红土矿的过去与未来.pdf
2 0 0 5年 1 2月第 6期 红土矿的过去与未来徐庆新摘译 .1. 延 囊、; 红土矿的过去与未来 徐庆新摘 译 中国有色工程设计研究总院 , 北京 1 0 0 0 3 8 [ 摘 要】 从红土矿 中生产镍 自新喀里 多尼亚的硅镁镍矿的处理开始已有 l O 0多年 了。然而, 直到今天 。 全世界的镍 主要 采 自硫化矿。纵观未采 , 作者预测产 自硫化矿的镍量变化 不大, 在今后 的 1 0年里镍产量 的扩大主要 来源于红 土矿 。因此新的红土矿项 目的投资和生产 费用将对镍的供应和镍价有较大的影响。 此文回顾 了红土矿项 目的历 史并分析 了近期不 同的红土矿项 目和在“ 图板上” 的项 目的投 资和生产 费用, 也评估了这些项目的风险, 并将讨论这些因素对进一步开发红土矿项 目的影响。 [ 关键 溯】 镍 ; 红 土矿 ; 火法 台 金 ; 湿法冶金 ; 高压酸浸 ; 卡隆法 [ 中图分类号】 TF 8 1 5 . 0 3 【 文献标识码】 B [ 文章编号】 1 6 7 2 ~ 6 1 0 3 2 0 0 5 0 6 0 0 0 1 0 8 U 日 IJ舀 红土矿曾是早期镍的主要资源 , 新喀 里多尼亚 的富红土矿的开发始于 1 9世纪未, 以生产“ 白金属” 金属硫化物 。在 2 O世纪初期萨德伯里硫 化矿 的 发现使人们把 目光集中到硫化矿上。硫化矿作为镍 的主要 资源 的优势至今不容质疑 。然而 。世界上 7 0 %的 陆基 镍 资源 的红 土矿 仅 占世 界 镍 产 量 的 4 0 % 见表 1 。从 1 9 5 0年以来镍的产量 和需求不断 增加 . 从 1 9 5 0年到 2 0 0 3年, 镍产量从 1 4 0 k t / a 增加 到 1 2 0 0 k t / a , 约增加了 8倍 。至 2 0 0 3年 。 4 2 %的镍 从红土矿生产 . 数量约 5 1 0 k t . 到 2 0 1 2年来 自于红 土矿 的镍产量份额将增加到 5 1 %。镍 的供应量随着 世界经济周期和其他世 界事件而变化 。但 总体来 说 ,镍的产量是以每年 4 %的速度增长。高于世界 G D P平均增长率。 1 红土矿 的资源 红土矿资源各地区的分布示于表 2 。 从项 目的观点看 . 镍红土矿储量敏感于镍边界 品位 . 或在腐植土可富集时敏感于 回收率。大多数 情况下矿层中的褐铁矿不易提高品位 。相反地 , 当 [ 译者简介 ] 徐庆新 1 9 5 3 一 , 男, 山东人 , 教授级高级 工程师 , 从 事 湿法冶金的设计 、 科研工作 。 [ 收稿 日期 ] 2 0 0 5 0 3 3 1 表 1 世界陆基镍资源分布及矿产镍量 同家或地区 资源/ Mt 镍品位/ % 含镍量/ MI 边界品位取值降低 时。 红土矿资源量成指数般地 增 加。世界上对红土矿 资源的评估是多样的 , 例如 , 澳 大利亚的一些资源定义的边界品位为 0 . 5 %的镍 。 在 中期价格不稳定 的时期 .为吸引新 的投资者进入 , 维普资讯 2 中固 有色冶 金 口国外工程技术 全球的镍资源会被重新估计和修改。由于从勘探到 开发一般滞后 8到 1 O年。 所 以在定义探明资源和储 量上有风险。 按可以采用 的镍的提取工艺 火法或湿法 的 观点来估计 , 表 3给出了世界含镍红土矿资源的估 计储量。 表 3 世界含镍红土矿资源的估计储量 因此 。 适应 湿法工 艺的红 土矿 褐 铁矿 、 绿 脱 石 、 蒙脱石 几乎是适应火 法工 艺 的红 土矿 腐 植 土 、 硅镁镍矿 的 2倍。 一 个赢利的项 目其规模至少要 4 0 k t / a镍产量 , 需要 8 0 0 k t 的镍矿石 ,矿山服务年限为 2 0 a 。对于 P A L 加压酸浸 工艺 , 镍 的经济品位最低为 1 . 3 %, 同样 , 对于火法工艺 , 镍的最低品位应为 1 . 7 % 动力 费用低时 或 2 . 1 % 动力费用高时 。 含镍红土矿的断面不同所含的矿物类型不同。 褐铁矿 、 钴土矿 N i l %一 1 . 7 %, C o 0 . 1 %加. 2 % , 适用于加压酸浸工艺和 C a r o n工艺 绿脱石 N i l %~ 5 %, C o 0 . 0 5 %一 0 . 1 % ,适用于 加压酸浸工艺和火法流程 蛇纹石 N i l . 5 %一 l 0 %. C o 0 . 0 5 %~ 0 . 1 % ,典型 的成分是 N i l %一 2 %. C o 0 . 0 5 %一 0 . 0 7 %. 这类矿适用 于火法冶炼工艺 生产镍铁和镍锍 ; 硅镁镍 矿 N i 1 0 %一 2 0 %, C o 0 . 0 5 %一 0 . 1 % , 典 型的成分是 N i 2 %~ 3 %, C o 0 . 0 5 %一 0 . 1 %.这类矿适 用于火法 冶炼工 艺 生产镍铁 和镍锍 , 尤其是生产 高碳镍铁 。 2 红土矿工艺 总体来说 ,处理红土矿的工艺流程有很多 . 但 不外乎以下两类 1 火法冶炼工艺 ; 2 湿法冶炼 _T艺 。 大多数火法工艺 镍铁或镍锍熔炼 使用 的传 统流程包括干燥一焙烧/ 还原一 电炉熔炼。 而 目前两 个较成熟的湿法工艺是 C a r o n 卡隆1工艺和 H P A L 高压酸浸 工艺 。图 l 概括性地给出了上述冶炼工 艺的方块流程图。表 4给 出了不同生产厂家所使用 的典型的原料组成 。 2 . 1 火法流程 适合于处理 以腐植土为 主的矿石 地表较富的 硅镁镍矿 , 这种矿含钴和铁比褐铁矿低 , 一般进入 熔炼的矿石 中 N i / C o约为 4 0, 矿石经熔炼后产出镍 铁或锍 。 表 4 不同生产厂家的典型原料组成% 重量 红 土 矿 红 土 矿 火法流程 C a r o n 流程 红 土矿 H P A L 流程 图 l 处理红 土 矿工 艺 的流程 图 在传统 的火法冶炼工艺中, 矿石通过干燥 、 回转 窑 内焙烧 有时还原 及在 有碳的情 况下于 电炉中 熔炼 , 如果希望得到镍锍 , 则在回转窑 内加入硫磺 。 粗冰镍或锍进一步处理或精炼后得到最终产品 火法流程能耗较大 , 冈为火法 _ r 艺中 . 矿石首 先要干燥 ,除去矿石 中所有 的游离水和结合水 。 然 后经焙烧和在 l 6 0 0 o C 下熔炼造渣。这些过程均需 要消耗燃料 煤 、 油或石脑油 和电能。 火法工艺 , 镍 的回收率在 9 0 %一 9 5 %之间 . 而钴 的回收率约为 5 0 %。 具有下列特点的矿石适宜生产高碳镍铁 a .含镍 高 N i 2 . 2 % ; b .F e / N i 低 5 6 ; C . 含 Mg O 高。 生产高碳镍铁实例 镍 冶金公 司多尼安博厂 、 日本的镍铁冶炼 厂, 阿尼卡一 坦姆邦公司的波马拉冶 炼厂。 通常含镍 1 . 5 %并具有下列特 点的腐植土可以 用来生产低碳镍铁 维普资讯 2 0 0 5年 1 2月第 6期 红土矿的过去与未来徐庆新摘译 .3. a . F e / N i 相对 较 高 6 1 2 ; b . 渣 熔 点高 或者 Mg O高,如鹰桥一 多米尼加镍公司博纳阿厂 ,或者 S i O 高, 如塞罗 马托莎厂 。 具有下列特点的矿石适宜于生产镍锍 a . F e l N i 相对 较高 6 ; b . 渣熔点低 l 6 0 0℃ S i O J Mg O在 1 . 8 - 2 . 2之间。生产镍锍实例为印尼国 际镍公司。 2 . 2湿 法流程 2 _ 2 . 1 C a r o n流程 C a r o n流程适用于褐铁矿或褐铁矿和腐植土的 混合矿。 矿石先干燥 . 然后镍在 7 0 0℃被选择性还原 成金属镍 钴和部分铁一起被还原 , 金属化的镍经 过 氨浸 ,镍和钻的 回收率随腐植土量的增 加而减 少 , 因为镍和钴嵌布在硅酸盐 晶格中 , 在此温度下 很难被还原。 尽管如此, 该工艺允许镁含量可比 P A L 工艺高。 生产实例 尼加罗 、 蓬塔 戈达 、 雅布鲁 、 诺诺克 已关闭 。 C a r o n流程存在几个不利因素 前面采用干燥 、 焙烧和还原 , 这些工序能耗高 . 后面的湿 法工 艺需 要各种化学试剂 ,镍 、钴 的回收率 比火法流程或 H P A L流程低。 2 . 2 . 2 HP A L流程 H P A L流程的原料主要是褐铁矿 ,对于干型的 红土矿主要含有绿脱石或蒙脱石 . 通 常该矿 a . 含有 一 些腐植土; b . 含 M g 低, 通常 M g 4 % M g 越高酸耗 越高 ; c . 含 A l 低 黏土耗酸高 , 因此 A l 含量不能太 高 。 加压酸浸既可用帕丘卡空气搅拌浸 出槽 f 毛阿 湾 , 也可用衬钛釜 所有现代_T厂均采用此釜 , 浸 出温 度 为 2 4 5 2 7 0℃ ,液 固分 离 通 过 逆 流倾 析 C C D 来实现。含镍溶液的提纯和镍钴分离有不同 的方法 ,像镍钴分离在 当今工 厂里均 采用 萃取法 S X 。 最终产品可以是电镍 、 氧化镍或镍丸。 有些厂 生产 中间产品 混合硫化物或混合氢 氧化物 送异 地精炼。 2 _ 2 _ 3 其他湿法流程 还有几个较新 的流程已完成 了中间试验和评 估 , 包括 E P A L流程 加一段浸 出, 用 HP A L工序 加酸 的残酸浸 出腐植土。腐植土为高耗酸物质 估计每 吨矿用 l t 酸 , 其浸出是在常压下进行 。该流程 比 传统的 HP A L耗更多的腐植土 。现在 B HP B i l l i t o n 正采用该工艺为 R a v e n s t h o r p e做中间试验。 下面的流程处于不同阶段 的中间试验但都没 有 工 业应 用 。 A L 常压浸 出一类似上述的腐植土常压浸出。 酸堆浸 针对腐植土。 氯化浸出 针对褐铁矿和腐植土的混合物 。 3 红土矿的生产历史 表 5列 出了自 1 9 4 0年 以来各种红土矿 产的 概 况 。 表 5 过去和现在的红土矿厂家概况 维普资讯 . 4. 中 圈 有色 冶 金 日 4 红土矿项 目的经济性 硫化矿 和红 土矿最大的不 同是硫化矿 可通过 选矿得到高品位精矿 N i 1 0 %~ 2 6 % , 既减小了处理 设施 特别是前段 的处理设施 的尺寸又减少 了对 硫化矿总的处理费用。而红土矿品位的提高是有限 的 富集系数 1 . 5 % ; c . 酸耗低 ; d . 附近具有一定 的基础设施 ; e .厂址临海并具有上述一个或多个 特 性 。 5 项 目风 险和吸引力 项 目风险分析包括如下 因素分析 政治风险 ;与矿 山和工艺有关的技术风 险; 环 境风险 ; 融资风险 ; 市场和经济风险, 包括供需求和 价格风险 ; 建设的相关风险。 技术对项 目的经济性有正 面影响 . 但持反对观 点的认为新技术本身就带有风险。项 目风险随创新 程度而增加。与风险有关的因素有两个 1 达到 设计产量所需的时间 2 最终产量与设计产量的 百分比。以最近在西澳大利亚采用加压酸浸技术建 成 的 3个红土矿项 目为例说明这个问题。建设一个 大规模 中间试验厂或示 范厂在很大程度上会降低 风险。该厂的建设和运行 比起可能的风险来说可视 为保 险费。即使通过试验来减轻工艺风险, 但仍有 可能存在工程设计和项 目实施上 的风险 , 这些风险 必须加以考虑。 回顾上述列 出的未来 的红土矿项 目, 我们也考 虑是否 大的矿业 公司涉足该 项 目及该项 目融资 的 可能性 。同时还考虑该项 目实施 的实际进度。有些 有关评定的因素可能是主观的。从长远的眼光来看 某个或所有参数都是可改变的 , 并对一个项 目的未 来的可能性 或成功 有影响。 6 未来 的红 土矿项 目 6 . 1 2 0 0 4 ~ 2 0 0 7年新增的产能 世界镍 的需求量每年 以大 于 4 %的速度增加 , 主要是由于中国不锈钢产量 的增加 . 镍需求量增长 中约 7 0 %为中国镍需求量增长 。目前是求大于供 。 在 2 0 0 4 ~ 2 0 0 7年期间。 预计扩大红土矿产量可分为 “ 绿地” 项 目和“ 褐地” / 扩产/ 完善生产薄弱环节的项 目两类 . 其 中只有两个“ 绿地” 红土矿项 目有希望在 这期间启动。 1 I n e o在 新 喀 里 多 尼 亚 的 G o r o镍 项 目 H P A L 预计在 2 0 0 7年启动 , 该厂产量为年产 5 4 k t 镍 , 产品形式为氧化镍 , 并运到远东 的 U t i l i t y镍 厂 精炼 。 2 菲律 宾住友/ 三井 公司的 C o r a l B a y项 目 HP A L 在 2 0 0 5年启动。该厂年产量为 l 0 k t 镍 , 产 品形式为镍钴混合硫化物, 运到 日本新居滨扩建后 的精炼厂精炼成电镍 。 扩产和完善生产薄弱环节的项 目 1 印度尼西亚 I n c o 完善生产薄弱环节并扩 大水电容量, 到 2 0 0 7年每年将增加 1 6 k t 镍 的镍锍。 2 多尼安博 到 2 0 0 6年每年增加 1 5 k t 镍 的 镍铁产量 。 3 印度尼西亚 阿尼卡一 坦姆邦 到 2 0 0 6年增 加第三条镍铁生产线 , 每年增加 1 5 k t 镍的镍铁。 4 莫林 莫林 2 0 0 4年完善现有生 产的薄弱 环节 . 每年增加 1 0 k t 镍丸。 日本镍铁生产厂有每年增加 l 0 k t 镍 产量的潜 维普资讯 2 0 0 5年 1 2月第 6 期 红土矿的过去与未来徐庆新摘译 .7. 力 , 但受原料 、 人力 、 电费的制约。 上述列 出的项 目 除 13本 的镍铁厂 总计将增 加 1 2 0k t / a , 约 占目前世界总产量的 1 0 %。 其中 3 8 % 为火法冶炼生产, 6 2 %为湿法冶炼生产。 增加湿法产 能的趋势使上世纪 7 0年代至 9 0年代的项目得以 延续 。 6 . 2 2 0 O 8年和 2 0 0 8年以后新的产能 这些项 目包括新建 “ 绿地” P A L项 目、 扩产 P A L 项 目、 “ 绿地”火法冶炼项 目和扩产的火法 冶炼项 目。我们承认会有一些意外的项 目不在我们的列表 中。同样在我们的列表中的一个或几个项 目也可能 不实施 。 6 . 2 . 1 2 0 0 8 年至 2 0 1 2年之间新增的产能 由于不锈钢产量增加及航 空合金和电池级镍 的需求 , 2 0 0 4 ~ 2 0 0 7年之间加上硫化矿冶炼厂新增 产量估计都不能满足镍需求 的增长。今天其 中一些 项 目在“ 图板” 上。作者认为在这个时期有可能达到 表 8所示的 目标 。 表 8 2 0 0 7 2 0 1 2年可能的红土矿项 目 届时世界镍增加 的总量为 2 9 2 k t / a , 约 占那时世 界总产量 的 2 1 %。其 中 4 5 %为火法冶炼 , 5 5 %为湿 法冶炼。 6 . 2 . 2 2 0 1 2年以后新增产能 大量不成熟 的“ 绿地” 红 土矿项 目当前都处在 勘探 、 研究 和工 艺开发 的不 同阶段 , 其中一些项 目 将在 2 0 1 2年 以后实施 见表 9 。 这个数预计约 占 2 0 1 2年世界 产量 的 1 9 %。 其 中~ 8 0 %为湿法冶炼。 表 9 2 0 1 2年以后可能的红土矿项 目 7 结语 红土矿的未来 自 1 9 5 0年以来镍 的需求量 以平均每年 4 %的 速度增长, 在下个 1 0年里镍 的需求量肯定超过这个 数 . 主要是中国经济的增长和随之带来不锈钢的需 求量增加. , 目前 , 中国约 占世界镍需求量 的增长 的 7 0 %。随着 中国经济的降温将造成未来镍需求的风 险 . 因此会形成不 同工艺流程的红土矿项 目。 过去 , 大多数镍产 品都来 自硫化矿 , 然 而硫 化 矿储量 的补充率明显低于它的消耗率, 在下个 l 0年 里来 自硫化矿的镍产量仅有很小的增长。因此未来 镍产量的增加肯定来 自含镍红土矿。为满足镍的需 求我们每年都需要一个像 I n e o G o r o那样规模的项 目. 这是一个巨大的挑战。 目前扩产是红土矿厂的一个极好的时机 , 因为 “ 褐地” 项 目和完善薄弱环节的项 目最经济, 而且比 “ 绿地” 项 目更有优势。“ 绿地” 火法冶炼项 目由于需 要高品位矿石和大的动力厂, 将越来越少。C a r o n工 艺在镍价低时不经济, 无法与火法冶炼 和 P A L工艺 竞争 。我们相信 , 大多数“ 绿地 ” 红土矿项 目将采用 P A L H P A L或 E P A L 工艺 。 P A L工艺具有 以下优 点 资源丰富。 可处理褐铁矿 、 绿脱石和某些含镍 腐植土 , 适于湿 法工艺 的红 土矿至少是腐植土矿 的两倍 。 能耗低, 不像火法冶炼那样需要耗能高的干 燥 、 焙烧和熔炼工序。 - 镍 、 钴回收率高 两者均为~ 9 0 % 。火法冶炼 钴回收率低 或不回收 。C a r o n流程 比起 P A L和火 维普资讯 8 中 圈 有色 冶 金 国外工程技术 法流程镍钻的回收率都低 , P A L流程得到钴 的副产 品而可计价。 虽然 P A L工艺 已有 6 0多年的历史 ,但 当前的 技术仍存在问题 , 不得不面对技术 、 工程设计 、 项 目 管理和较长的达产期等因素的挑 战。我们相信这些 问题终究会被解决。然而它将花较长的时间。因此 红土矿的镍产量增长缓慢 。 红土矿运行 的直接成本乐观地估计是较低的 , 这不实际。然而随着新项 目的建成和经验的积累 , 生产成本 副产品计价后 预计将下降。在图 2中我 们预 测列 出了到 2 0 1 2年所 有镍 产量 与生 产成本 镍成本曲线 的相互关系 , 图中所示世界镍产量中 红土矿的镍产量 占大部分 5 l % , 而采用湿 法的产 量明显增加 P A L的产量 。从 图 2中可看出 2 0 1 2 年 的产量取决于镍价 。 并假定未来镍价给 出一个足 以使生产商满意的回报率。 当前有几项最新 的技术正在研究 . 其前景取决 于降低投资和生产成本 的能力 及对那些 小型项 目 的适应性 , 对小型项 目来说现有 的技术很昂贵。过 去的经验表 明新技术的工业化既费时又费钱 , 而且 带有很大的风险。 正如最初讨论过的那样 . 红土矿项 目的开发经 历不尽如人意, 许 多项 目关闭 了或被重组或发生财 1 1 奇 .}L 蜷 怅 蚶 0 5 0 0 1 0 0 0 1 5 0 0 2 0 00 镍产量, I【 t 可能的供应量 匝副产品 口 硫化矿●红 土矿火法 ●红土矿 P A L法口红 土矿 C a r o n法口 其他 图 2 2 0 0 2年 、 2 0 0 7年 、 2 0 1 2年镍 产量与生产成本的关系 政 困难 。镍工业的经验 特别是红土矿镍工业 表明 “ 绿地” 项目要求较高的镍价基础, 以保证生产商获 得合理的回报 比贷款利率高 , 同时还需要能承担 风险。红土矿项 目通常位于偏僻的地区, 所以在基 础设施上需要投入大量的资金。从长远来看 , 在所 有采矿项 目上, 社会和环境的负担将不断加大 , 新的 红土矿项 目必须获得合理 的利润回报 。 当经济成本 和社会成本确保镍 主要用户是不锈钢 有稳定的 供给时就可避免像今年镍价攀升的情况。 刘 诚校 Th e p a s t a n d t h e f u t u r e o f n i c k e l l a t e r i t e s T r a n s l a t e d s e l e c t i v e l y b y XU Q i n g x i n Ab s t r a c t P r o d u c t i o n o f n i c k e l f r o m l a t e r i t e o r e s h a s o c c u e d f o r o v e r 1 0 0 y e a r s b e g i n n i n g wi t h p r o c e s s i n g o f g a r n i e r i t i c o r e s f r o m Ne w C a l e d o n i a . Ho w e v e r ,u n t i l n o w t h e w o r l d n i c k e l s u p p l y h a s b e e n p r e d o mi n a n t l y fr o m s u l fi d e s o u r c e s . G o i n g f o r w a r d , t h e a u t h o r s p r o j e c t t h a t t h e p r o d u c t i o n o f n i c k e l f r o m s u l fi d e o r e s w i l l r e m a i n m o r e o r l e s s c o n s t a n t .Mo s t o f t h e e x p a n s i o n i n n i c k e l p r o d u c t i o n c a p a c i t y o v e r t h e n e x t t e n y e a r s wi l l c o me fro m p r o c e s s i n g o f l a t e r i t e o r e s . T h u s t h e c a p i t a l a n d o p e r a t i n g c o s t s o f n e w l a t e r i t e p r o j e c t s w i l l h a v e s i g n i fi c a n t i m p a c t o n t h e n i c k e l s u p p l y a n d t h e r e f o r e p r i c e . T h e a u t h o r s h a v e r e v i e w e d t h e h i s t o r y a n d c a p i t a l a n d o p e r a t i n g c o s t s o f v a r i o u s r e c e n t l a t e r i t e p r o j e c t s a n d o f t h o s e” o n t h e d r a w i n g b o a r d ” . T h e a u t h o r s h a v e a l s o e v a l u a t e d t h e r i s k a s s o c i a t e d w i t h s u c h p r o j e c t s . T h e p a p e r w i l l d i s c u s s t h e i m p a c t s o f t h i s a n d t h e r e c e n t h i s t o ry o n t h e f u t u r e d e v e l o p me n t o f l a t e r i t e n i c k e l p r o j e c t s . Ke y wo r d s n i c k e l ; l a t e r i t e ; p y r o me t a l l u r g y ; h y d r o me t a l l u r g y ; HP AL ; Ca r o n p r o c e s s 中国有色金属工业协会信息统计部及 有色金属信息 编辑部声明 中国有色金属工业协会信息统计部委托北京同联视讯信息技术股份有限公 司在 有色金属信息 刊物 上做 的广告代理业务现 已终止 , 今后该公 司与 中国有色金属工业协会 信息统计部没有任何关系 。 尤其是该 公 司编印的 中国有色工程 与中国有色金属工业协会及 有色金属信息 编辑部也无任何 关系 , 现郑重声 明 。 2 0 0 5年 9月 2日 廿乙 I 。 ■■ 删 n . ’ ■ ■ ■ ■ ● ■ ■ 廿 I ■■ ■ 噩 一 一 ;; ∞ ∞ 加 加 m 加 维普资讯