紅土鎳礦全球分布及技術解決方案

2021-03-17 作者：佚名網(wǎng)友評論 0 條

紅土鎳礦全球分布及技術解決方案

顧玲

冶金工業(yè)信息標準研究院信息研究所

1 前言

隨著印度尼西亞2020年1月1日實施禁礦令后，國內(nèi)鎳鐵廠商紛紛轉頭在印尼當?shù)貙ふ覚C會投資建立鎳鐵冶煉廠。同時國內(nèi)冶煉廠也面臨原料不足的困境，或尋找其他地區(qū)和國家的鎳礦資源，本文主要介紹紅土鎳礦資源概況和鎳鐵冶煉技術。

2 紅土鎳礦資源概況

隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展，作為鎳主要消費領域的不銹鋼需求量與產(chǎn)量不斷增加，以鎳為主要原料的燃料電池、催化劑以及電鍍行業(yè)快速發(fā)展，使世界范圍內(nèi)對鎳的需求量不斷上漲。由于硫化鎳礦資源品質好，工藝技術成熟，每年全球 60%鎳產(chǎn)品都來自硫化鎳礦。硫化鎳礦因長期開采，近20年來在新資源勘探上沒有重大突破，保有儲量急劇下降，且傳統(tǒng)的硫化鎳礦礦山的開采深度日益加深，礦山開采難度加大，選冶難度增加。為此，全球鎳行業(yè)將資源開發(fā)的重心瞄準在儲量豐富的紅土鎳礦。

雖然紅土鎳礦鎳含量普遍較低，品位在1%～3%，難以選礦富集，但賦存于地表，易采可露天作業(yè)，勘查和采礦成本低，可以直接生產(chǎn)氧化鎳、鎳锍、鎳鐵等產(chǎn)品。在20世紀50年代，從紅土鎳礦中提取鎳金屬僅占世界鎳量的10%，而到2010年，該比例達到45%，2015年，該比例超過50%，呈不斷上升的趨勢。

世界上紅土鎳礦分布在赤道線南北30度以內(nèi)的熱帶國家，主要有新喀里多尼亞、印度尼西亞、菲律賓、澳大利亞、巴西、古巴等等國家。我國周邊的紅土鎳礦主要分布在印度尼西亞、菲律賓以及緬甸。表1為紅土鎳礦資源在各地區(qū)的分布狀況。

我國鎳資源62.2%集中在甘肅，主要為硫化鎳礦，占全國總保有儲量的86%；其次是紅土鎳礦，占總保有儲量的9.6%。我國的鎳資源總體不足，除了金川以外，多為小型貧礦。

3 紅土鎳礦冶煉技術

紅土鎳礦的處理工藝根據(jù)礦物成分不同而不同，主要分為火法冶金（Pyrometallurgy）和濕法冶金（Hydrometallurgy）兩類，如表2所示。一般認為，褐鐵型紅土鎳礦更適合濕法冶金工藝，而含鎳品位較高的硅鎂型紅土鎳礦多用火法冶金主要處理。

3.1濕法冶金工藝

濕法冶金工藝主要有以下兩種工藝：

1）還原焙燒氨浸工藝

還原焙燒氨浸工藝是在20世紀20年代提出，是最早的紅土鎳礦濕法處理工藝。其主要原理是采用還原焙燒方法使盡可能多的紅土鎳礦中的鎳還原為金屬，同時，使鐵最小限度的還原為金屬，大部分褐鐵礦中的鐵還原為磁鐵礦，蛇紋石中鐵基本不改變；焙砂在非氧化條件下冷卻后，在氨浸取液中通氣浸取，金屬鎳及金屬鈷與氨形成絡合物鎳氨及鈷氨，金屬鐵同樣會生成鐵氨，但由于氧化作用，F(xiàn)e2+被氧化為Fe3+，繼而水解沉淀為氫氧化鐵；富液經(jīng)蒸氨后，鎳絡合物分解生成堿式碳酸鎳，經(jīng)過濾、烘干、煅燒后，產(chǎn)出氧化鎳粉。

2）高壓酸浸法

高壓酸浸法是在20世紀50年代提出，是處理紅土鎳礦中應用最廣的濕法工藝。原理是在較高的酸度條件下、溫度越高越有利于鐵的沉淀，鎳和鈷等以硫酸鹽形式存在于溶液中，高溫下不水解。因此酸浸過程中的酸耗量主要取決于鎳、鈷、鎂等的含量總和。要求礦石中Mg要低，通常含Mg<4%（含Mg 越高，耗酸越高）。鈷的浸出率比還原焙燒-氨浸工藝高，酸耗相對較低。但是加壓酸浸操作過程中會結垢，減少高壓釜容積，降低傳熱效率，阻塞管道，操作條件相對苛刻。高壓酸浸更適用于褐鐵型紅土鎳礦，工藝流程如圖2所示。

3.2火法冶金工藝

火法冶金工藝主要有以下五種工藝：

1）鎳锍工藝

工藝流程為：紅土鎳礦—干燥—破碎篩分—硫化熔煉—低鎳硫—轉爐吹燒——高鎳硫。該工藝成熟、易于操作，其產(chǎn)品高鎳锍具有很大的靈活性，可以進一步處理生產(chǎn)各種形式的鎳產(chǎn)品，既可以生產(chǎn)用于不銹鋼工業(yè)的通用鎳，也可以作為常壓羰基法精煉鎳的原料生產(chǎn)鎳丸和鎳粉，但鎳回收率低（~70%），能耗高。

2）回轉窯－礦熱爐（RKEF）工藝

RKEF工藝流程：礦石配料——回轉窯干燥——回轉窯焙燒——電爐熔煉粗鎳鐵——LF爐精煉(或機械攪拌脫硫)——精制鎳鐵水淬——產(chǎn)出合格鎳鐵粒。RKEF工藝成熟、生產(chǎn)效率高、鎳回收率較高（~95%），易于實現(xiàn)自動化控制，可以實現(xiàn)更高的熔煉溫度，可處理難熔物料。由于工藝熔煉溫度(1500℃左右)較高，需要消耗大量的焦炭和電能，綜合能源消耗高，且礦石含鎳品位的高低對生產(chǎn)成本影響較大，礦石鎳品位每降低0.1%，生產(chǎn)成本大約增加3～4%。從經(jīng)濟角度上考慮，適宜于處理中高品位紅土鎳礦（鎳含量大于2%、鈷含量小于0.05%），并且對煤質要求高，要求當?shù)匾谐渑娴碾娏蛉剂瞎D3為RKEF工藝流程圖。

圖3 RKEF工藝流程圖

3）燒結－高爐還原熔煉法

燒結－高爐還原熔煉工藝是具我國獨創(chuàng)的工藝?；九c高爐煉鐵法一樣，只是有紅土鎳礦綜合品位（含Ni+Fe品位）低，燒結礦強度低，透氣性不好，焦比高，渣量大，渣堿度低等不同點。

工藝流程：礦石破碎篩分—干燥—配料—燒結—高爐—鑄錠和熔渣水淬—鎳鐵錠和水淬渣。圖4 為高爐冶煉鎳鐵工藝流程。

圖4 高爐冶煉鎳鐵工藝流程

目前小高爐鎳鐵冶煉面臨政策性淘汰，大高爐冶煉6～8%的鎳鐵又效率低下，焦炭價格影響高爐鎳鐵成本，造成高爐冶煉鎳鐵技術進展緩慢，利潤削薄，由于鎳生鐵出售時鐵、鈷均不計價，在鎳價較低的時候，燒結－高爐還原熔煉法已經(jīng)很難維持。

4）直接還原工藝

目前世界上采用此工藝的只有日本大江山冶煉廠。主要工藝過程為原礦磨細與粉煤混合制團，團礦在回轉窯中經(jīng)干燥和高溫還原焙燒，焙燒礦再磨細，礦漿進行重選和磁選分離得到產(chǎn)出含鎳大于20%的鎳鐵合金，被公認為是目前最為經(jīng)濟的處理鎳紅土礦的方法。此產(chǎn)品不管含硫多高均適用于AOD煉鋼過程，因為AOD法有很好的脫硫能力。

與RKEF工藝相比，該工藝具有一定的成本優(yōu)勢。

5）轉底爐－熔分爐雙聯(lián)法

轉底爐－熔分爐法，是由煤制氣或天然氣作為燃料，非焦煤為還原劑，以紅土鎳礦為原料，用轉底爐與還原熔分爐聯(lián)動生產(chǎn)鎳鐵的冶煉方法。

工藝流程：配料混合—壓球—烘干—- 布料—預熱還原—熱送—熔分。國內(nèi)目前大多采用轉底爐處理冶金粉塵(泥)生產(chǎn)海綿鐵，產(chǎn)品用于高爐或直接用于煉鋼轉爐原料，在處理紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵方面除了山東瑞拓聯(lián)合北京科技大學為印尼某公司在山西翼城轉底爐上加工過幾千噸低品位紅土鎳礦后，目前國內(nèi)還沒有應用實例。

主要原因是轉底爐生產(chǎn)效率低。球的強度、水分含量對轉底爐的運行穩(wěn)定性至關重要，無論從投資和生產(chǎn)成本來看，和RKEF工藝相比，并無明顯的優(yōu)勢。所以還需進一步研究轉底爐的關鍵控制點，實現(xiàn)一步法生產(chǎn)珠鎳鐵工藝，體現(xiàn)轉底爐優(yōu)勢。圖5為轉底爐處理紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵的多種流程。

4 國內(nèi)鎳鐵冶煉技術發(fā)展

我國的紅土鎳礦冶煉鎳鐵經(jīng)過十余年的發(fā)展，逐步形成了高爐冶煉鎳鐵法和回轉窯-電爐熔煉鎳鐵法（RKEF法）。

2010年之前國內(nèi)高爐冶煉鎳鐵比較盛行，但隨著鎳資源市場巨幅波動，以及環(huán)保因素、淘汰落后產(chǎn)能等等原因，高爐冶煉鎳鐵方法逐步被抑制。

2010年之后，礦熱爐冶煉鎳鐵方法逐步得到發(fā)展，前期許多廠家是使用（燒結礦-小功率礦熱爐冶煉法）冶煉13%鎳鐵，近幾年RKEF法逐步得到推廣，礦熱爐功率也越來越大，逐步形成了眾多33MVA、36MVA、48MVA、63MVA甚至更高功率的礦熱爐生產(chǎn)鎳鐵廠家，經(jīng)過這幾年的發(fā)展，RKEF法無論在生產(chǎn)技術方面還是在裝備水平方面都得到了長足發(fā)展。

據(jù)不完全統(tǒng)計，到2021年，印度尼西亞生產(chǎn)和計劃建設的紅土鎳礦冶煉廠中，以上所介紹的冶煉技術都有采用，如表3所示。目前中國在印尼投資的鎳鐵冶煉企業(yè)基本都采用RKEF法。