【SMM科普】镍价暴跌“高冰镍”成焦点 一文读懂镍产业链各环节产品生产工艺
镍产业链较为复杂，工艺路线上环环相扣，影响着整个行业。 也许最近问得最多的问题是镍铁能否生产高哑镍？ 中间产品生产硫酸镍和镍豆生产硫酸镍有什么区别？ 镍豆和镍板的生产线是一样的吗？ 它们可以互相转换吗？ ……当流程问题与市场经济问题混合在一起时，有些消息传出后，比如这两天热议的问题，大家很难判断哪些环节会受到影响。 从红土镍矿到高冰镍的通道全面打通并规模化生产后，将对镍价产生哪些影响？ 最重要的是要了解什么是高镍哑光？ 它主要由什么制成，用于生产什么？ 之前为什么不生产呢？ 这篇文章我们不谈市场，只谈技术。 我们总结了之前的很多文章和生产经验，为镍产业链上的大部分产品提供了比较全面的生产工艺流程。 我们希望它能够对大家有所帮助。
一、镍产业链概况
2、红土镍矿与硫化镍矿冶炼的差异
镍是一种喜铁元素，在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁，位居第五。 地核中镍含量最高的是天然镍铁合金。 在地壳中，铁磁岩石的镍含量高于硅铝岩石。 例如，橄榄岩的镍含量是花岗岩的1000倍，辉长岩的镍含量是花岗岩的80倍。 已知的含镍矿物约有50种。 其中，硫化物如镍黄铁矿、紫硫镍矿等游离硫化镍形态存在，相当一部分镍以同象形态存在于磁黄铁矿中。 氧化镍矿中，红土镍矿含铁量高，硅、镁含量低，镍含量为1%~2%； 硅酸镍含铁量低，硅、镁含量高，镍含量1.6%～4.0%。 氧化镍矿的开发利用主要以红土镍矿为主，红土镍矿是由超基性岩风化而成的。 镍主要以镍褐铁矿（很少结晶至不结晶的氧化铁）形式存在。 Ni2+具有强亲硫性。 在岩浆结晶初期，在一定镍含量的前提下，岩石中镍的富集程度取决于硫的逸度。 当有足够的硫时，镍、硫和类硫物质（砷、锑）形成含镍硫化物，在硅酸盐矿物结晶形成镍硫（或砷）化合物（如针铁矿、磁铁矿）之前分离出来。 黄铁矿、镍黄铁矿、红砷镍矿、砷镍矿、镍镍矿）。 所谓镍矿（即硅酸镍矿）是蛇纹石到粘土状水蛇纹石、皂石等一系列镁矿物混合物的总称。 在氧化条件下，部分镁被镍取代。 。 氧化镍与硫化镍一样，已成为镍的重要来源①。 镍矿石主要分为铜镍硫化物矿石和氧化镍矿石。 两者的选矿、冶炼工艺完全不同：
2.1 硫化镍矿
铜镍矿以浮选为主，浮选、磁选为辅。 工艺选择基于原材料类型、成分和产品要求。 硫化矿大多采用冰锍熔炼方式，即将各种硫化镍矿采用不同的火法冶炼工艺冶炼成低镍锍，然后将低镍锍在转炉中吹炼成高镍锍，即硫化镍和硫化铜的合金。 。 高镍冰铜然后在镍精炼厂通过不同的精炼方法生产出不同的镍产品。 除了生产高金属镍外，芬兰还利用生物堆浸法生产MSP，然后将其加工成下游产品。 下面详细介绍熔炼的具体细节。
2.2 红土镍矿
氧化镍矿的冶炼方法也可分为火法冶炼和水法冶炼两大类。 其中火法冶炼又可分为镍铁工艺和还原炼硫工艺。 火法冶炼适用于加工硅、镁含量较高的镍矿石。 优点是适应性好，回收率高。 缺点是能耗大； 湿法常用的方法是HPAL高压酸浸，氨浸比较少见。 红土镍矿水法冶炼的优点是能耗低、回收率高，但初期投资成本大、建设周期长。
全球红土镍矿储量远高于硫化镍矿。 因此，近年来，对红土镍矿冶炼工艺开发的重视程度逐渐加大。 特别是近两年，随着新能源的发展，湿法冶金冶炼工艺的投资建设如火如荼。
1、火法冶金有两种工艺：镍铁工艺和还原硫磺生产工艺。 我国常见的镍铁工艺有RKEF工艺、EF工艺和BF工艺。 他们针对不同的矿石品位。 这部分我们稍后再深入镍铁冶炼流程时详细讲解； 而还原硫生产工艺生产的另一种产品是冰镍，与硫化镍矿石生产的冰镍基本相同。 这个过程也是最近再次受到关注的一个过程。 请参阅下面的详细信息。
2、湿法冶金工艺有氨浸工艺和高压酸浸工艺两种。 氨浸工艺一般只适合处理表层红土矿石，而镁铝含量低、铁含量高的矿石则适合高压酸浸。
红土镍矿火法和湿法熔炼工艺的优缺点如下图②所示：
2.3 全球镍冶炼企业生产工艺一览
3 中间产品冶炼工艺流程
3.1 湿法中间产品MSP/MHP冶炼工艺
湿法中间产品的原料绝大多数是红土镍矿，硫化镍矿多用于生产高冰镍。 除芬兰采用生物堆浸法生产MSP外，目前尚无其他利用硫化镍矿石生产的湿法中间产品。
红土镍矿湿法处理主要分为氨浸工艺（RRAL）和加压硫酸浸出工艺（HPAL）。 截至目前，全球大型红土镍矿湿法冶炼厂采用的主要工艺大多为HPAL。 但湿法冶炼也存在明显的缺点，如产生大量固体废物和污染物气体排放。 湿法冶炼矿石中近97%含有高含量的Fe（占总量的10%～45%）和少量的Cr。 全部作为固体废物丢弃； 湿法熔炼采用液酸或液氨作为Ni、Co的浸出剂，使用后除部分回收外，其余以液体形式处理后排入河流或并入废水池； 湿法冶炼还会产生大量CO2气体排放，均为三废排放③。 国外湿法中间体产品项目大多采用以下工艺生产湿法中间体：
1.HPAL高压酸浸技术
高压酸浸工艺是目前较为成熟的红土镍矿湿法冶炼工艺。 世界上大多数在生产的项目也采用这种方法进行生产。 但后期不同的中间反应会产生不同的中间产物。 MSP和MHP均可生产。 。 HPAL 技术首先在古巴 Moa 采用。 该工艺适用于加工MgO含量较低的褐铁矿型红土镍矿。 HPAL工艺的最大优点是镍、钴的回收率可达90%以上④。 HPAL工艺生产MHP工艺流程：进料制备和粗选提高品位（矿浆浓缩）——HPAL加压酸浸（加入酸和蒸汽，在高压容器中进行）——浓缩和中和反应（加入石灰，絮凝）剂，本工艺中和反应后的部分物料送至尾矿库）——混合氢氧化物沉淀。 国外某大型冶炼厂采用此法生产，见下图④。
HPAL工艺生产MSP工艺流程：进料制备和粗选提高品位（矿浆浓缩）——HPAL加压酸浸（加入酸和蒸汽，在高压容器中进行）——中和除铁铝——（加入H2S）选择性除锌-硫化物沉淀-镍钴硫化物混合物
菲律宾住友投资的珊瑚湾镍业公司（CBNC）曾采用这种方式生产。
红土镍矿加压酸浸生产MSP/MHP的两道工序前半段从原矿浆储存、原矿浆浓缩——加压浸出——矿浆中和——CCD溶液中和（去除铁、铝等杂质）开始) - 溶液存储过程。 其工艺流程和设备基本相同，只是产品沉淀过程不同。 两种产品选择各有利弊。 镍钴硫化物混合溶液生产的产品镍钴品位高，杂质少，有利于后续冶炼，运输量小。 但缺点是需要额外投资1亿美元以上建设制氢装置、H2S生产装置、小型制氮装置⑤。
RRAL工艺又称为Caron工艺，其工艺流程为：
表层红土镍矿——还原焙烧——镍、钴和部分铁的合金——多级逆流氨浸——浸出液硫化物沉淀——沉淀母液除铁蒸氨——碱式硫酸镍——煅烧成氧化镍或还原生产镍粉
该工艺生产的镍块中镍的质量分数可达90％，整个工艺的镍回收率达到78％～80％。 与火法冶炼工艺相比，钴可部分回收，回收率达40%～50%。 但氨浸法只适合处理红土镍矿上层的红土矿石，不适合处理硅、镁含量较高的下层矿石。 这极大地限制了氨浸法的发展。 自20世纪70年代以来，没有新工厂选择这种方法。 工艺。
用红土镍矿生产湿法中间产品的主要工艺为以上两种。 一般来说，现在基本上都是HPAL工艺。 氨浸过程可以简单了解一下。
3.2 火法高金属镍中间产品生产工艺
高冰镍可由红土镍矿或硫化镍矿生产。
用红土镍矿生产高冰镍的工艺目前只有淡水河谷印尼公司生产，采用还原硫化物熔炼法。 修改后的生产工艺如下：
红土镍矿添加含硫原料（黄铁矿、石膏）——1500-1600℃高炉吹炼（或电炉冶炼）——低冰镍——转炉吹炼——高冰镍（高冰铜）或红土镍矿——RKEF工艺——高镍铁——添加含硫材料，然后在转炉中吹制——高镍冰铜。
该生产工艺镍回收率低于RKEF工艺，但具有生产工艺简单、投资少、易操作、电耗低等优点。 如果当地硫化铁矿或石膏矿供应充足，且不考虑铁回收，硫化物冶炼应该是经济上可行的选择。 硫化冶炼需要将氧化镍矿石提前干燥或烧结，高炉产生的低浓度SO2烟气需要吸收。 随着RKEF流程的流行，该流程已逐渐被淘汰。 然而，由于最近新能源的发展，这一过程被重新强调。 通过上述工艺不仅可以生产高冰镍，还可以通过高镍铁或水解镍生产硫酸镍来生产高冰镍。
以硫化镍矿生产高冰镍是目前生产高冰镍的主流工艺。 国内金川、新鑫、吉恩均采用硫化镍矿生产高冰镍。 国外硫化镍矿生产纯镍的中间产品大多是高冰镍。 高档冰镍生产设备的多样化主要与原材料的形态和品位有关。 而生产过程基本都是经过低镍冰铜的工艺。 由FeS、Cu2S和Ni3S2组成，含镍20%-30%，高冰镍含镍55-65%。 下图为硫化镍矿生产高冰镍的常见工艺流程。 关于高冰镍的冶炼工艺这里就不做过多介绍了。 由于工艺的一致性，高冰镍的冶炼工艺将在后面讲纯镍冶炼时详细讨论。
4、纯镍冶炼工艺流程
有了以上对矿石和中间产品的大致了解，我们继续探索如何生产标准产品——纯镍。 通常冶炼过程都会经过我们所说的中间产品。 唯一直接生产纯镍而不生产中间产品的工厂是澳大利亚那些已经停止生产的工厂。 下面我们以纯镍冶炼厂的冶炼方法为例。 我们先来大致了解一下镍冶炼通常采取的步骤。
4.1 选矿
4.2 高冰镍冶炼
公司火法冶炼主要采用电炉冶炼、闪速炉冶炼、富氧顶吹冶炼炉冶炼三种方法。 由于电炉难以应对大规模冶炼，因此在后续改进中将采用后两种方法。
选矿精矿—备料—干精矿—镍闪速炉—低冰镍—转炉吹炼—高冰镍—坑内缓冷72小时—送精炼厂
镍精矿预干燥—富氧顶吹炉熔炼—电炉沉淀分离—卧式转炉吹炼—转炉渣电炉稀释
富氧顶吹工艺与闪速炉工艺最明显的区别是对原料特别是高镁原矿的适用性较好，且投资低。 如果产能较小，可以考虑采用富氧顶吹熔炼。 、投资少、见效快。 但富氧也存在金属有效回收率低、炉龄短、设备运转率低等明显缺点。
生产出高冰镍后，下一步就是精炼工序：
4、硫酸镍冶炼工艺
硫酸镍的原料包括湿法中间产品MSP/MHP、镍豆、废料等。 都是独立的生产线。下左图：MHP生产硫酸镍。 右下图：MSP生产硫酸镍。
硫酸镍的原料包括湿法中间产品MSP/MHP、镍豆、废料等。 都是独立的生产线。下左图：镍豆自溶生产硫酸镍。 下图右：废料被用来生产硫酸镍。
生产硫酸镍的各种原料的优缺点比较：
5、镍铁冶炼工艺
5.1 NPI冶炼工艺
目前，利用低品位红土镍矿生产镍生铁的项目主要集中在中国和印度尼西亚。 生产工艺主要分为：RKEF（回转窑-矿热炉冶炼）、EF（电炉冶炼）、BF（高炉冶炼）。 ），目前主要冶炼工艺是RKEF工艺。 各工艺流程及生产优缺点如下：
1、RKEF（回转窑-矿热炉冶炼）
RKEF工艺流程为：矿石配料——干燥窑干燥——回转窑焙烧——矿石炉熔炼——出钢
该工艺生产镍铁是目前快速发展的红土镍矿加工工艺。 其技术成熟，设备简单易控制，生产效率高。 缺点是需要大量冶金焦和电能，能耗高，生产成本高，冶炼过程中炉渣过多，冶炼温度高（1500℃左右），有粉尘污染。 而且矿石的镍品位对烟火法生产成本影响较大。 矿石镍品位每下降0.1%，生产成本就会增加约3%至4%。 在回转窑中，当焙烧带温度在1100℃左右时，镍矿石中的游离水和结晶水将被完全除去，镍矿石中约40%的NiO将被还原为Ni（ NiO+C→Ni+CO↑），在矿热炉中，熔炼温度在1400℃左右时，剩余的NiO直接被C还原为Ni。部分FeO被还原为Fe，Fe元素约占占总数的70%。
2.EF（电炉冶炼）
EF工艺流程为：矿石配料——烧结机烧结——电炉冶炼——出铁
与RKEF工艺相比，该工艺前期需要较少的回转窑干燥和焙烧。 回转窑的主要热源是煤粉和矿热炉煤气，能耗比烧结工艺低。 冶炼产品差异较小，生产成本比RKEF工艺高，因此逐渐被淘汰。
3.BF（高炉冶炼）
高炉工艺流程为：红土矿——脱水、烧结球团——添加焦熔剂——高炉冶炼——出钢。
这种还原熔炼工艺是我国近年来发展起来的红土矿冶炼工艺。 随着国家产业政策调整，大量500立方米以下炼铁高炉被淘汰。 但由于国内不锈钢用镍紧缺，红土镍矿大量进口。 此外，为了解决就业问题、创造税收，这些淘汰的高炉被用来加工红土镍矿，生产含镍1.5%~2%的镍铁。 。 小型高炉镍铁冶炼面临政策淘汰，大型高炉冶炼镍铁6%~8%效率低下。 焦炭价格影响高炉镍铁成本，导致高炉镍铁冶炼技术进展缓慢。 利润变薄必然受到打击 考虑到国内高炉镍铁厂家的积极性，国内生产高炉冶炼低镍铁的厂家大多是200系列综合不锈钢厂。 从技术角度看，高炉还原熔炼工艺存在高炉容积利用率低、焦炭消耗大、烧结污染严重、镍生铁含磷量高、镍回收率低等缺点。 该工艺适用于加工褐铁矿B型红土矿，镍品位小于1.2%，Fe>30~40%。
5.2 芬尼冶炼工艺⑥
目前常用的芬尼冶炼工艺与NPI冶炼工艺基本相同，只是在矿热炉后增加了精炼环节。 与NPI的区别在于镍含量较高，P/S杂质元素含量较低，NPI的P含量一般小于0.04%，硫小于0.4%，Feni的P含量一般小于0.04%，S含量小于0.2%。 从生产成本来看，Feni的生产成本高于NPI。 除了上述工艺之外，芬尼冶炼还有一些其他工艺可以探索：
回转窑和浸没炉技术（简称RKEF）
RKEF工艺流程为：矿石配料——回转窑干燥——回转窑焙烧——粗镍铁炉熔炼——LF炉精炼（或机械搅拌脱硫）——精镍铁水淬——生产合格镍铁颗粒。
2006年8月，巴西淡水河谷公司在帕拉州（PARA）开工建设奥卡普玛镍铁项目。 该项目采用RKEF工艺加工红土镍矿生产镍铁，由Demac设计。 项目配备Φ4.6×45m干燥窑2座、Φ6×135m回转窑2座、2kVA矩形潜水炉（目前全球功率最大），年产合金22万吨（品位25%），镍 5.2 万吨。
回转窑-磁选
回转窑-磁选工艺流程为：原矿磨碎与煤粉混合制成型煤——回转窑干燥/高温还原焙烧——焙烧矿磨成矿浆——重选、磁选
回转窑-磁选工艺又称直接还原工艺。 目前国际上只有日本冶金公司大江山冶炼厂采用该工艺。 该工艺被公认为是处理红土镍矿最经济的方法。 其最大特点是生产成本低。 85%的能源消耗由煤炭提供，吨矿石耗煤160-180公斤。 电炉冶炼镍铁工艺80%以上的能耗由电能提供，每吨矿石电耗为560~。 但该工艺的主要问题是回转窑的成圈和回收率。 大江山冶炼厂虽然经过多次改进，但工艺技术仍然不够稳定。 几十年后，其生产规模仍保持在每年1万吨镍。 关于。 该工艺的关键技术是煤粉与矿石的混合以及还原焙烧过程的温度控制。 该工艺适用于加工A型镁硅红土矿石，原矿镍品位为0.7～1.2%，铁含量为8～11%。 这些试生产工厂要么生产成本太高，要么操作困难，无法大规模生产。 其中很多还处于理论研究阶段，还没有工业化生产。 因此，回转窑-磁选工艺仍需不断探索和推进。
转底炉+熔化炉
一种以煤改气或天然气为燃料的转底炉冶炼红土镍矿的新方法。 它以煤制气或天然气为燃料，非焦煤为还原剂，红土镍矿为原料。 一种炉与还原熔炼炉联动生产镍铁的熔炼方法。 红土镍矿原料中镍含量为0.8～3.0%。 该冶炼方法工艺流程短，操作简单，易于控制，原料适应性强，能耗低，燃料热价比高，污染少，设备投资少，生产成本低，镍回收率高，最适合在电力资源中使用。 在煤炭资源稀缺和丰富的地区投资建厂。 该工艺适用于加工镍品位0.8%~3.0%、铁含量15%~20%的镁硅酸盐红土矿石。 目前国内多数厂家采用转底炉直接还原铁矿石或冶金粉尘（泥）生产海绵铁。 产品用于高炉或直接作为炼钢转炉原料。 目前还没有加工红土镍矿生产镍铁的应用实例。 主要原因是转底炉热效率低。 原料必须磨细造粒，生球必须干燥。 球的强度和含水量对于转底炉的运行稳定性至关重要。 同时，在投资生产成本方面，与成熟的RKEF工艺相比，并无明显优势。 因此，有必要进一步研究转底炉的关键控制点，实现珍珠镍铁的一步法生产工艺，体现转底炉的优势。
国内生产受镍矿来源限制，高品位镍矿量很少。 Feni生产的先天条件不足，因为NPI是为了适应中低品位镍矿的冶炼而开发的。 Feni生产厂家均为海外冶炼厂。 目录及产能如下：
6、不锈钢冶炼工艺
6.1 常用冶炼设备图片
目前，国际上现有的不锈钢冶炼方法有一步法、两步法和三步法。 所谓一步两步，主要看通过了多少主要设备。
一步法：
早期的一步法是指在电炉中完成废铁熔化、脱碳、还原、精炼等工序，将炉料一步熔炼成不锈钢。 然而，这种冶炼工艺存在明显的缺陷。 在一炉内完成全部熔炼，意味着熔炼流程长、熔炼环境单一。 无法兼顾有害元素或需要不同环境去除的合金化处理，生产成本也较高。 因此已逐渐被淘汰，但国内400系钢厂目前采用的新型一步熔炼法相对更经济。 高炉生产的低磷铁水直接进入AOD（氩氧精炼炉）进行脱碳、合金化。 综合200系不锈钢厂也大多采用改良生产方法，但小型高炉生产低镍铁水。
两步法：
所谓两步法，实际上是在精炼炉之前添加一步式电炉或中频炉熔炼工艺，即EF→AOD。 该工艺被广泛使用。 电炉或中频炉主要用于镍铁、铬等冷料。 将铁、硅锰、废钢等熔化，钢水由钢包输送至AOD炉进一步精炼和合金化。 可以用这种方法生产要求不高的 300 系列不锈钢。
三个步骤：
三步法的基本工艺流程为：一次精炼炉→双吹转炉/AOD炉→真空精炼装置。 三步法是冶炼不锈钢的先进方法。 产品质量好，适合专业厂家及钢联企业不锈钢生产。
除上述不锈钢冶炼方法外，一些300系列一体化不锈钢厂大多采用铁水直接炼成不锈钢的生产工艺。 生产工艺为：RKEF（回转窑电炉）+AOD（氩氧精炼炉），剩余冷料可用中频炉或电炉熔化后，加入AOD炉一起精炼。
出炉的钢水与普通碳钢的冶炼过程类似。 进入中间包、结晶器、连铸机拉出方坯，然后进行热轧和冷轧。 最终产品是光滑平整的冷轧钢卷。
以上是SMM对镍产业链各环节生产流程的总结。 如有问题，欢迎大家批评指正。
参考：
①百度百科全书 - 镍矿石②”后期镍矿石的高压酸浸出技术的成熟度“③”三种主要工艺技术，用于从后来的镍矿石“④”回收镍和钴的后代矿石矿石矿石从镍和钴中提取镍金属，从高压酸浸出方法“⑤”分析后镍矿石的技术成熟度高压酸浸出冶炼项目“⑥Zhihu 小期 - 镍：第4部分“ -冶炼过程”的第2章