我国镍矿资源现状及利用技术研究

刘明宝，段理祎，高 莹，印万忠

(1.东北大学,辽宁 沈阳 110004；2.兰州金川新材料股份有限公司 甘肃 兰州 737100)

镍是一种近似银白色的金属，有铁磁性和延展性，能导电和导热。主要用来制造不锈钢和其他抗腐蚀合金，也作加氢催化剂和用于陶瓷制品、特种化学器皿等，是一个国家国防工业和航空工业不可或缺的战略物资。

世界上已知的镍矿床有三种类型:即铜镍硫化矿、红土矿、风化壳硅酸镍矿床。其中，红土矿和硅酸镍矿床占目前世界镍总储量的四分之三。但从硫化矿石中提取的镍，约占目前镍总产量的三分之二。尽管从氧化矿中提取镍显得愈来愈重要，但由于镍在这些矿石中以不定成分的含水硅酸盐(3MgO·2SiO2·2H2O)的复合物，主要是含水镍镁硅酸盐状态存在，也有以浸染或覆盖于硅酸盐上的氧化物和氢氧化物存在。由于氧化镍矿物不是以单独的颗粒存在，因此到目前为止，有关氧化镍的直接选矿问题尚未解决。而从硫化矿中提取镍，可以采用简单经济的机械选矿方法来解决，所以，在今后若干年内，硫化镍矿石仍将是镍的重要来源。

我国镍矿资源主要分布于19个省(区)，70%的镍矿资源集中在甘肃，其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西和青海和湖北7个省(区)。这7个省(区)的镍资源合计保有储量，占全国镍资源总储量的27%。其余镍资源分布在江西、福建、广西、湖南、内蒙古、黑龙江、浙江、河北、海南、贵州、山东11个省(区)，这些地区的镍资源合计保有储量，占总储量的3%左右。我国镍资源分布以及品位如表1所示[1]。

表1 我国镍资源分布以及品位

经过多年的开采，目前我国镍矿储量呈明显下降的趋势。近年来，随着我国国民经济尤其是钢铁工业的迅猛发展，镍资源的自给率逐渐下降，供需缺口持续扩大。因此，对我国镍矿资源开展更深入的矿石特性以及综合利用技术研究势在必行。

1 复杂硫化镍矿矿石特性及几种主要选别工艺

1.1 阶段磨矿-阶段选别-中矿再磨再选流程

甘肃金川镍矿二矿区矿石矿物种类较多，矿物组成较复杂。常见的金属矿物主要有镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿、紫硫镍矿、方黄铜矿、墨铜矿、四方硫铁矿、磁铁矿、铬尖晶石等；另外，还有少量的钛铁矿、赤铁矿、白铁矿、碲铋矿、碲铋镍矿、碲铅矿、碲铋钯矿、自然金、银金矿、碲银矿、砷铂矿等。脉石矿物主要有蛇纹石、橄榄石、辉石、透闪石、碳酸盐、滑石、绿泥石、云母等。矿石含镍品位平均为1.29%，矿石的矿物组成和相对含量见表2。矿石中镍矿物物相分析结果如表3所示。该矿石处理工艺流程如图1所示。经该工艺处理以后，可以获得精矿平均品位在8.8%以上，镍金属回收率在84.5%以上的良好指标。

1.2 阶段磨矿-阶段选别-中矿返回再选

对金川镍矿三矿区矿石进行镜下分析、X射线衍射以及扫描电镜分析，研究表明，矿石的组成矿物种类较为复杂，常见金属矿物包括紫硫镍矿、镍黄铁矿、黄铜矿、墨铜矿、黄铁矿、磁铁矿和铬铁矿，偶见假象赤铁矿、闪锌矿和磁黄铁矿零星分布;脉石矿物以蛇纹石和绿泥石居多，其次是透闪石、滑石、铁白云石、黑云母和石英，其他微量矿物包括钦铁矿和檐石等。矿石平均含镍品位为0.51%，矿石中主要矿物含量见表4。矿石中镍的化学物相分析结果见表5。工艺流程图见图2。经过该工艺处理以后，可获得精矿品位大于6%，镍金属回收率在83%左右的良好指标。

表2 矿石的矿物组成和相对含量

表3 矿石中镍主要物相分析结果

表4 矿石中主要矿物含量

表5 矿石中镍的化学物相分析结果

图1 阶段磨矿-阶段选别-中矿再磨再选工艺流程图

图2 阶段磨矿-阶段选别-中矿返回再选工艺流程图

1.3 阶段选别-扫选精矿再磨再选流程

陕西某镍矿矿石由三十多种矿物组成，主要金属矿物为镍黄铁矿、磁黄铁矿、磁铁矿、黄铜矿等十二种，占矿物总量的25.8%。主要脉石矿物为绿泥石、云母、伊利石、蛇纹石、滑石、石英、方解石、白云石、萤石等十八种，占矿物总量的74.2%。矿石多元素分析以及镍物相分析分别见表6和表7，工艺流程如图3所示。经此工艺处理以后，镍精矿品位可达5.5%，镍金属回收率在81%左右。

表6 矿石多元素分析

表7 矿石镍物相分析

图3 阶段选别-扫选精矿再磨再选工艺流程图

2 红土镍矿处理工艺

氧化镍矿床是含镍橄榄岩在热带或亚热带地区经过大规模的长期的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黏土状矿石。由于铁的氧化，矿石呈红色，所以被称为红土矿。红土镍矿的可采部分一般由3层组成:褐铁矿层、过渡层和腐植土层。各矿层红土矿化学成分及处理工艺，如表8所示。

2.1 火法冶金技术

火法冶炼工艺更适合处理腐植土型镍矿，因为腐植土型镍矿含有较低的钴和铁，Ni/Co比一般为40，最终产品多为镍铁或冰镍，同时在冶炼过程中不回收金属钴。火法冶炼工艺需要消耗大量的能源，因为在冶炼过程中，镍矿石需要被干燥，除去所含潮气和结晶水，同时，干燥后的镍矿石还需要进一步加温到1400℃形成镍锍。

硅镁镍矿通常采用火法冶金工艺。处理镍红土矿的火法冶金有两种熔炼方法：一种是用鼓风炉或电炉还原熔炼得到镍铁。采用电炉熔炼可以达到较高的温度，炉内的气氛也比较容易控制，炉料需预先经过干燥脱水，干燥和预热一般采用回转窑。在电炉还原熔炼的过程中，几乎所有的镍和钴的氧化物都被还原成金属，而铁则不必全部还原成金属铁，铁的还原程度通过还原剂焦碳的加入量加以调整。得到的镍铁成分为(%)：Ni+Co(25～45)；C(0.02～0.06)；S(0.02～ 0.05)；Si(0.02～ 1.5)；P(0.01～0.03)；Fe(55～75)。此外，硅镁镍矿也可以采用外加硫化剂的方法进行硫化熔炼得到镍锍，石膏是最常用的硫化剂。造锍熔炼一般在鼓风炉中进行，也可以用电炉，镍锍的成分可以通过还原剂(焦粉)和硫化剂(石膏)的加入量加以调整。得到的低镍锍(通常含Ni+Co=20%～30%)，再送到转炉中吹炼成高镍锍。镍红土矿两种火法冶金的原则流程见图4。

表8 各矿层红土矿化学成分及处理工艺

图4 镍红土矿两种火法冶金原则流程

2.2 湿法冶金技术

褐铁矿类型的镍红土矿和含MgO比较低的硅镁镍矿，通常采用湿法冶金工艺处理。湿法冶金主要形成了两种工艺，一种是还原焙烧-氨浸工艺(简称为RRAL)，另一种是硫酸加压酸浸工艺(简称为HPAL)。近年来，镍红土矿的湿法冶金技术有了很大的发展，特别是加压浸出技术和各种组合的溶剂萃取工艺。

2.2.1 还原焙烧-氨浸工艺

还原焙烧的目的是使硅酸镍和氧化镍最大度地被还原成金属，同时控制还原的条件， 使大部分Fe还原成Fe3O4，只有少部分Fe被还原成金属。焙烧矿再用NH3及CO2将金属镍和钴转为镍氨及钴氨络合物进入溶液，金属铁先生成铁氨络合物进入溶液，然后再氧化成Fe3+，水解生成氢氧化铁沉淀，氢氧化铁沉淀时会造成较大的钴损失，大部分钴以沉淀物形式除去。原则流程见图5。

图5 还原焙烧-氨浸工艺流程图

2.2.2 加压酸浸

用稀硫酸将镍、钴等有价金属与铁、铝矿物一起溶解，在随后的反应中，控制一定的pH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。浸出液用硫化氢还原中和、沉淀，产出高质量的镍钴硫化物。镍钴硫化物通过传统的精炼工艺配套产出最终产品，其原则工艺流程如图6所示。

图6 加压酸浸工艺流程图

3 结语

1)随着国家经济建设的发展，我国镍矿需求缺口持续扩大，镍资源短缺已经成为不争的事实。因此，对硫化镍和红土镍矿资源进行更加深入的利用技术研究，对保证我国镍工业可持续发展具有重要的战略意义。

2)硫化铜镍矿床的形成，均与基性和超基性岩有关。在成矿过程中，易发生蚀变，脉石矿物发生蛇纹石化、滑石化；原生硫化矿与次生矿物交错共存，使矿物组成复杂化。因此，硫化铜镍矿的选别流程，一般以阶段磨矿-阶段选别-中矿再处理方式为主。

3)到目前为止，物理选矿法尚没有处理红土镍矿的合适工艺，红土镍矿当前的处理工艺以火法和湿法为主。随着世界镍需求量的增长以及硫化镍资源的短缺，红土型镍矿资源的开发将成为未来几年世界镍工业发展的主要趋势。

[1] 李志茂,朱形,吴家正.镍资源的利用及镍铁产业的发展[J]. 中国有色冶金，2009(1)：29-32.

[2] 李建华,程威,肖志海. 红土镍矿处理工艺综述[J]. 湿法冶金, 2004(12):191-194.