天道研究院 || 红土镍矿资源现状及加工工艺综述
在自然界中，镍主要以硫化镍矿石和氧化镍矿石的形式存在。 由于元素亲氧性和亲硫性的差异，在熔融岩浆中，当硫存在时，镍能优先形成硫化物矿物并富集形成硫化物矿床。 镍黄铁矿、镍黄铁矿等硫化镍矿石中的镍以游离硫化镍的形式存在，相当一部分以同象形式存在于磁黄铁矿中。 部分氧化镍矿是由于硫化镍矿岩体的风化、淋滤、蚀变而富集的。 镍主要以镍褐铁矿（很少或没有结晶的氧化铁）形式存在。 红土镍矿是含有镁铁硅酸盐矿物的超基性岩经长期风化而产生的矿石。 在风化过程中，镍从上层浸出，然后沉淀在下层。 NiO取代了相应的硅酸盐和氧化铁矿石晶格。 氧化镁和氧化铁。
由于镍具有耐腐蚀、抗氧化、耐高温、强度高、延展性好等特点，因此应用广泛，特别是在不锈钢和耐热钢中。 目前镍消费中，钢铁和有色金属冶炼行业约占总消费量的65%~70%； 其次是轻工业，包括自行车、医疗器具、生活用品电镀等，约占总消费量的12%。 〜15%； 三是机械制造、化工、石油、电力工业。 这些行业需要使用镍来制造各种机器和容器，约占总消耗量的10%至12%。 充电电池、泡沫镍、镀镍钢带、活性氢氧化镍等高科技领域使用的产品对镍的需求也旺盛。
自20世纪80年代中期以来，镍得到广泛使用，不锈钢一直是镍消费的主要驱动力。 不锈钢产量的增长继续推动镍需求，特别是在西欧、日本和东南亚国家。 近年来镍在钢铁工业、磁性材料工业、军工、有色金属、贵金属、特种合金、储氢材料、特种镍粉、新型镀镍复合材料、电池、医疗等方面的应用与发展而保健和硫酸镍非常重要。 引起人们对自己的关注。 镍作为重要的战略金属，具有良好的机械强度、延展性和化学稳定性。 它是工业和现代人类文明发展不可缺少的金属，在国民经济的发展中发挥着极其重要的作用。
1、世界镍资源概况及利用现状
镍是一种储量比较丰富的金属元素。 它在地球中的含量仅次于硅、氧、铁、镁，居第五位。 地核中镍含量最高，是天然的镍铁合金。 由于镍的地球化学特征，镍首先存在于铁镁铝硅酸盐岩浆形成的镁橄榄石中。 不同岩石中镍含量的一般规律是，氧化镁、氧化铁等碱性脉石中镍含量较高。 、二氧化硅、氧化铝等酸性脉石含镍量低。 各种岩石中镍的平均含量见表1。
表1 各种岩石中镍的平均含量%
目前可供人类开发利用的镍资源仅限于陆地硫化镍矿和氧化镍矿两类，其中硫化矿约占30%，红土镍矿约占70%。
据美国地质调查局统计，截至2004年，世界镍探明总储量为6200万吨，储量基础为1.4亿吨。 全球已查明镍品位1%左右的陆地资源量为1.3亿吨，其中60%属于红土型镍矿床。 钴及伴生矿物主要是铁和钴，主要分布在赤道附近的古巴和新卡利登。 印度尼西亚、印度尼西亚、菲律宾、巴西、哥伦比亚和多米尼加共和国； 40%是岩浆铜镍硫化物矿床。 伴生矿物主要有铜、钴、金、银和铂族元素，主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、中国、南非、津巴布韦和博茨瓦纳等国家。 此外，深海海底的锰结核和锰结壳还含有大量的镍资源，伴生矿物还有数量巨大的铜、钴和锰。
硫化镍矿一般含镍1%左右，选矿后精矿品位可达6%~12%，加上伴生有价金属（铜、钴），可达6%~15%； 此外，它还常常含有一定量的贵金属。 该精矿还含有硫化铁形式的燃料成分，热值2 091～4 182 MJ/t，冶炼能耗低。 因此，硫化镍矿石的经济价值较高。 红土矿含镍1%～3%，不能通过选矿富集。 只有浅风化、低品位的块矿才能通过筛分废弃。 红土矿中仅伴生少量钴，不含硫，无热值。 然而，矿石储量很大，且赋存于地表。 开采方便，可露天作业。 开发条件优良、具有工业价值的镍矿物及其化学式见表2。世界镍储量及储量基础见表3。
表2 具有工业价值的镍矿物及其化学式
表3 世界镍储量及储量基础
由于硫化镍矿资源品质高、技术成熟，目前镍产量的60%左右来自硫化镍矿。 但由于长期开采，近20年来新资源勘探没有取得重大突破，硫化镍矿保有储量大幅下降。 。 例如，如果年镍产量为120万吨，相当于开采加拿大沃伊赫湾镍矿床（近20年来唯一发现的大型矿床，全球第五大硫化镍矿）两年，五年开采金川。 镍矿（世界第三大硫化镍矿）。 因此，全球硫化镍矿出现了资源危机，几个传统硫化镍矿（加拿大萨德伯里、俄罗斯诺列尔斯克、澳大利亚坎博达、中国金川、南非里滕斯堡等），开采深度为越来越深，开采的难度越来越大，选矿、冶炼的难度也越来越大。 为此，全球镍行业将资源开发重点放在储量丰富的红土镍矿上。 红土镍矿资源开采和冶炼利用比例已占世界镍产量的40%以上，并呈上升趋势。 可以预计，未来全球镍产量的增量将主要来自于红土型镍矿资源的开发。
由于我国硫化镍资源大幅减少，导致氧化镍矿储量小、品位低、开采困难。 与国外一些储量大、品位高的氧化镍矿相比，缺乏竞争力。 中国有色金属企业正在全球范围内积极开发国内红土镍矿资源。 宝钢集团与金川集团联手投资10亿美元开发菲律宾诺诺克岛镍矿资源； 中国五矿集团公司与古巴合作在莫阿建设年产2.25万吨镍生产厂； 中国冶金建设集团与吉林镍业公司正在合作开发巴布亚新几内亚Ramu镍矿（该矿镍平均品位约为1%，预计总投资6.7亿美元）； 中国金宝矿业公司与缅甸莫维塘所属矿业部签订缅甸镍矿合作勘探及可行性研究协议； 中国有色集团缅甸大公山红土镍矿年处理干矿石132万吨，冶炼厂年产含镍26%镍铁8.5万吨，矿山地质储量4300万吨。 吨，其中经济储量2239.6万吨，平均镍含量1.96%。
对于低镍、高铁、低硅、镁的褐铁矿型红土镍矿，从节能降耗角度考虑，宜采用湿法浸出工艺； 而对于含硅较高、铁含量较低、硅镁较高的镁型红土镍矿最有效的处理方法是采用还原熔炼工艺生产镍铁。 用镍铁作为冶炼不锈钢、合金钢、合金铸铁的镍合金原料，可以减少金属镍的消耗，增加镍元素的来源。 成本比电解镍低，使生产单位和用户都能获得良好的经济效益。 具有较强的价格竞争优势。 如果采用湿法工艺将红土矿石中的镍与铁等元素分离，然后在炼钢过程中将它们融合，显然会造成能源和资源的浪费，从长远来看是不可取的。 如何更直接、合理地利用红土镍矿显得尤为重要。
2、红土镍矿资源开发利用优势及前景
目前，世界镍工业生产的镍主要来自硫化镍矿资源，约占总产量的60%。 其余来自红土镍矿。 但随着易于开采的优质（高镍品位）硫化镍矿资源的减少、环保要求的提高、红土镍矿提取技术的进步以及镍价因素的影响，红土镍矿生产的镍将会增加。 近50年资源开发特征证实了这一发展趋势，产量变化见表4。
表4 不同年份镍产量统计，万吨
开发利用红土型镍的主要优点是：
（1）红土型镍矿资源丰富，全球镍金属储量约4100万吨，勘探成本较低。
(2)可露天开采，开采成本极低。
(3)选冶工艺逐渐成熟。
(4)不锈钢生产的发展增加了对烧结氧化镍、镍铁或普通镍的需求，而这些镍产品主要由氧化镍矿石生产。
（5）世界红土型镍资源主要分布在近赤道地区，且大多靠近海岸，便于运输。
从红土镍矿资源特征来看，世界镍行业资源开发重点将逐步从硫化镍矿转向红土镍矿综合利用。 由于红土镍矿普遍伴生钴、铁、铬等有价金属，对其综合利用的必要性显而易见。 对于我国来说，虽然我国红土镍矿资源占比较小，但随着硫化镍资源的逐渐枯竭以及镍市场需求的不断增长，参与海外红土镍矿开发势在必行。 近年来，我国从缅甸、古巴、印尼进口大量红土镍矿，以及与菲律宾、巴布亚新几内亚实施镍钴联合生产项目，进一步表明红土矿的发展镍矿石已成为我国镍资源利用的重要组成部分。 全球红土镍矿开发利用前景十分广阔。
3.国内外红土镍矿加工技术及进展
氧化镍矿床是热带或亚热带地区含镍橄榄岩经大规模长期风化、淋滤变质作用形成的。 它们是由铁、铝和硅等含水氧化物组成的松散粘土状矿石。 由于铁的氧化作用，矿石变成红色，故称红土(红土)。 红土镍矿的可开采部分一般由三层组成：褐铁矿层、过渡层和腐殖土层。 加工工艺如表5所示。
表5 红土镍矿分布、成分及提取工艺%
(一)消防技术
红土镍矿火法处理工艺根据产出产品的不同分为还原熔炼生产镍铁和还原硫化熔炼生产冰镍。
1、还原熔炼生产镍铁
世界上最常用的红土镍矿火法处理工艺是还原熔炼生产镍铁，镍铁用于生产不锈钢。 氧化镍很容易被C、CO和Si还原。 通过在较高温度下控制一定的还原条件，氧化镍可以完全还原为金属，铁部分被还原，与镍熔合形成镍铁合金，而未还原的硅、镁氧化物与另一部分一起形成炉渣。铁氧化物。 还原熔炼生产镍铁有以下几种方法：
(1)回转窑-电炉还原熔炼工艺。 回转窑-电炉还原熔炼工艺（RKEF）是红土镍矿冶炼厂常用的火法冶炼工艺。 技术可靠、成熟。 该工艺的主要步骤包括干燥、焙烧-预还原、电炉熔炼和精炼。 由于原矿含有大量的附着水和结晶水，冶炼前的炉料准备主要包括脱水和干燥。 一般是在干燥窑中除去附着的水，然后在较长的回转窑中在较高温度下焙烧进行预还原。 进一步脱除结晶水，预还原部分镍、铁氧化物，预热炉料，为下一步电炉冶炼节省能源。 离开窑炉的炉料温度为650-900℃，直接送至电炉上方的料仓。 添加交（直流）电弧炉进行还原熔炼生产镍铁，精炼后作为冶炼不锈钢的原料。 该工艺适用于低铁、高镍红土镍矿。 所得镍铁产品镍品位一般为10%～15%，铁品位为60%～80%，镍回收率大于90%。
回转窑-电炉冶炼工艺适用于加工各类氧化镍矿石。 熔池可以达到较高的温度，且温度易于控制。 适用于选矿难处理的硅镁镍矿。 对炉料没有严格要求； 矿渣 含有较少有价值的金属； 生产易于控制，操作方便，易于实现机械化、自动化。 因此，回转窑-电炉冶炼镍铁工艺近年来发展迅速。 目前，至少有14家工厂采用这种方法加工氧化镍矿石，镍铁（含镍）年产量约为25万吨。
(2)竖炉-电炉技术。 Eagle 位于新喀里多尼亚的冶炼厂采用多米尼加Eagle 竖炉-电炉工艺。 工艺流程借鉴了水泥窑外分解技术。 将物料磨成细块，闪蒸干燥，闪蒸煅烧，在流态化炉中预还原，然后将煅烧后的物料在直流电弧炉中熔炼，在低频炉中精炼。 具有固定投资少、运行成本低、物料停留时间短、产品质量高、烟尘率低、电耗低等优点。
(3)高炉冶炼工艺。 高炉冶炼时，氧化镍矿石在回转窑中预热、干燥后制成型煤，与焦块一起加入高炉冶炼，生产粗镍铁，然后精炼生产镍铁。 高炉冶炼是最早的镍冶炼方法之一。 对环境不友好，对矿石适应性差，对镁含量要求严格。 另外，它不能处理细矿石，入炉炉料也有严格限制。 随着生产规模的扩大、冶炼技术的进步、炼钢厂对镍原料要求的提高以及环保要求的提高，这种方法已逐渐被淘汰。
(4)镍铁移动式平炉生产工艺。 除上述应用方法外，日本神户制钢所还新开发了采用移动式平炉生产镍铁的工艺。 该工艺包括：①混合步骤。 将含有氧化镍和氧化铁的矿石与碳质还原剂混合以制备混合物。 ②恢复步骤。 通过在移动平炉中加热还原混合物来制备还原混合物。 ③熔炼步骤。 将还原后的混合物在熔炉中熔化以制备镍铁。 该工艺能高效、低成本生产高镍含量的镍铁产品，且粉尘量少，防止粉尘堆积在炉壁上产生粘结剂，因此不需要调整渣量喂食期间。
2、还原熔炼生产冰镍
还原冰铜冶炼加工氧化镍矿石生产冰镍的工艺早在20世纪20年代和1930年代就已得到应用。 当时采用的是高炉冶炼。 该工艺与高炉还原熔炼生产镍铁工艺存在同样的缺点，因此新建大型工厂采用电炉冶炼红土镍矿生产冰镍。 全球氧化镍矿产镍量约为12万吨。 冰镍生产工艺是在生产镍铁的冶炼过程中添加硫化剂生产低镍冰冰，然后通过转炉吹炼转化生产高镍冰冰。 冰镍的成分可以通过添加还原剂（焦粉）和硫化剂来调整。 可用的硫化剂有黄铁矿(FeS 2 )、石膏(CaSO 4 ·2H 2 O)、硫磺和含硫镍原料。 目前国内朝阳昊天集团采用该工艺生产低镍冰铜。 所得低镍冰铜产品镍品位为5%～8%，镍金属回收率大于90%。
还原冰铜冶炼加工氧化镍矿石生产冰镍的工艺具有很大的灵活性：经焙烧、脱硫后的氧化镍可直接还原熔炼生产不锈钢行业用的普通镍； 也可作为常压碱拨法精炼镍的原料，用于生产镍丸和镍粉； 由于高冰镍不含铜，因此也可以直接铸成阳极板，送至冰镍电解精炼厂生产阴极镍。 综上所述，可进一步加工生产各种形态的镍产品，并可回收其中的钴。
(2)湿法工艺
对于镍含量高、铜、钴含量低的红土镍矿，常采用电炉还原熔炼法生产镍铁。 但在加工铜、钴含量较高的红土镍矿时，应采用湿法加工。 以利于综合回收各种有价金属，降低能源消耗。 浸出是常用的湿处理方法。 根据矿石中氧化镁含量的高低，采用常压氨浸法和高压酸浸法两种方法。 氧化镁含量高的矿石需要用氨浸出，因为酸浸需要大量的酸来中和矿石中的碱性脉石，导致运行成本很高，经济上不可行。 含氧化镁低的矿石可用硫酸浸出。 为了加快整个溶解过程，浸出操作通常在高温高压下进行。