第一節(jié) 產品定義及發(fā)展歷程
1、產品定義
紅土鎳礦，就是一種氧化鎳礦，是多種金屬氧化物和脈石礦物的集合體。紅土鎳礦含鐵高，含硅鎂低，含鎳為1%～2%。紅土鎳礦由于含有Fe2O3而呈現(xiàn)類似紅色。它由超基性巖風化發(fā)展而成，鎳主要以鎳褐鐵礦(很少結晶到不結晶的氧化鐵)形式存在。
紅土鎳礦床一般分為三層。上層是褐鐵礦層，這層鐵、鈷含量高，硅、鎂、鎳含量較低。下層是硅、鎂鎳礦，這層硅、鎂含量較高，鐵、鈷含量較低，但鎳的含量較高。中間是過渡層，各主要金屬含量介于上層和下層之間。
鎳粉是以金屬鎳為主要成分的金屬顏料，包括鎳粉和片狀鎳粉，前者是用經過蒸餾并提純的羰基鎳[Ni（CO）4]蒸氣分解，通過控制溫度，用一氧化碳稀釋并有氣體助劑（氧和氮）存在下形成適宜外形的鎳粒子，再用二氧化碳氣體沖洗掉一氧化碳并控制粒子表面氧含量為0.065%；后者是用高純羰基鎳粉，在適宜潤滑劑和液體介質存在下，用鋼球在球磨機中研磨形成適宜厚度的片狀。
2、發(fā)展歷程
古代埃及和我國都曾用含鎳很高的隕鐵作器物。我國公元前206年(漢朝)以前就已掌握了冶煉白銅(即銅鎳鋅合金，含Cu52%～80%，Ni5%～35%，Zn10%～35%)的技術。
1865年法國加尼爾首次在新喀里多尼亞發(fā)現(xiàn)硅酸鎳礦，以后被他命名為硅鎂鎳礦。1875年開始開采，由于當?shù)厝剂稀⑷蹌┤狈?，勞力不足，礦石送往法國、德國冶煉，是世界上最早用鼓風爐煉鎳的礦石。1856年A.P.薩爾得在加拿大定子午線時發(fā)現(xiàn)在薩德伯里地區(qū)羅盤讀數(shù)顯得偏斜，隨后，墨累據(jù)此在附近檢查，從鐵帽上(即克里斯頓礦體頂盤)采樣分析發(fā)現(xiàn)含Ni1%、Cu2%的礦石，但因交通不便，未引起注意，至1883年才開展工作，于1886年發(fā)現(xiàn)克里斯頓礦床，從而發(fā)現(xiàn)了世界聞名的薩德伯里超大型銅鎳硫化物礦床，1901年露采出礦。從此世界鎳的冶煉由氧化鎳轉向硫化鎳。
我國鎳工業(yè)始于1957年四川省力馬河鎳礦的開采，雖然生產規(guī)模較小，填補了我國鎳工業(yè)的空白，在當時緩和了我國“鎳荒”。1958年甘肅省地質局發(fā)現(xiàn)金川(即白家嘴子)鎳礦，并于60年代投產，至今已成為全國最大的鎳礦藏儲備提煉基地，這在很大程度中解決了我國對鎳的需要。到了90年代，由于新疆喀拉通克鎳礦、云南金平鎳礦及吉林赤柏松鎳礦的開發(fā)和投產，更使我國鎳工業(yè)的發(fā)展上了一個新臺階。
目前，氧化鎳礦的開發(fā)利用是以鎳紅土礦為主。
第二節(jié) 產品特點及應用領域分析
1、產品特點
雖然紅土鎳礦有不同類型之分，但從總體上來看，它們都具有以下特點：
1）含鎳1.0～3％，品位較低且組成比硫化鎳礦復雜得多，很難通過選礦獲得較高(6％以上)的鎳精礦，同時含鎳太低也難以直接用簡單的冶金工藝富集。
2）成分含量波動大，不僅鎳等有價元素的含量變化大，而且脈石成分如SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3和水分波動也很大，即使是在同一礦床，紅土礦成分(Ni，Co，F(xiàn)e和MgO等)也隨著不同的礦層的深度而不斷變化。
3）礦石中僅伴生有少量的鈷，無硫，無熱值。
4）礦石儲量大，而且賦存于地表，易采，可露天操作，具有開發(fā)的優(yōu)越條件。
（1）紅土型鎳資源豐富，勘查成本低。
（2）采礦成本極低。
（3）選冶工藝已經成熟。
紅土型鎳礦的火法冶煉鐵鎳技術業(yè)已成熟，壓力酸浸技術亦趨成熟。該技術始于50年代，首次用于古巴MoaBay礦，稱AMAXPAL技術。此后，70年代澳洲QNI公司建成Yabula鎳廠，酸浸處理新喀里東尼亞、印尼及澳州昆士蘭州的紅土型鎳礦。加拿大Sherritt公司濕法處理紅土型鎳礦的技術已獲公認。
（4）紅土型鎳礦可以生產出氧化鎳、硫鎳、鐵鎳等中間產品，其中硫鎳，氧化鎳可供鎳精煉廠使用，以解決硫化鎳原料不足的問題。
至于鐵鎳更是便于用于制造不銹鋼，降低生產成本。如印尼Antam公司利用本土的紅土型鎳礦，生產鐵鎳的成本去年已降至1.4美元／磅鎳（1磅＝0.453kg）年產量近1萬噸含鎳量。
（5）世界紅土型資源主要分布于近赤道地區(qū)，大部分靠近海岸，便于外運。
2、應用領域
由于對紅土鎳的冶煉技術不斷提高，對硫、磷等有害元素的控制愈加嚴格，品位不斷上升，尤其是再通過電爐冶煉后形成的基料，中國國內不管是大型不銹鋼企業(yè)還是中小型民營不銹鋼冶煉企業(yè)都在不同程度的使用。
從使用比例來看，目前大型不銹鋼生產企業(yè)對基料的使用率基本在30％到50％之間，而中小型民營不銹鋼企業(yè)使用率則更高，部分企業(yè)幾乎全部采用鎳鐵或者基料進行不銹鋼冶煉。
紅土鎳礦的冶煉應用主要是作為價格高漲時期電解鎳的替代產品應運而生的，它與電解鎳之間存在此消彼長的關系，當電解鎳價格回復到合理價位時，必然會抑止部分紅土鎳的冶煉和使用，而紅土鎳冶煉的持續(xù)，又將抑止電解鎳的離譜飛漲。不過，從實際使用情況來看，各批次鎳鐵或基料成份不穩(wěn)定等諸多問題也還存在，制約了紅土鎳更大范圍內的使用。對于要求含鎳量極高的高鎳合金或者對鎳純度要求很高的電鍍行業(yè)，依舊是電解鎳的天下。
鎳粉主要用于涂料和塑料作導電顏料屏蔽電磁干涉及射頻干涉，作各種高光澤裝飾漆和塑料，代替鋁粉在水性體系作防腐蝕漆等，細顆粒球形鎳粉可用于導電油墨。略……
第三節(jié) 產品生產工藝特點或流程
1、磨礦工藝
一段和兩段流程相比較，一段磨礦流程的主要優(yōu)點是：設備少，投資低，操作簡單，不會因一個磨礦段停機影響到另一磨礦段的工作，停工損失少。但磨機的給礦粒度范圍寬，合理裝球困難，不易得到較細的最終產物，磨礦效益低。當要求最終產物最大粒度為0.2~0.15mm（即60%~79%-200目），一般都采用一段磨礦流程。小型工廠，為簡化流程和設備配置，當磨礦細度要求80%—200目時，也可用一段磨礦流程。
兩段磨礦的突出優(yōu)點是能夠得到較細的產品，能在不同磨礦段進行粗磨和細磨，特別適用于階段處理。在大、中型工廠，當要求磨礦細度小于0.15mm自磨流程
自磨工藝有干磨和濕磨兩種。選礦廠多采用濕磨。為了解決自磨中的難磨粒子問題，提高磨礦效率，在自磨機中加入少量鋼球，這時稱為半自磨。
自磨常與細碎、球磨、礫磨等破磨設備聯(lián)合工作，根據(jù)其聯(lián)結方式可組成很多種工藝流程。
2、紅土鎳礦處理工藝
1）火法處理工藝
火法處理工藝流程
火法處理工藝根據(jù)最終產品的不同，又分為鎳鐵工藝和鎳锍工藝。
（1）鎳鐵工藝
首先將礦石破碎至50-150mm，送入干燥窯干燥到礦石既不黏結又不太粉化，再送鍛燒回轉窯，在700℃溫度下干操、預熱和煅燒，得到焙砂，然后將焙砂加入電爐，并加入10-30mm的揮發(fā)性煤，經過1000℃的還原熔煉，產出粗鎳鐵合金。在電爐還原熔煉的過程中幾乎所有的鎳和鉆的氧化物都被還原成金屬，而鐵的還原則通過焦炭的加入量加以調整，最后將粗鎳鐵合金經過吹煉產出成品鎳鐵合金。
采用該法生產鎳鐵合金的工廠主要有法國鎳公司的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠、哥倫比亞塞羅馬托莎廠、日本住友公司的八戶冶煉廠，產出的產品中鎳質量分數(shù)為20%～30%，鎳回收率90%-95%，鈷不能回收。從目前實際的生產情況看，鎳生產大多采用工藝簡單、易于控制的電爐熔煉生產鎳鐵合金，但電爐熔煉能耗高，污染嚴重，這對節(jié)能減排是十分不利的。
（2）鎳锍工藝
鎳锍生產工藝是在鎳鐵工藝的基礎上，在電爐熔煉過程中加入硫化劑，產出低鎳锍，然后再通過轉爐吹煉生產高鎳锍。鎳锍的成分可以通過還原劑焦粉和硫化劑的加入量加以調整。還原硫化熔煉的硫化劑可供選擇的有黃鐵礦(FeS2)、石膏(CaSO4。2H2O)、硫磺和含硫的鎳原料。選擇的原則是:來源方便、充足，價格合理。
目前國際大公司多采用硫磺做硫化劑。生產高鎳锍的主要工廠有法國鎳公司的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠、印度尼西亞的蘇拉威西·梭羅阿科冶煉廠。高鎳锍產品一般鎳質量分數(shù)為79%，硫質量分數(shù)為19.5%。全流程鎳回收率約70%?；鸱üに囂幚砑t土鎳礦，最大的缺點是能源消耗高，采用電爐熔煉僅電耗就約占操作成本的50%，再加上氧化鎳礦熔煉前的干燥、焙燒預處理工藝的燃料消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65%以上。另外，火法處理工藝對處理的紅土礦鎳品位有一定要求，礦石含鎳每降低1%，生產成本大約提高3%-4%。
2）濕法處理工藝
濕法處理紅土鎳礦主要的工藝是浸出，目前主要有氨浸法、高壓酸浸法、常壓酸浸法、微生物浸出等工藝流程。
（1）氨浸法
還原焙燒-氨浸工藝(RRAL)是由Caron教授發(fā)明的，因此又稱Craon流程，基本流程如下圖所示：
還原焙燒-氨浸工藝基本流程
氨浸法是濕法處理紅土鎳礦工藝中最早應用的，還原焙燒-氨浸的一般工藝是:先將紅土礦干燥，然后在600-700℃溫度下還原焙燒，使鎳、鈷和部分鐵還原成合金，然后再經過多級逆流氨浸。由于鎳和鈷可與氨形成配和物，鎳、鈷等有價金屬進入浸出液。浸出液經硫化沉淀，沉淀母液再除鐵、蒸氨，產出堿式硫酸鎳，堿式硫酸鎳再經煅燒轉化成氧化鎳，也可以經還原生產鎳粉。還原焙燒的目的是使硅酸鎳和氧化鎳最大限度地被還原成金屬，同時控制還原條件，使大部分Fe還原成Fe3O4，只有少部分Fe被還原成金屬。氨浸是將焙燒礦用NH3及CO2將金屬鎳和鉆轉為鎳氨及鉆氨絡合物進人溶液。
氨浸法是最早的濕法處理工藝。目前，世界上采用該工藝處理紅土礦的僅有澳大利亞QNI公司的雅布魯精煉廠和古巴的尼加羅冶煉廠。一般生產的鎳塊中鎳質量分數(shù)達90%，全流程鎳的回收率達到75%-80%。與火法冶煉流程相比，鈷可以部分回收，回收率約40%-50%。氨浸法只適合處理紅土鎳礦床上層的紅土礦，不適合處理下層硅鎂含量高的礦層，這就極大的限制了氨浸法的發(fā)展，從上世紀70年代以后就沒有新建工廠選用該工藝。
（2）高壓酸浸法
高壓酸浸工藝(HPAL)的基本流程下圖：
高壓酸浸工藝(HPAL)基本流程
高壓酸浸法處理紅土鎳礦是從上世紀50年代發(fā)展起來的，一般流程為:在250-270℃、4-5MP的高溫高壓條件下，用稀硫酸將鎳、鉆等與鐵、鋁礦物一起溶解，在隨后的反應中，控制一定的pH值等條件，使鐵、鋁和硅等雜質元素水解進入渣中，鎳、鉆選擇性進入溶液。浸出液用硫化氫還原中和、沉淀，得到高質量的鎳鉆硫化物，再通過傳統(tǒng)的精煉工藝配套產出最終產品。
高壓酸浸法最大的優(yōu)點是鈷的浸出率高，可達90%以上，大大高于其他流程。但這種工藝只適合處理含鎂低的紅土鎳礦，因為，鎂含量高會加大酸耗量并影響工藝流程。另外，高壓、高溫的操作條件也限制了高壓酸浸法的應用。
（3）常壓酸浸法
常壓酸浸工藝是目前紅土鎳礦處理工藝研究較為熱門方向，其基本流程如圖：
常壓酸浸法處理紅土鎳礦的一般工藝為:對鎳紅土礦先進行磨礦和分級處理，將磨細后的礦漿與洗滌液和硫酸按一定的比例在加熱的條件下反應，將礦石中的鎳浸出進入溶液，再采用碳酸鈣進行中和處理，過濾進行液固分離，得到的浸出液用CaO或Na2S做沉淀劑進行沉鎳。
羅仙平等用硫酸在常壓條件下對某含鎳蛇紋石礦進行了浸出試驗研究，在磨礦細度-0.074mm占87.1%、硫酸濃度1.5mol/L、礦漿濃度167g/L、浸出時間8小時、浸出溫度60℃的條件下，鎳的浸出率超過85%。浸出液經過黃鐵膽礬法除鐵、硫化法除重金屬、中和沉鎳分離堿金屬和堿土金屬后，得到含鎳41.24%的Ni(OH)2鎳精礦，綜合回收率達到75.93%。劉瑤采用常壓浸出工藝對低含量鎳紅土礦進行了試驗，磨礦粒度在-0.074mm(-200目)占80%、浸出溫度95℃和酸料比0.85∶1條件下，鎳浸出率為85%左右。浸出液通過氫氧化鎳沉淀、碳酸鎳沉淀和硫化鎳沉淀等多種方法回收鎳。其中采用硫化鈉沉淀，鎳沉淀物中含鎳量可達20%以上，鎳回收率可達80%以上。
常壓浸出方法具有工藝簡單、能耗低、不使用高壓釜、投資費用少、操作條件易于控制等優(yōu)點，但是浸出液分離困難，浸渣中鎳含量仍較高。
（4）微生物浸出
微生物浸出有真菌衍生有機酸浸出、異樣微生物直接浸出等工藝。真菌衍生有機酸浸出的工藝為:先培養(yǎng)真菌，在培養(yǎng)液pH值降低到2-3時，將培養(yǎng)液抽濾得到清液，再用清液浸出紅土鎳礦。
劉學等利用黑曲菌產生的有機酸對紅土鎳礦進行了浸出試驗，在礦漿濃度為2.5%、溫度33℃、轉速120r/min時，鎳的浸出率達到73.5%，鈷的浸出率達到53.2%，而鐵的浸出率僅為47.2%，這大大低于使用硫酸浸出時鐵的浸出率。Castro等對異樣微生物從硅鎂鎳礦中浸出鎳進行了研究，他們用含微生物的培養(yǎng)基100mL在磨礦細度-100目、溫度30℃、搖瓶速率300r/min，對在121℃滅菌20min的5g礦樣進行了浸出試驗，鎳的浸出率大于80%。
真菌衍生有機酸對鎳、鈷有良好選擇浸出功能，不僅浸出時間短而且浸出條件溫和，比傳統(tǒng)工藝更為環(huán)保，工藝易操作。但是，浸出液中鎳鈷分離、有機酸的循環(huán)利用是目前還沒有解決的問題。異樣微生物浸出也存在微生物培養(yǎng)成本高等問題。
第四節(jié) 國內外生產技術發(fā)展趨勢分析
1、磨礦
近年來一些選礦廠已由兩段磨礦改為三段磨礦。采用的磨礦設備一般比較小，最大球磨機3.6ｍ×6ｍ，最大棒磨機3.2ｍ×4.5ｍ，最大自磨機5.5ｍ×1.8ｍ，礫磨機2.7ｍ×3.6ｍ。
磨礦后的分級基本上使用的是螺旋分級機。為了提高效率，部分選礦廠用水力旋流器取代二次螺旋分級機。
2、紅土鎳礦處理工藝
1）未來幾年，金屬鎳的消費將繼續(xù)保持快速增長，而世界上可開發(fā)利用的硫化鎳礦越來越少，開發(fā)利用紅土鎳礦是鎳工業(yè)發(fā)展的方向。
2）火法冶煉工藝是處理紅土鎳礦效果比較好的工藝，但存在能耗高、污染重等問題，這不符合未來社會發(fā)展的方向。
3）濕法工藝中，氨浸法和高壓酸浸都存在明顯缺點，它們對入選礦石有嚴格要求，氨浸法只適合處理紅土鎳礦床上層的紅土鎳礦，高壓酸浸法只適合處理含鎂低的紅土鎳礦，這對資源的綜合利用是十分不利的。
4）微生物浸出雖然更環(huán)保，但也存在浸出液中鎳、鈷困難、異樣微生物培養(yǎng)成本高、有機酸不能循環(huán)利用等問題。
5）常壓酸浸法處理紅土鎳礦，工藝簡單、能耗低、投資少、操作條件易于控制，若能解決好浸出液分離問題，將會有很好的發(fā)展前景。略……
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