，8 】 对于含M g O 大于l O ％、含镍l ％左右且镍赋存状 态不太复杂的红土镍矿，通常采用还原焙烧一氨浸工 艺处理，其主要优点是试剂可循环使用，消耗量小， 能综合回收镍和钴缺点是浸出率偏低，镍、钻金属 回收率分别为7 5 ％一8 5 ％和4 0 ％“O ％。而对于含镍蛇 纹石类的红土镍矿，如我国的元江镍矿，则不适宜采 用还原焙烧一氨浸工艺。采用氨浸法的生产厂有古巴 的尼卡罗冶炼厂、印度的苏金达厂、阿尔巴尼亚的爱 尔巴桑钢铁联合企业、斯洛伐克的谢列德冶炼厂、菲 律宾的诺诺克镍厂、澳大利亚雅布鲁精炼厂及加拿大 I N C O 的铜崖铁矿回收厂等。国内，由北京矿冶研究 总院设计的青海元石山镍铁矿也采用了还原焙烧一氨 浸工艺，正在建设年处理4 0 万t 镍铁矿的冶炼厂，预 计将于2 0 0 8 年8 月进行试生产。国内外采用还原焙 8 5 5 2 一 微 一 舭一一镞一 锨 一 一一一一一一一一一～一一 一～一～一一一～一一一一一一一一．|一一一一匾业一一。l 嘞肝一 一舡一一一一 一 一 一 ～肛一一一 一 一 万方数据 中国有色金属学报 2 0 0 8 年6 月 烧一氨浸法的有关生产厂家及基本情况如表2 所示。 1 ．2 ．2 加压酸浸法1 2 1 1 对于含镁小于1 0 ％，特别是小于5 ％的红土镍矿， 比较适合采用硫酸加压酸浸 H P A L 的全湿法流程。红 土镍矿在高温 2 3 0 2 6 0 ℃ 和高压 4 5M P a 下用硫酸 浸出，可以获得较高的镍、钴回收率，镍、钴回收率 通常为9 0 ％一9 5 ％。加压酸浸工艺经济指标主要受硫酸 消耗量的影响，因而含镁量和硫酸成本的高低直接影 响该工艺的应用。通常加压酸浸工艺可以经济地处理 含镍1 ．3 ％以上的低品位矿石。 加压酸浸工艺自2 0 世纪5 0 年开始，在古巴毛阿 M O A 开始应用，经过接近4 0 年的运营，证明该工艺 是经济可行的。目前该厂年生产镍量约3 20 0 0t ，产品 为混合镍钴硫化物精矿，为加拿大一家镍精炼厂提供 原料，采用帕丘卡槽作为加压浸出设备，被认为是红 土镍矿加压酸浸工艺的鼻祖。 西澳大利亚的3 个镍红土矿加压酸浸厂自建成投 产以来并未取得预想的效果，使得红土镍矿加压酸浸 的投资热度有所降低。考斯镍冶炼厂1 9 9 9 年投产，是 成功地从含镍红土矿中直接生产出电积镍的冶炼厂， 但因处理流程过于繁长，试生产期间就发生了资金链 断裂问题而停产，后被O M G 公司收购。和考斯厂同 时投产的布隆镍冶炼厂的设计能力为90 0 0t ／a 阴极 镍，加压浸出液经石灰中和除杂后直接采用萃取一电 积生产阴极镍，由于硫酸钙问题导致萃取一电积无法 正常运转，萃取三相多、镍阳极板变形、腐蚀，最终 因经营不善而破产。穆林穆林厂设计能力为4 ．5 万讹 氢还原镍粉 镍块 和30 0 0 讹电解钴。投产后的前三 年仅达到设计能力的6 5 ％，主要是为了节省投资，在 施工过程中使用了较多的替代材料。后经改进，目前 已达到设计能力的8 0 ％以上。 上述3 个红土镍矿加压酸浸厂的主体工艺是成功 的，但局部问题影响了整个工艺的贯通。正是基于这 一看法，镍红土矿加压酸浸法越来越受到重视和应用。 国内外采用加压酸浸工艺处理镍红土矿的主要生产厂 家及基本情况如表3 所示。 1 ．2 ．3 堆浸法 2 0 0 1 年，我国有关单位借鉴低品位铀矿和低品位 氧化铜矿堆浸的成功经验，针对云南元江镍矿的开发 开展了低品位氧化镍矿的堆浸实践，虽然存在镍、钴 浸出率低m i ～6 0 ％、C o 4 0 ％，渣含镍 0 ．4 ％ 、硫酸消 耗量大 7 0tH 2 S O 以N i 、硫酸镁溶液直接排放等一系 表2国内外采用还原焙烧一氨浸法的有关生产厂家及基本情况 T a b l e 2N i c k e ls m e l t i n g 蛐db a s i cs t a t I l si nw o r l da d o p t i n gR e d u c t i v eR o a s t i n g 舳dA m m o r i aL e a c h i n gp r o c e s s 国别工厂名称原料及成分脱 产品种类蒹要 主要技术经济指标 印度S u k i n d a P l 锄‘ 红土矿N i0 ．和1 ．2 、金属镍粉 48 0 0 C o0 ．0 4 o ．1 、F e3 0 ～5 8金属钻粉2 0 0 菲律宾诺诺克镍厂红土矿．N i l ．2 3 、F e3 7 、C o o ．1 镍粉镍块3 ．1 1 0 4 州潲篙嚣攀3 、 藉主 雅布鲁精炼厂红土矿N i1 ．5 7 、F e3 。、c o ．1 烧结N i o3 1 0 4 回收率N i 8 3 ％、c 0 4 。％ 肇爱尔巴桑镍冶炼厂嚣，麓篙堂嚣竺、镍块5 o o o 黧孙 蓑霎 删德厂茹2 。翟篙三艺竺黧3 嚣瑚然黧舞畿舶， 巴西圣保罗精炼厂氧化镍矿．⋯s ％ 詈鬈嚣1 掣 士田脚黼高鬻淼黑≯⋯；叭洲扩锻粹碣淼淼1 0 刚“ ～切格瓦纳镍冶炼厂高器羔皇≯烧籼0 2 ．3 州 中国 夏妻量夏， 镍铁氧化矿Ⅻm 9 、F e3 2 、 毽型箩 30 0 0 钴浸出耄 ％，N H ，消耗1 2 k 婀， 镍冶炼厂 C o0 ．0 6 、S i 0 2 ～1 8 、M g O ～5 酸镍 ⋯。 电耗95 0 0k W h ／t ．N i ， 煤5 0 似N i ，成本5 60 0 0 ／t ．N i 万方数据 穆林穆林厂红土矿N i l ．2 4镍4 ．5 酸耗4 0 0k 卧．矿、浸出液含游离酸7 5g ／L ； 油士 N i 、C o 回收率大于9 5 ％，生产成本5 澳元／t - N i 箍～热凇嚣’熙㈣ 意爰恭艄黧 t ＆， 红土矿N i l ．9 、C o0 ．0 8 、2 5 0 ℃、1 ．3h 、压力4 ．1M P a ，酸耗5 2 0k 砂矿、 ”“⋯ F e1 8 、S i 0 2 4 2 ．5 、M 9 0l 2 浸出液含游离酸5 0 7 0g ／L ；N i 、C o 回收率9 4 ％ 田南面落 2 5 0 ℃、压力3 ．9 M P a ，酸耗2 7 0 k ∥t - 矿、 ≮” 。拉姆冶炼厂 红土矿N io ．9 、c oo ．1电解镍3 ．3浸出液含游离酸3 0 4 0g ／L ； ～”一 N i 、C o 回收率大于9 5 ％，成本 2 ．9 8k 叠．N i 古巴毛阿冶炼厂篙妻。嚆薹≥黜≯M 揣轳。蘸爰} 豢溉 列的问题，但受国内镍资源短缺和世界镍价的影响， 加之生产规模较小，对资源破坏和环境影响尚不严重， 该工艺目前尚能维持。但若考虑大规模的工业开发， 该工艺对资源的破坏和环境的影响显然非常严重，即 便考虑对硫酸镁进行回收。硫酸镁的销售也存在很大 的问题，若按年产50 0 0t - N i 、镍回收率5 0 ％、镁浸出 率6 0 ％计算，年产结晶硫酸镁将达到1 0 0 万t ，而每 年3 5 万t 硫酸的采购和运输也是一个很棘手的问题。 2国内红土镍矿处理技术的研究及 进展 国内早在2 0 世纪6 0 年代就开展了红土镍矿处理 技术的研究，主要工作围绕着阿尔巴尼亚爱尔巴桑镍 铁矿 援阿试验 、元江镍矿和元石山镍矿开展。但受 我国镍矿资源条件所限 8 6 ％为硫化铜镍矿、红土型镍 矿只占9 ．6 ％ ，直到近几年才取得了一些突破【7 - 10 1 。 2 ．1 阿尔巴尼亚镍铁矿的开发利用研究 2 0 世纪6 0 年代，在阿尔巴尼亚爱尔巴桑镍铁矿 的开发利用过程中，以北京矿冶研究总院为骨干，联 合国内多家单位，针对阿尔巴尼亚镍铁矿的具体特点， 先后完成了系统的火法冶金和湿法冶金的试验研究。 火法冶金采用回转窑干燥预还原一电炉熔炼工艺，产 品主要为镍铁和半钢渣，铁从半钢渣中回收；湿法冶 金采用二段还原焙烧一氨浸工艺，产品为氢还原镍粉 镍块 。两种方案均在国内完成了半工业试验，取得 了比较理想的结果。在此基础上阿尔巴尼亚选择了二 段还原焙烧一氨浸工艺，于2 0 世纪7 0 年代末建成了 镍铁矿冶炼厂并生产至今。 2 ．2 元江氧化镍矿的开发利用研究 2 ．2 ．1 资源特点 发现于2 0 世纪6 0 年代的云南元江镍矿 也称为 墨江镍矿 ，是一个典型的高M g O 含量的蛇纹石结合 型贫红土镍矿，金属镍储量4 3 万t ，平均含镍0 ．8 3 ％、 含钴0 ．0 8 ％。工艺矿物学研究表明，该矿床的矿化经 过了母岩蛇纹石化和褐铁矿化两个过程，使镍在褐铁 矿及硅酸盐矿物 蛇纹石、绿泥石等 中富集成矿。 X 射线衍射、显微镜观察及扫描电镜分析等手段 进行的矿物检测表明，原矿物主要有褐铁矿、磁铁矿、 赤铁矿、铬铁矿、叶蛇纹石、绿泥石等，同时还含有 少量铬铁尖晶石、橄榄石、顽火辉石、及斑铜矿、方 铅矿、菱铁矿方解石等。原矿中，褐铁矿主要呈薄膜 状分布于硅酸盐矿物表面，是主要的含镍矿物。蛇纹 石是由母岩 橄榄石或辉石 蛇纹石化而形成，含有一 定量的镍，也是主要的含镍矿物，绿泥石中也含有一 定量的镍。 化学分析表明，该红土镍矿除含镍、钴外，尚含 有约1 2 ％的F e 、约2 8 ％的M g O 、约8 ％的A 1 2 0 3 和约 3 5 ％的S i 0 2 ，C a O 含量小于0 ．5 ％。 2 ．2 ．2 研究进展概况 受元江镍矿中镍赋存状态的影响，自2 0 世纪6 0 年代以来，国内对该矿的开发利用虽然进行了大量的 研究，提出了一系列的处理方案，如还原焙烧一氨浸、 中温氯化焙烧．氨浸、氯化离析．湿式磁选、氯化离析一 氨浸等，但终因技术或经济方面的原因而没能实现工 业应用。前苏联工作者提出了回转窑干燥预还原一电 炉还原熔炼生产镍铁、炉渣生产钙镁磷肥的工艺方案， 在完成半工业试验的基础上进行了施工设计和冶炼厂 的初步建设，后因种种原因而终止。 万方数据 中国有色金属学报2 0 0 8 年6 月 从经济上来说，采用回转窑干燥预还原一电炉还 原熔炼生产镍铁的方案处理元江红土镍矿并不可取， 主要有以下几方面的原因1 气候原因。元江镍矿地 处亚热带地区，降雨量大，矿石含水量一般在3 0 ％以 上，干燥预还原需消耗大量的燃料。2 渣型的选择。 元江镍矿中M g O 含量高，为降低炉渣的熔点和粘度， 熔炼时需配入大量的C a O 造渣。3 焦炭及燃料的供应。 元江地区附近没有焦炭和燃煤，由于没有铁路，运输 费用和价格昂贵。4 副产品的销售。钙镁磷肥在当地 没有销路。5 电炉还原熔炼电耗较高。按平均含镍 O ．8 3 ％、电炉熔炼回收率9 0 ％、每吨矿耗电7 0 0k W ．h 元 江红土镍矿炉渣熔点高1 、C a O 加入量2 0 ％计算，仅电 炉还原熔炼一项的电耗就超过1 ．1 1 0 5k w l 儿N i ，基 本不存在经济处理的町能。 1 9 9 5 年，在元江县政府的资助下和总结前人所做 工作的基础上，北京矿冶研究总院采用氯化离析一焙 砂氨浸一萃取分离方法对元江红土镍矿的处理进行了 研究，取得了镍浸出率大于8 0 ％、钴浸出率大于5 0 ％ 的较好结果，但经济上的可行性尚存在较大的疑问， 加之氯化离析的腐蚀问题，该项研究也最终停止。 最近几年，一些投资者采用硫酸直接浸出工艺对 元江红土镍矿进行了处理。但如前所述，该工艺并不 具备大规模工业应用前景。 总结国内外对元江镍矿所作的有关工作可以清楚 地看出，前述所有处理工艺均是以回收矿物中的镍和 钴作为最基本的出发点，而把矿物中所含的价值最高 的镁作为一种有害杂质进行处理。按金属价格计算， 元江贫红土镍矿的价值组成如下 按lt 计算 8 ．3k g 镍，价值约l6 6 0 ；0 ．8k g 钴，价值约2 8 0 元；1 7 0k g 镁，价值约34 0 0 元。金属镁的价值几乎为镍、钻价 值的2 倍。因此，元江镍矿开发利用的关键不在于镍、 钴的回收，而在于对镁的合理开发和利用，而镁合理 开发和利用的关键在于镁的产品结构。 在镁的产品中，应用最为广泛的是金属镁和M g O 耐火材料，尤其是金属镁，在镁合金新材料领域需求 量巨大。因此，在元江贫红土镍矿开发方案的选择中， 一定要以能生产出金属镁或M g O 耐火材料为前提， 在此条件下再选择具有镍、钴回收率高、试剂消耗少、 经济可行的新工艺。 基于对元江贫红土镍矿的全新认识和上述构想， 在国家自然科学基金委员会的资助下，北京矿冶研究 总院开展了高镁贫镍矿非常规介质温和提取新工艺的 基础理论研究，取得了重大进展；2 0 0 6 年，该项目得 到了国家科技部高技术研究发展计划 8 6 3 计划 的进 一步支持，开展了详细的工艺试验研究。研究表明， 在1 5 0 ℃、0 ．3 5M P a 的温和浸出条件下 传统的硫酸加 压浸出需要2 5 0 ℃、4 ．2m a 的浸出条件 ，镍、钴、镁 的浸出率均可以达到9 5 ％以上，铁、铝、锰和二氧化 硅基本不浸出；浸出液经M g O 中和沉淀镍、钴后，溶 液中的镁可以再以轻质M g O 的形态产出 M g O 含量大 于9 8 ％ ，浸出试剂可循环利用。该工艺不仅充分回收 了镍、钴、镁，试剂消耗少，而且矿物中的镁以轻质 M g O 的产品形态产出，可以进一步加工生产金属镁或 M g O 耐火材料；同时，由于实现了浸出剂的低成本循 环利用，吨镍加工费用大大降低，是一个很有前途的 处理高镁质镍矿的新工艺。镁质镍矿处理新工艺流程 如图l 所示。 图l 镁质镍矿处理新工艺流程 F i g ．1P r i n c i p l en o ws h e e t0 nn e Wt c c l l n o l o g yo fm 弘e s i u m - r i c hl a t e r i a t eo r e se x n a c t i o ni nu n c o n v e n t i o n a lm e d i 啪 2 ．3 元石山镍矿的开发利用研究 2 ．3 ．1 资源特点 发现于2 0 世纪6 0 年代的元石山镍矿地处青海省 海东地区平安县古城乡，矿体由铁镍矿、硅镍矿、镁 镍矿及铁矿4 种矿石类型组成，镍在铁镍矿石中含量 最高，平均达O ．9 7 ％，镁镍矿石次之，为0 ．4 1 ％，硅 镍矿石最低，为0 ．3 8 ％；铁是铁镍矿中主要伴生元素， 全矿区铁镍矿石平均品位达3 1 ．5 2 ％，钴在铁镍矿石中 含量稍高，平均含量0 ．0 5 7 ％，镁、硅矿石次之。根据 青海省国土资源厅批准的平安县元石山铁镍矿区矿 产资源储量套改结果批准书，批准的储量为镍预可 采储量7 8 7 0 3t ，资源量5 7 7 4 8t ；钴预可采储量4 3 7 8t ， 基础储量5 4 7 2t ；铁矿石预可采储量5 6 l 万t ，基础储 量7 0 】万t 。 2 ．3 ．2 研究进展概况 2 0 世纪7 0 年代，北京矿冶研究总院、昆明冶金 研究院等在地质勘探工作的基础上开展了多种冶金工 万方数据 第1 8 卷专辑l王成彦，等国内外红土镍矿处理技术及进展s 7 艺的试验研究，先后完成了回转窑还原焙烧一氨浸工 艺和鼓风炉还原硫化工艺的小型和半工业试验，但终 因当时的条件所限，该项目最终没能继续下去。 随着我国资源开发热潮的兴起和对不可再生资 源综合回收利用的重视，元石山镍矿的开发再次被提 到了日程上。 表4 列出了元石山最具回收价值的铁质矿的组 成，镍约占原矿总值的5 0 ％，铁约占4 4 ％，二者价值 相差无几。因此，冶炼工艺的选择方面，在保证镍回 收率的前提下，考虑铁的综合回收很有必要。 表4l t 元石山铁镍矿的价值组成 T h b I e4V h l u ec o n s t i t u t i o no f Y h a n s h i s h a nl e a nn i c k e ll a t e r i t e 1 加压酸浸工艺 根据目前所完成的试验研究结果，采用湿法加压 硫酸浸出工艺处理元石山红土镍矿从技术上是可行 的，在2 5 0 ℃、4 Ⅷa 的浸出条件下，镍浸出率高达 9 8 ％，钴也可以达到9 3 ％以上。 但加压酸浸工艺对于青海元石山镍项目来说存 在如下的不利因素 ①生产工艺复杂，工艺环节多，辅助配套设施较 多。主要工序包括矿石原料制备、矿浆预热、高压锅 炉站、加压酸浸、减压闪蒸、矿浆中和、浸出渣浓密 洗涤、溶液除杂、硫化沉淀镍钴、废水废渣处理、尾 矿设施等1 1 个主要工序。 ②对设备质量要求较高。国内厂家尚不具备加工 制造1 5 0m 3 以上、耐压5M P a 的高压釜和4 5M P a 高压泵的能力，高压釜和高压泵需进口解决或委托国 外厂家设计制造，设备投资大。 ③试剂消耗高。由于采用2 5 0 ℃、4m a 的浸出 条件，浸出后液游离酸仍高达4 0g ／L 左右，致使大量 的铁被浸出，因而酸耗较大，每吨矿石浸出酸耗约3 0 0 k g ．H 2 S 0 4 ，考虑到元石山红土镍矿的镍含量较低，按 含镍0 ．9 7 ％、镍回收率9 5 ％计算，折合吨镍的硫酸消 耗将高达3 3t 。 ④加压釜结疤严重。目前影响红土镍矿湿法加压 酸浸冶炼厂的一个重要问题是加压釜的结疤问题。由 于结疤严重，生产厂家每年不得不浪费2 ～3 个月的时 间，停产清除加压釜的结疤。 ⑤由于浸出液中铁含量较高、镍含量较低，铁镍 比大于5 ，中和除铁过程镍、钴损失较大，镍、钴回 收率将大幅降低。 ⑥铁在渣中部分以铁矾的形态存在，硫酸根含量 较高，因而铁和渣均无法利用，必须配套建设尾矿设 施。 ⑦环保治理不易达标。元石山镍铁矿中镁含量较 高，加压浸出过程大部分镁、锰将以硫酸镁、硫酸锰 的形态进入溶液，造成治理困难。 2 加压氧浸工艺 为解决硫酸运输储存不便、运输成本和价格高、 加压釜结疤等传统加压浸出工艺的系列问题，北京矿 冶研究总院提出了用元素硫替代硫酸的氧压浸出新工 艺。在 2 5 0 ℃、纠．5M P a 的浸出条件下，保持釜内 0 ．5M P a 左右的氧分压，使元素硫氧化为硫酸。由于 反应釜内的酸度不会很高，釜的结疤问题可以得到很 好的控制。 氧压浸出新工艺的优点如下 ①对硫酸的依赖程度低，大规模生产时无需单独 建设硫酸厂。 ②元素硫的运输和储存方便。 ③可以解决加压釜的结疤问题，工厂有效工作时 间延长。 ④能耗低。由于元素硫在加压釜内氧化时可以产 生大量的热量，这部分热量又可用于矿浆的预热，因 而基本可以实现自热浸出，锅炉房配套设施投资少。 ⑤浸出温度易于控制。通过控制氧气的供给量， 就可以控制所需要的浸出温度和压力。 但氧压浸出也存在如下的不利因素 ①需配套建设氧气制备站。由于浸出条件比较苛 刻，高压力下氧气的安全使用比较棘手。 ②和加压酸浸一样，在氧压酸浸时铁、镁、锰也 被大量浸出，必须配套建设尾矿设施和解决镁、锰污 染问题。 3 回转窑还原焙烧一氨浸工艺 由北京矿冶研究总院、昆明冶金研究院和青海钢 铁厂等单位于2 0 世纪7 0 年代共同完成的回转窑还原 焙烧一氨浸工艺，采用焙砂三段逆流浸出，镍、钴浸 出率分别达到了8 0 ％～8 5 ％和4 5 ％一5 0 ％，取得了很好 的技术指标。2 0 0 5 年，受业主委托，北京矿冶研究总 院进一步开展了回转窑还原焙烧一氨浸一磁选工艺的 研究，在用煤作为还原剂和8 0 0 ℃左右的还原焙烧温 度下，焙砂经二段浸出，镍、钴浸出率分别达到了 8 5 ％田0 ％和5 0 ％一5 5 ％，氨浸渣经磁选，可以得到含 铁6 0 ％的铁精矿，铁回收率大于7 0 ％。 万方数据 中国有色金属学报 2 0 0 8 年6 月 回转窑还原焙烧一氨浸工艺的优点如下 ①工艺简单、技术成熟。主要包括原料制备、回 转窑还原焙烧、二段氨浸、浓密洗涤、磁选、镍萃取、 硫化沉钴等7 个主要工序。 ②投资少、项目风险低。从投资角度、技术成熟 角度、工艺配置角度等方面考虑，项目本身存在的风 险性较小。 ③实现了镍、钴、铁的综合利用，资