红土镍矿湿法冶金工艺现状及前景分析

王盼盼，李新生

（1.广西大学资源环境与材料学院，广西南宁 530004；2.金属资源高效利用及环境保护协同创新中心，广西南宁 530004）

随着国民经济发展，镍的需求量与日俱增，目前镍产量70%来源于硫化镍矿，然而硫化镍矿资源日益减少，这种供需矛盾日益突出。红土镍矿储量丰富，易于开采，是未来镍的主要来源，充分开发利用红土镍矿资源具有重要的现实意义。红土镍矿处理工艺包括火法冶金和湿法冶金2种工艺，湿法冶金工艺具有能耗低、环境污染小、金属回收率高等优势。

1 镍的生产和消费

当今世界的有色金属生产中，镍产量位居第五位（铝、铜、铅、锌、镍），随着各应用领域对其需求量的不断攀升，其产量也在不断增加。图1为全球原生镍的供需状况，2008-2017十年间，全球镍的需求总量基本成上升趋势，由1290kt上升至2100kt，年平均增长率为309%；随着镍的市场消费需求量的增大，2008-2017十年间全球镍年产量由1400kt上升至211万吨。镍产量对应其消费量具有一定时期的市场滞后性，供需平衡曲线一直处于波动状态。近些年，中国作为目前世界上原生镍消费量最大的国家，其镍行业的发展态势与全球镍行业形成了鲜明的对比。图2为我国近十年的原生镍供需状况，2008-2017十年间，镍消费量呈现出较明显的持续增加趋势，由330kt上升至1130kt，年平均增长率7.1%，且中国镍消费量的世界占比也呈现出上升趋势，至2017年达到53.8%。同时，中国是一个原生镍的生产大国，从2008年到2013年一直呈现出上升趋势，从210kt增至740kt，年平均增长率为14.3%。中国镍资源贫乏，尤其是红土镍矿，每年需要大量进□来满足国内需求，原料对外依存度持续多年超过80%，而红土镍矿储量巨大且地理位置优越的印尼和菲律宾就成为了优先选择的镍矿来源国。2013年开始我国的原生镍产量逐渐降低，主要受印尼颁布的镍矿出□禁令和环保政策的影响，限制了进口到我国的镍矿量，且2015年后我国镍铁产业（如德龙、青山等）正在逐渐向印尼转移。因此，我国原生镍的供需格局状况，也决定了其长期处于供不应求的现状，至2017年，供需缺口继续扩大至540kt。全球特别是中国不锈钢行业的迅猛发展，是原生镍消费量剧增的主要动力和途径，中国作为世界最大的不锈钢消费国呈现出旺盛的需求态势。图3为2008年和2017年我国镍的主要应用领域和消费结构比例变化，可以看出不锈钢的消费结构占比从69%升至85%。在中国镍消费结构中占主导地位。

图1 全球原 生镍供需状104吨金属量

图2 我国原生镍供需状况/104吨金属量

图3 我国原生镍的应用领域

2 红土镍矿冶炼现状及湿法工艺介绍

2.1 火法工艺与湿法工艺

火法冶金是指在高温下应用冶金炉把有价金属和精矿中的大量脉石分离开的各种作业，其主要包括：还原硫化熔炼镍锍工艺、回转窑-矿热炉镍铁工艺、还原焙烧-磁选工艺这些工艺在现在红土镍矿冶炼中运用较多，主要成本低，投入少，常用。主要原理是，红地镍矿主要含有氧化镍、氧化铬、氧化铁、铝等氧化物。氧化镍首先还原，利用这一选择性还原原理可采取缺碳操作，红地镍矿石中几乎所有的氧化镍都可以还原为金属，从而达到镍富集的目的。湿冶金是化学处理、有机溶剂萃取、杂质分离、金属和化合物提取到酸或碱性溶液中的过程。湿冶金早已出现，且实际应用时间相当长，就算如今也不是很成熟，湿法工艺包括：还原焙烧-常压氨浸工艺、高压酸浸工艺、碱浸工艺等方法。湿法对环境友好、污染小，现在很多的研究者都着重研究这种方法，希望能研究出高效、绿色的湿法冶金方法。

2.2 湿法冶金之高压酸浸工艺

高压酸浸渍工艺将红地镍矿石泥浆制成，放入反应炉中，由硫磺火焰酸等浸泡，调整pH，去除红地镍矿的铁、铝等杂质，然后在用硫化氢将溶液中的镍沉淀出来。高压酸浸工艺第一次在国外投入使用到现在已经过了60多年，证明这种方法经济效益很高。我国在高压酸浸方面取得了很大的进步，但与许多发达国家没有太大区别，包括酸性浸没设备的制造、酸性浸没设备的研制、预防设备在硬环境中生锈，过程自动化控制系统技术。目前，国家正在大力研究酸浸技术开发设备，积极培养这方面的人才，努力提高红土镍矿的镍提取水平。加拿大、美国等国家在高压酸浸工艺有其独到的特色和方法，我国需要加强国际交流，学习他国的先进技术，以增强我国的冶金技术。

3 红土镍矿湿法冶金工艺前景分析

随着世界上硫化镍矿资源日趋枯竭以及未来镍需求量不断增长，红土镍矿是镍的主要来源，红土镍矿的低成本、高效率开发利用是镍工业的发展方向。高品位的红土镍矿被优先开发利用而逐渐减少，镍质量分数小于1%的低品位红土镍矿更适合于采用湿法冶金工艺处理。随着环保要求越来越严格，红土镍矿处理工艺应满足节能、低排放或超低排放的要求。红土镍矿湿法冶金生产过程中伴随着废渣、废水等工业废弃物的排放，必然对环境产生严重影响。实施废弃物资源化利用，实现清洁生产是红土镍矿湿法冶金的发展趋势。还原焙烧-氨浸工艺中镍和钴的浸出率较低，并且对红土镍矿原料要求苛刻，目前仅在少数几家工厂用于工业生产，且这些厂家均为20世纪70年代前所建设，近30多年新建工厂很少采用这种工艺，还原焙烧-氨浸工艺无法成为湿法处理红土镍矿的主流工艺。加压酸浸工艺可实现镍和钴的综合回收并且镍、钴的回收率均可达到90%，若将钴的价值计算在内，有望进一步降低该工艺的生产成本。但是加压酸浸工艺对设备要求严格，投资和设备成本大，随着大型压力釜制造技术越来越成熟，工艺装备水平越来越高，加压酸浸工艺的优势会更加明显。特别是钴含量高的红土镍矿，采用加压酸浸工艺处理更具有经济价值优势。因此，不断改进和完善加压酸浸工艺是未来湿法冶金工艺处理红土镍矿的发展方向。与加压酸浸工艺相比，常压酸浸工艺操作易于控制，投资费用低，工艺简单，但是元素的浸出率较低，浸出液分离困难，限制了该工艺的工业化应用。常压酸浸工艺处理红土镍矿后产生的中间产品（硫镍或氢氧化镍），可提供给镍精炼厂作为生产原料，这种经营方式的转变具有重要的借鉴意义。

4 结束语

金属镍是一种战略性备用金属，对一个国家的生产和发展至关重要，在国防、航天、交通、石化、能源等领域具有重要作用，是国防、航天、交通、石化、能源等的重要原料，用于生产不锈钢、高温合金、高性能特种合金、磁性织物和电磁屏蔽材料。红地镍矿是氧化镍矿，世界大部分镍矿都存在于红土镍矿中，但是品位低，熔炼效率低，但湿法回收效率高，因此红土镍矿的开发利用技术也经过火法冶炼，转化为湿法浸出金属。