一、红土镍矿来源及成分
1、红土镍矿的来源
表1-6 红土镍矿资源在各地区的分布状况
国家或地区
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资源/Mt
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镍品位/%
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含镍量/%
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占总量的比例/%
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澳大利亚
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2452
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0.86
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21
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13.1
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非洲
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996
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1.31
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13
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8.1
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中、南美洲
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1131
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1.51
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17
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10.6
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加勒比海
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944
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1.17
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11
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6.9
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印度尼西亚
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1576
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1.61
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25
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15.7
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菲律宾
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2189
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1.28
|
28
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17.4
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新喀里多尼亚
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2559
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1.44
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37
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22.9
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亚洲和欧洲
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506
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1.04
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5
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3.3
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其他
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269
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1.18
|
3
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2.0
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总计
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12621
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1.28
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161
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100
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2、红土镍矿的成分
1)低镍高铁矿
Ni
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Fe
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H2O
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P
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SiO2
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MgO
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CaO
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0.6%-1.0%
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48%-52%
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30%-35%
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0.003%-0.009%
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3.0%-6.0%
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0.5%-2.8%
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0.01%-0.1%
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2) 中镍高铁矿
Ni
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Fe
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H2O
|
P
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SiO2
|
MgO
|
CaO
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1.3%-1.7%
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25%-40%
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30%-40%
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0.003%-0.009%
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3.0%-6.0%
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0.5%-2.8%
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0.01%-0.1%
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3) 高镍低铁矿
Ni
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Fe
|
H2O
|
P
|
SiO2
|
MgO
|
CaO
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1.7%-2.1%
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13%-18%
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30%-35%
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0.003%-0.009%
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3.0%-6.0%
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0.5%-2.8%
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0.01%-0.1%
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二、红土镍矿冶炼工艺
目前,世界上投产的红土镍矿处理方法如下:
还原造锍熔炼-吹炼-高锍镍精矿
火法 镍铁
还原镍铁熔炼-吹炼
红土镍矿 精练-电镍
选择性还原焙烧-常压氨浸
湿法
加压酸浸
1 红土镍矿的火法处理工艺
还原熔炼生产镍铁
世界上用得最多的火法处理工艺是还原熔炼生产镍铁。其原则工艺流程见图1-2。由于原矿含有大量附着水和结晶水,所以熔炼前的炉料准备主要是脱水和干燥。一般是在干燥窑内脱除附着水,在较长的回转窑内于较高的温度下焙烧,进一步把结晶水排除,同时炉料得到预热以节约电炉能耗。出窑炉料温度为980℃~1000℃,直接送入电炉上面的料仓中,经还原熔炼制取高碳镍铁,其可以做冶炼不锈钢的原料,但大部分用于精炼[36]。
就还原熔炼的设备而言,较大生产规模的工厂大都采用电炉熔炼,少数几个小厂采用鼓风炉熔炼。鼓风炉熔炼生产镍铁的优点是投资小、能耗较低,适合规模小、电力供应困难以及含镍较低的红土矿区;它的缺点是对矿石适应性差,对镁含量有较严格的要求,另外也不能处理粉矿,对入炉炉料也有严格的要求。电炉熔炼的工艺适合处理各种类型的氧化镍矿。生产规模可依据原料的供应情况决定,可大可小,对入炉炉料业没有严格要求,粉料或大块料都可以处理,但缺点是能耗太大[15,37-39]。
镍铁生产除了熔炼法以外,还有回转窑生产粒铁法[40]。方法是将红土镍矿经干燥、破碎、筛分处理后,与熔剂、还原剂按比例混合,加入回转窑进行还原焙烧。矿石在回转窑中被还原,生成海绵状的镍铁合金。合金与渣的混合物经水淬冷却、破碎、筛分、磁选或重选等处理,得到粗镍铁粒。该法是二十世纪三十年代发明的,由于生产效率低、镍的回收率低、对原料要求苛刻等缺点,没有得到推广。另外,美国汉纳矿业公司采用的是回转窑-电炉熔炼、炉外还原冶炼镍铁的工艺,主要是在回转窑中预热煅烧,电炉中主要是熔化,只加部分还原剂,选择性地还原出一部分铁与镍,熔融体在炉外加硅铁还原得粗镍铁,精炼后得产品镍铁。
红土镍矿的湿法处理工艺
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。湿法冶金主要是2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)。
(1)还原焙烧-氨浸工艺
湿法工艺处理氧化镍矿的工业始于上世纪40年代,最早采用的就是氨浸工艺[41],这个流程是由Caron教授发明的,所以又称为Caron流程。古巴的尼加罗厂是世界上最早采用该法的工厂,基本流程是还原焙烧-氨浸。还原焙烧的目的是使硅酸镍和氧化镍最大限度地被还原成金属,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。因此这个流程的最大缺点就是钴的回收率比较低(通常不到40%)。老的工艺是将氨浸液通过蒸氨得到碱式碳酸镍,然后煅烧得到NiO。NiO可以作为产品出售,也可以通过氢还原得到金属Ni,全流程镍的回收率为75%~80%[42,43]。
氨浸法处理工艺不适合处理含铜和含钴高的氧化镍矿以及硅镁镍型(新喀里多尼亚)的氧化镍矿,只适合于处理表层的红土矿,这就极大地限制了氨浸工艺的发展。另外,其经济价值上也不如火法和加压酸浸工艺。因而到目前为止世界上只有四家工厂采用氨浸法处理氧化镍矿,而且都是在上世纪70年代以前建设的,三十多年来没有一家新建工厂采用氨浸工艺。
三、红土镍矿加工厂分布
1、山东地区:
主要生产地区有临沂、沾化、滨州、 沂水、枣庄等地。
2、江苏地区:
主要生产地区有徐州、新沂、连云港、张家港、盐城等地区。
3、宁夏、内蒙主要生产地区有:
宁夏:石嘴山、惠农、红果子。
内蒙:乌海,呼和浩特、集宁、卓资山、前旗、商都、化德、丰镇。
4、 山西地区:
主要生产地区:太原、河津、运城