世界镍红土矿开发与利用的技术分析.pdf

C h i n aMe t a l B u l l e t i n 中国金属通报2 0 0 7 . 3 5 表1世界在建的主要镍红土矿项目 项目名称所在国投资方规模万吨/年工艺 G o r o新喀里多尼亚I n c o6湿法 R a v e n s t h o r p澳大利亚B H P B i l i t o n5湿法 O n c a P u m a巴西C V R D5 . 2火法 R a m u巴布亚新几内亚C M C C3 . 3湿法 V e r m e l h o巴西C V R D4 . 5湿法 B a r r o A l t o巴西A n g l o A m e r i c a n3 . 6火法 市场综述 世界镍红土矿开发与利用的技术分析 朱景和 镍作为一种重要的战略金属,广泛用于不锈钢、 高温合金、 催化、 二次电池、 燃料电池等关键材料和高 新技术领域。随着这些行业, 特别是不锈钢工业的快 速发展, 镍的需求不断增加, 从镍红土矿提取镍产品 的比例在迅速提高。 1 .镍红土矿资源 世界的镍资源比较丰富, 据美国地质调查局 矿 物商品概要2 0 0 6 报道, 世界已查明的镍金属储量约 为6 2 0 0万t。按地质成因划分, 镍矿床主要分为两大 类 岩浆型硫化镍矿床和风化型红土镍矿床。 由于硫化镍矿资源品质好,工艺技术成熟,目前 6 0 以上的镍产量来源于硫化镍矿,随着世界经济发 展, 占镍用途6 5 的不锈钢需求增长强劲, 而世界可 供近期开发的硫化镍资源,除了加拿大的V o i s e y b a y 镍矿以外, 几乎廖廖无几。传统的几个硫化镍矿矿山 加拿大的萨德伯利、 俄罗斯的诺里尔斯克、 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 日益增加, 矿山开采难度加大。为此, 全球镍行业将资 源开发的重点瞄准占全球镍储量7 2 的红土镍矿资 源。 镍红土矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区 经过大规模长期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氧化矿石。世界上 红土镍矿分布在赤道线南北3 0度以内的热带国家, 集中分布在环太平洋的热带亚热带地区,主要有 美洲的古巴、 巴西; 东南亚的印度尼西亚、 菲律宾; 大 洋洲的澳大利亚、 新喀里多尼亚、 巴布亚新几内亚等。 2 .世界镍产量及消费情况 2 . 1镍的生产 2 0 0 5年世界精炼镍的产量达到1 3 1 . 0 3万t ,与 1 9 9 6年相比,1 0年间累计增长了3 6 . 7 ,平均年增长 率达到3 . 5 4 ,走出了上世纪八十年代镍产量徘徊不 前, 甚至下降的局面, 进入稳定增长时期。俄罗斯精炼 镍产量一直居世界之首,2 0 0 5年达到2 6 . 4万t,占世 界总产量的2 0 . 1 。 其次是日本、 加拿大、 澳大利亚、 中 国 和 挪 威 , 这 六 个 国 家 的 精 炼 镍 产 量 占 世 界 的 6 6 . 3 。 2 0 0 5年世界矿产镍总量为1 3 0 . 8 1万t, 其近十年 的增长速度略低于精炼镍的增长速度, 平均年增长率 达到2 . 7 0 。俄罗斯仍然是世界最大矿产镍生产国, 2 0 0 5年产量达到2 8 . 9万t, 占世界的2 2 . 1 。其次为 澳大利亚、 加拿大、 新喀里多尼亚和印度尼西亚, 各国 的产量都超过9万t。 由于近年镍的需求增长强劲, 一些新的镍开发项 目已经在建设实施中, 较有影响的是I n c o公司在新喀 里多尼亚的G o r o红土矿项目,预计2 0 0 7年投产, 年 产镍5 . 4万t; 该公司同时还在开发加拿大的V o i s e y s B a y镍矿, 该矿年产镍5万t。B H P B i l i t o n公司在澳大 利亚建设的R a v e n s t h o r p项目也已经在建设中,预计 于2 0 0 7年建成。 此外, 在澳大利亚、 印度尼西亚、 巴西 等国的一些镍矿资源的开发也都在实施和研究中 详 见表1 。 2 . 2镍的消费 自二十世纪六十年代中期以来, 世界镍消费量的 增长速度超过所有其他基本金属, 包括铜和铝。2 0 0 5 2 2 C h i n aMe t a l B u l l e t i n 中国金属通报2 0 0 7 . 3 5 表2镍红土矿的分布、 组成与提取技术 矿层 化学成分 提取工艺 N iC oF eC r 2O3 M g O特点 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湿法或火法 腐植土层1 . 8 - 30 . 0 2 - 0 . 11 0 - 2 51 - 21 5 - 3 5低铁高镁火法 年全世界精炼镍的消费量达到了1 3 1 . 7万t。1 9 9 6年 到2 0 0 5年世界精炼镍消费量增长了4 5 . 7 ,高于同 期精炼镍的增长速度, 远高于同期矿产镍生产的增长 速度。镍需求强劲的推动力是不锈钢工业。目前这一 部门占镍消费量将近三分之二, 预计它还会继续保证 全球镍的需求。 从全世界范围来看, 镍的生产与消费基本处于动 态平衡之中, 镍的消费增长决定镍的生产。过去十年 精镍的消费平均增长率大约为4 . 2 7 ,而同期精镍的 生产增长率为3 . 5 4 , 消费略高于生产。 世界上镍的消费主要国家或地区有中国2 0 . 1万 t 、 日本1 7 . 0 t 、 美国 1 2 . 6万t 、 德国1 2 . 2万t 、 韩国 1 1 . 7万t 、 中国台湾8 . 4万t 和意大利8 . 4万t 。 2 0 0 5年这七个国家和地区的消费量占全世界消费量 的6 8 . 6 , 其中中国占1 5 . 2 。 中国也是世界上镍消费 增长速度最快的国家, 近十年1 9 9 6年～ 2 0 0 5年 的年 平均增长率达到了1 7 . 7 1 。 中国的镍消费量已经超过 日本, 跃居世界第一位, 日本居第二位。世界镍消费的 主要区域已经从西方发达国家及地区转向亚洲新兴 经济体, 如中国、 韩国、 中国台湾等国家和地区。 世界原生镍的消费结构中, 不锈钢占到世界镍消 费量的6 3 , 加上合金钢5 及有色合金1 6 , 冶 金行业占到镍消费总量的8 4 。世界镍的主导消费市 场是冶金行业, 占总消费量的8 0 以上, 其中单是不 锈钢行业消耗的镍就占镍总消费量的6 0 以上。它是 目前镍市场增长的主要动力,E r a m e t公司预测未来五 年世界不锈钢生产将维持5 的年增长率,对镍的需 求会相应增长。 与用于不锈钢生产的电镍相比, 镍铁用于不锈钢 生产的话, 由于镍铁本身含铁, 另外其形状一般为丸 状或片状, 可以提高A O D转炉的生产效率, 因此深受 不锈钢生产企业的欢迎。根据E r a m e t的估计,2 0 0 4年 镍铁占不锈钢行业耗镍量的比例为3 1 . 6 ,2 0 0 5年估 计为3 1 . 7 ,并且未来这个比例会不断提高,预计到 2 0 0 9年可以达到3 8 . 7 。 1 9 9 6 ～ 2 0 0 5年中国精镍消费年平均增长率达到近 1 8 ,远远高于世界同期的增长率。 在未来,随着中国不 锈钢的迅速增长,中国的镍消费也将大幅增加。2 0 0 3 ～ 2 0 0 4年,随着山西太钢和上海宝钢的不锈钢扩建项目 的投产, 2 0 0 5年我国不锈钢生产已经形成了 “ 南宝北 太” 的模式, 不锈钢产量实现了跨越式的增长,突破了 3 0 0万t大关。使中国的镍消费量又迈上一个新台阶, 同时一批不锈钢扩建项目也还在酝酿之中, 2 0 0 6年 中国的镍消费量2 7 . 4万t,同比增长2 4 . 4 ,净增加 5 . 4万吨, 约占全球增量的1 / 3。 3 .镍红土矿的主要处理工艺 镍红土矿的可采部分一般由三层组成褐铁矿 层、 过渡层和腐植土层, 其组成和处理工艺如表2所 示。 目前世界上镍红土矿的处理工艺归纳起来大致 有三种, 即火法工艺、 湿法工艺和火湿法结合工艺。火 法工艺还可以按其产出的产品不同分为还原熔炼生 产镍铁的工艺和还原硫化熔炼生产镍锍的工艺; 湿法 工艺可以按其浸出溶液的不同分为氨浸工艺和酸浸 工艺; 火湿法结合工艺是指氧化镍矿经还原焙烧后采 用选矿方法选出有用产品的工艺。 3 . 1火法工艺 1 还原熔炼生产镍铁 火法处理工艺世界上用得最多的是还原熔炼生 产镍铁。 目前至少有1 4家工厂使用还原熔炼法处理 氧化镍矿生产镍铁。 镍铁年产量含镍计在2 5万吨左 市场综述 2 3 C h i n aMe t a l B u l l e t i n 中国金属通报2 0 0 7 . 3 5 右, 大都采用电炉熔炼。 电炉熔炼生产镍铁的工艺则适合处理各种类型 的氧化镍矿,生产规模则可依据原料的供应情况、 矿 石的贮量等决定, 可大可小, 对入炉炉料的粒度也没 有严格的要求, 粉料以及较大块料都可直接处理。电 炉熔炼生产镍铁的唯一缺点就是能耗大。 2 还原硫化熔炼生产镍锍 还原硫化熔炼处理氧化镍矿生产镍锍的工艺是 最早用来处理氧化镍矿的, 早在上世纪二三十年代就 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。上 世纪7 0年代以后建设的大型工厂均采用了电炉熔炼 的技术处理氧化镍矿生产镍锍。目前几个最大的、 年 产镍量大于4万吨的工厂分别在印度尼西亚和新喀 里多尼亚。全世界由氧化镍矿生产镍锍的镍量在1 2 万吨左右。 还原硫化熔炼的硫化剂可供选择的有黄铁矿、 石 膏、 硫磺和含硫的镍原料。 选择的原则是来源方便、 充 足, 价格合理以及考虑氧化镍矿本身造渣成分的含量 等因素。采用硫磺作硫化剂的优点是简单易行, 而且 对熔炼过程不产生负面影响即不影响渣成分、 不影响 处理能力、 不增加电耗, 但它价格较贵, 硫的有效利用 率不高,而且要有一套硫磺熔化和输送喷洒的设施。 国际镍公司 I N C O 所属的印度尼西亚、 新喀里多尼亚 的工厂均采用硫磺作硫化剂。将硫磺熔化后有控制地 喷洒在回转窑焙烧出来的尚处于一定温度下的焙砂 上, 使铁、 镍转化为硫化物, 而后送入电炉熔炼生产低 镍锍。 采用还原硫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; 也可以作为常压羰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 板送硫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 1 氨浸法C a r o n法 湿法工艺处理氧化镍矿的工业始于上世纪4 0年 代。最早采用的是氨浸工艺, 即氧化镍矿经干燥和还 原焙烧后进行多段常压氨浸出, 其代表性的工厂是美 国建设的古巴尼加罗镍厂。氨浸法处理氧化镍矿, 其 产品可以是镍盐、 烧结镍、 镍粉、 镍块等。氨浸法处理 工艺不适合处理含铜和含钴高的氧化镍矿以及硅镁 镍型新喀里多尼亚的氧化镍矿, 只适合于处理表层 的红土矿, 这就极大地限制了氨浸工艺的发展。此外, 氨浸工艺镍钴回收率偏低,全流程镍回收率仅为7 5 ～ 8 0 , 钴约为4 0 ～ 5 0 。到目前为止, 世界上只有四家 工厂采用氨浸法处理氧化镍矿, 而且都是在上世纪7 0 年代以前建设的, 三十多年来没有一家新建工厂采用 氨浸工艺。 2 酸浸法 在2 5 0 ～ 2 7 0 ℃,4 ～ 5M P a的高温高压条件下, 用稀 硫酸将镍、 钴等有价金属和铁、 铝矿物一起溶解, 在随 后的反应中, 控制一定的p H值等条件, 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, 从 溶液中采用溶剂萃取、 硫化沉淀等技术回收。 酸浸法工艺处理氧化镍矿的工业生产始于上世 纪的5 0年代。当时代表性的工厂是古巴毛阿镍冶炼 厂, 它也是由美国设计建设的。酸浸工艺适合于处理 低镁含量的氧化镍矿, 矿石中镁含量过高会增加酸的 消耗, 提高操作成本, 对工艺过程也会带来影响。如果 矿石中的钴含量高, 更适合采用酸浸工艺, 不仅钴的 浸出率比氨浸工艺高,而且由于钴的价值比镍高, 使 酸浸工艺的单位生产成本大幅度降低。虽然高压酸浸 镍浸出率可达9 0 以上, 但由于酸浸工艺也受到矿石 条件的制约, 目前世界上采用酸浸法处理氧化镍矿的 工厂只有三家, 且由于高温高压的处理条件对设备要 求苛刻, 运转均不十分正常。总体而言, 酸浸工艺发展 尚不成熟。 市场综述 2 4 C h i n aMe t a l B u l l e t i n 中国金属通报2 0 0 7 . 3 5 行业动态 3 . 3火湿法结合工艺 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 N i p p o nY a k i m 公司的大江山 冶炼厂 O y a m a S m e l t e r 。主要工艺过程为原矿磨细与 粉煤混合制团, 团矿经干燥和高温还原焙烧, 焙烧矿 团再磨细, 矿浆进行选矿重选和磁选分离得到镍铁 合金产品。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, 吨矿耗煤1 6 0 - 1 8 0 k g。 而火法工 艺电炉熔炼的能耗8 0 以上由电能提供,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1万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等。从节能、 低成 本和综合利用处理低品位氧化镍矿镍资源的角度出 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 或磁选等方面进行了试验研究后认为, 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。 综上所述, 火法工艺处理氧化镍矿生产镍铁合金 具有流程短、 效率高等优点, 但能耗较高, 其操作成本 中的最大构成项是能源消耗, 如采用电炉熔炼, 仅电 耗就约占操作成本的5 0 , 再加上氧化镍矿熔炼前的 干燥、 焙烧预处理工艺的燃料消耗, 操作成本中的能 耗成本可能要占6 5 以上, 用火法工艺处理中低品位 的镍红土矿由于冶炼矿石量大能耗高,冶炼成本较 高,所以目前火法工艺主要处理高品位的镍红土矿。 目前处理中低品位镍红土矿的主要方法是湿法工艺, 虽然成本上比火法低,但湿法处理氧化镍矿工艺复 杂、 流程长、 工艺条件对设备要求高。解决火湿法结合 工艺中技术难点以及火法工艺能耗高的难题和开发 新的湿法工艺处理中低品位镍红土矿将是今后镍冶 炼的发展方向。 市场综述 综合分析L M E期镍近六周价格变动及成交量 数据, 期镍价格在六周中四周下跌, 两周上涨, 同 时下跌四周中的日均成交量显著高于在上涨两周 中的日均成交量, 显示做空仍是市场主流, 第四、 第五周的阶段性反弹由于成交量不高,市场确认 度不够。但同时应该看到, 六周中日均成交量最高 的是第二周和第三周, 第六周日均成交1 1 0 7 6手, 较第二周和第三周已经出现萎缩,显示镍价进一 步下跌的动能减弱。 L M E三月期镍在8月1 6日触及2 5 0 0 0美元/ 吨的阶段性低点后展开了一轮较强有力的反弹行 情, 于8月3 0日突破并站稳于当时的二十日均线 2 8 0 0 0美元/吨,这是自5月底镍价跌破2 0日均 线、跌势确立之后第一次重新回到二十日均线之 上。市场原本从中看到希望, 以为“ 波澜壮阔” 的下 跌行情会就此停住, 不料在宏观不利形势、 库存持 续增加、 消费没有得到根本改善等因素的打压下, 本周二十日均线再度被击穿。二十日均线作为衡 量中期趋势的重要指标, 对市场信心有相当影响, 如果短期内此均线得不到收复,预计镍价还将考 验2 5 0 0 0美元/吨一线的支撑力度。 从成交量数据分析,目前镍价下跌的动能已 经减弱,另外由于市场存在对第四季度不锈钢消 费状况改善的预期,镍价继续大幅走低的可能性 不大,未来几周可能在2 5 0 0 0美元/吨一线之上盘 整筑底。 陈栋 下跌动能减弱 镍价盘整筑底 2 5