红土镍矿湿法冶金工艺现状与前景探究

张志勇

（湖南中伟新能源科技有限公司，湖南 长沙 410600）

红土镍矿与硫化镍矿是国内的主要镍矿资源，这两种镍矿资源分别占我国总保有量的86%、9.6%。红土镍矿主要存在于云南与四川地区，硫化镍矿则主要存在于我国湖北、陕西、甘肃及青海。镍不仅是我国的一种战略稀缺资源，更是一种关键的矿产资源，其在现代军事、船舶、航空、电子、化工、医学、能源等方面具有至关重要的作用，同时是不锈钢生产、磁性材料、电磁屏蔽材料的关键性原料。红土镍矿其实是氧化镍矿的一种，全球大多数镍矿是以红土镍矿形式而存在，然而品位低且冶炼时效率低，但采取湿法冶金工艺具有较高回收效率，因此对红土镍矿采用的湿法冶金工艺进行探究具有深远意义。

1 红土镍矿冶金处理工艺

1.1 湿法工艺和火法工艺

湿法冶金即在酸性或者碱性介质的水溶液中，对金属矿物原料进行化学处理或者杂质分离、有机溶剂萃取、金属提取以及化合物的过程。尽管湿法冶金出现得较早，然而真正运用还是历经了较长的时间发展，即使是当前此项工艺也不是较成熟。还原焙烧-常压氨浸工艺、碱浸工艺及高压酸浸工艺等都属于湿法工艺。这种工艺污染小，当前许多的研究者都重点研究这一工艺，期望可以探索出合理、有效的湿法冶金工艺。火法冶金就是在高温条件下（通过燃料燃烧或者电能产生的热或者某种化学反应放出的热）把矿石或者精矿经过系列的物理化学变化过程，让当中的金属和脉石或者其他杂质分离，得到金属的冶金方法。此外，还有还原硫化熔炼镍硫工艺、还原焙烧-磁选工艺以及回转窑-矿热炉镍铁工艺。因为这些工艺成本低且投入少，所以在当前红土镍矿冶炼中获得较广应用。红土镍矿的熔点范围中，氧化物稳定性顺序依次是Al2O3＞Fe2O3＞SiO2＞FeO＞NiO。依据这种性质氧化镍最早被还原，通过这种选择性还原原理，可以采取缺碳操作，让红土镍矿当中的大部分镍氧化物先还原为金属，以此实现富集镍的目的。

1.2 高压酸浸工艺

高压酸浸工艺把红土镍矿石破碎研磨制成泥浆，按照特定比例均匀混合矿浆、洗涤剂及酸，再进行加热，镍与钴等元素进入酸性溶液，之后以碳酸钙进行中和，调整PH，过滤，浸出液当中的镍、钴及锰通过硫化钠或硫化氢进行处理，之后可得镍与钴的硫化物，通过沉淀后析出。常压酸浸工艺的优点是步骤极为简单、容易操作，并且不需要高压釜，能耗较低，所以生产成本也比较低，但是存在分离浸出液相对难，并且最后的浸出渣当中还是存在较高含量的镍的问题。至今为止，高压酸浸工艺在国外已经有六十多年的使用史，也证实了这种工艺具有较高的经济效益。国内高压酸浸工艺也有了极大进步，酸性浸出设备的创造、避免设备在硬环境中锈蚀、过程自动化控制系统技术等方面，相对比一些发达国家也没有多大不同。现阶段，我国正全力研究酸浸技术与研发设备，加强相关人才的培养，全力增强红土镍矿的提炼水准。

1.3 还原焙烧-常压氨浸工艺

此项工艺也被称为Caron法，主要操作步骤是：先把红土镍矿干燥、破碎及筛分，之后加入煤粉与石灰，混合均匀之后进行还原焙烧，这一过程将对镍与钴浸出率的高低造成直接影响。而后用NH3浸出焙烧矿，让矿物当中的有价金属镍、钴通过镍氨及钴氨的络合物形式进入浸出液，转为铁氨络合物的铁进入浸出液氧化成正三价铁离子，正三价铁离子水解之后形成Fe(OH)3沉淀，而后通过硫化物处理浸出液形成沉淀，让当中的钴通过硫化物形式析出，浸出液蒸氨之后得到碱式碳酸镍，经过煅烧，碳酸镍形成的氧化镍就可以对外销售，同时还可以作进一步处理生成镍粉。

还原焙烧-氨浸法的优势是试剂可重复利用、消耗量不多、可以综合回收镍与钴等，但也存在不足之处，即镍与钴回收率降低，前者回收率在75%～80%，后者在40%～60%，并且正三价铁离子水解时也会损失大量钴，氨浸工艺面对红土镍矿的品位有极高要求，使此项工艺的运用受到限制。

1.4 碱浸工艺

此项工艺是把红土镍矿与高浓度的碱溶液享混合，让当中的硅与铝元素和碱进行反应，然而镍与铁并不反应，以此去除杂质，实现富集镍目的。因为红土镍矿中的硅含量较高，碱浸工艺能够极好的借助当中存在的硅，使产品的附加值进一步提高。当处于200℃和固液比为1∶5的情况下，不仅浸出效率比较高，还确保了镍与硅提取的效率，显著提高了红土镍矿的附加值。

1.5 生物浸出工艺

生物浸出工艺是生物冶金，主要是通过微生物在衍生时形成的有机酸来溶解贫矿中的金属。此项工艺首先需要进行真菌培养工作，在真菌形成的有机酸培养液的酸碱值处于合理范围内，以上层清液来浸出红土镍矿。此项工艺相对比其他浸出工艺，能够显著减少能耗与原料的消耗。

现阶段，此项工艺对镍浸出率较高，高达92%，能够在常压和低温情况下进行，反应条件比较温和，成本也较低，并且可以处理品位较低的红土镍矿。由于具有诸多优势，所以在实验室中取得了明显成果。然而其还存在一定不足，如反应速度较慢，并且会受工业设备、微生物培养成本、浸出环境以及生产规模等多方面因素影响，因此生物浸出工艺还未实现工业化生产。

2 湿法工艺存在的不足与新兴工艺

2.1 湿法工艺存在的不足

在红土镍矿高压酸浸效率中，主要受矿物因素、固液比或者硫酸的加入量、高压釜存在结垢以及氧化程度不足等方面因素影响，有效处理这些问题便于高压酸金能更好投入使用。还原焙烧是需要尽可能将铁还原为具备磁性的Fe3O4，从而便于以磁选去除铁。在氨浸之前要先溶解游离的氧化亚铁，因为存在氧化亚铁游离问题。因此氨浸法更多的是用于表层红土镍矿的处理，红土镍矿具有较高含量的铜与钴，所以就不适合采用氨浸法，使得这种工艺的运用受到限制。碱浸法存在的主要缺陷是要控制好固液比与温度等。上述缺陷是目前工业上采用到的几种主要湿法冶金工艺存在的主要缺陷，应尽快处理好这些问题，从而保证湿法冶金工艺可以获得更好的运用，从而大幅度提高红土镍矿中镍的生产效率，推进社会更好发展。

2.2 直接焙烧工艺

直接焙烧区分为直接焙烧和加碱性物质焙烧两种。前者就是对红土镍矿直接进行高温焙烧，以此对矿物进行改性。实验证明，红土镍矿在经过高温焙烧之后，镍浸出率能够达到93%，但是当温度超出将会对镍的浸出率带来影响。后者就是对红土镍矿添加碱性物质，使矿物的结构发生变化之后再焙烧，这种焙烧工艺能够显著提升镍浸出率。加碱性物质焙烧之后浸出的镍产量相对比直接酸浸的镍产量，镍浸出率从提高为。加碱性物质焙烧工艺对设备要求更低，成本支出比较少，设备使用年限也大幅度延长，并且能够浸出其他金属，还可以有效利用矿物中的其他金属。

2.3 微波加热工艺

微波加热即有选择性地地物质进行加热，并且不会影响到其他物质，因此红土镍矿浸出能采取微波加热工艺。微波加热除了可以选择性加热物质，还能够去除矿石中的水分，从而省去一些后续工作。许多研究者经过实验得知，红土镍矿在经过微波处理之后，要比没有经过微波处理的镍矿的产出率要高。还有研究者把微波处理工艺结合酸浸工艺，以此大速度提高了镍产出率，并且由于微波处理可以便于酸浸进行，因此进一步减少了支出。

2.4 氯化法浸出工艺

此项工艺就是把红土镍矿混合氯化剂后，投入反应釜当中，之后加水；在一定的条件下进行反应，让红土镍矿中的金属转变成氯化物，而后再提取金属的冶金方式。氯化冶金工艺在红土镍矿中的运用还待进一步加深当中，一些人通过对于红土镍矿进行氯化焙烧处理，发掘镍浸出率可高达，铁的氯化大约可以降到，这是一种重大突破，能为今后湿法冶金提供更多选择与可能。氯化法浸出能够处理各种品位的红土镍矿，尤其是品位低的红土镍矿，以大幅度提高镍矿提取效果。但当前这一工艺尚处于研究阶段，由于氯化法浸出对于设备具有极为严格的要求，国家应该针对这方面加大人才培养与研究，而研制设备则是当前需要解决的问题。

3 红土镍矿湿法冶金工艺前景

全球硫化镍矿资源在不断减少，同时今后对镍的需求量也将持续提升。红土镍矿作为金属镍的重要来源，其成本低、开发利用效率高是镍处理工艺的主要发展方向。品位佳的红土镍矿因为大规模开发利用而锐减，镍质量分数低于，且品位不佳的红土镍矿也需要通过湿法冶金工艺处理获得充分利用。由于环境保护要求越发严格，红土镍矿冶金工艺也需要达到超低排放和节能要求。对红土镍采取矿湿法冶金工艺，在生产当中，会形成废渣与废水等废弃物，必定会影响到环境。因此需要对废弃物加以资源化利用，从而实现清洁生产，这将是红土镍矿冶金工艺今后的改进方向。还原焙烧-氨浸工艺当中的镍与钴浸出率比较低，并对红土镍矿原料有严格要求，当前只有几家工厂中采用这种工艺，并且工厂也是二十世纪七十年代之前建造的，近几十年创建的工厂较少用到此工艺，因此这种工艺难以成为红土镍矿湿法冶金主流工艺。

加压酸浸工艺能够做到综合回收镍与钴，同时回收率都高达，如果把钴的价值包括在其中，就可以大幅度减少此项工艺的成本支出。然而此项工艺对于设备有严格要求，设备购买支出较大，而且由于大型压力釜制造技术不断先进，工艺设备技术越发进步，加压酸浸工艺的优越性将越发显著。尤其是红土镍矿的钴含量较高，采取这一工艺进行冶金有着更高的经济价值优势。所以，应对加压酸浸工艺加强优化和完善，这将是今后红土镍矿湿法冶金工艺的主要发展方向。

常压酸浸工艺相对比加压酸浸工艺，其更加容易操作，投资成本也低，工艺相对简单，然而元素浸出率比较低，浸出液分离相对难，此工艺的工业化应用受到局限。红土镍矿采取常压酸浸工艺之后，产生的硫镍或者氢氧化镍这种中间产品，可以提供到镍精炼厂当做生产原料，经营方式的改变有着积极的借鉴价值。

4 结语

总之，由于镍在航空、电子以及石油化工等多个领域都具有重要作用，因此国内对其需求量正随着社会的发展而增长。正因如此，镍资源也不断减少，提取要求也大幅提高，红土镍矿是今后提取镍的主要来源。红土镍矿当中的镍品味较低，提取相对难，因此需要有更高效的冶金方法。湿法冶金工艺也将会是今后红土镍矿提取镍的主要方式，然而这种工艺还存在较多不足之处，因此需要研究者针对这些不足加强研究，尽早让湿法冶金工艺获得更好的应用。