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浅谈“镍(NI)”矿处理工艺的现状与发展

发表时间:2018-08-24 09:24作者:小元

一、前言

镍是一种具有磁性的银白色金属,  因其具有很强的抗腐蚀性、耐热性以及良好的可塑性与韧性,可广泛应用于钢铁、有色冶炼、电镀、化工、机械等行业。自20世纪80年代以来,随着我国经济的快速发展,镍的消费量也日益增加,2009年,我国镍的消费量达到31.4t,全球的需求达到122万吨,预计近年的需求量将超过140万吨。另一方面,镍在地球上储量丰富,但其中60~ 70%属于红土镍矿,主要分布在赤道附近印度尼西亚、菲律宾、澳大利亚等国: 30~ 40%属于岩浆型铜镍硫化物矿床,主要分布在加拿大、俄罗斯、中国、南非、津巴布韦等国。目前开采主要以后一一类矿床为主,截止到2009年,世界镍产量的60%以上仍然是从硫化矿中提取,因此,随着硫化镍矿资源的日益减少,对于红土镍矿的合理开发与处理显得尤为重要,本文就目前红土镍矿的处理工艺和未来的发展方向进行简要分析。

“镍(NI)”矿的主要处理工艺

镍矿成分复杂,大体可以分为褐铁矿型与硅镁镍型两大类,根据矿本身性质与成分的不同,其处理工艺也有所不同,目前比较成熟的冶炼工艺包括:回转窑干燥-电炉熔炼法(RKEF)、鼓风炉硫化熔炼法、高炉还原熔炼法、还原焙烧-氨浸法和高压酸浸法、常压浸出法等,但总体而言,红土型氧化镍矿的处理主要分为火法工艺和湿法工艺两大类。

(一) 火法处理

火法处理工艺主要处理含镍含镁很高的硅镁镍型红土矿。冶炼工艺主要包括回转窑干燥-电炉熔炼法、鼓风炉硫化熔炼法、高炉还原熔炼法等,产品主要为镍铁合金和镍锍产品,镍铁合金主要供生产不锈钢,镍锍则作为镍进步冶炼的原料。

回转窑干燥电炉一还原熔炼法

镍矿的典型工艺,主要处理硅酸盐型氧化镍矿(含镍2-3%),也可处理褐铁矿型氧化镍矿(含镍1-2%),其产品为镍铁,工艺流程如图一所示。首先将含约20%游离水与10%结晶水的红土镍矿经回转窑于650- 800C温度干燥脱水并预还原,然后再送人矿热电炉,在1600C左右高温下还原熔炼产出含镍约20%的低镍铁,再经转炉进步精炼脱除P. SiC等有害杂质,将镍富集至25%以上供出售。该法具有工艺适应性强、流程简短、镍回收率高(95%)等特点,国内外已有多个生产厂家采用,所使用矿热电炉的功率最大为85000kV。A。中国有色矿业集团江苏快三在缅甸投资建设的达贡山镍冶炼厂也采用该冶炼工艺,设计年生产规模为2.2万吨金属镍,矿热电炉功率80000kV. A。

回转窑干燥电炉还原熔炼法的致命缺点是无法回收镍矿中的钴,对钴含量较高的氧化镍矿并不适用。由于工艺能耗高,从经济角度考虑适宜于处理镍含量大于2%,钴含量小于 0.05%的矿石,且要求当地具备充沛的电力或燃料供应。现在国外很多生产镍铁的企业基本上都是采用该工艺,主要生产厂家有:印尼的Pomala(1。1万吨镍铁/a)、乌克兰的波布日斯科镍厂、新喀里多尼亚的多尼安博厂(8.5万吨镍铁/a);国内新建的镍铁冶炼项目大多也是采用该工艺,如中宝滨海镍业的8t/a镍铁项目以及中国镍资源控股公司的100万吨/a镍铁项目。

鼓风炉硫化熔炼法

鼓风炉硫化熔炼法也是一种较早的处理红土矿的工艺。该工艺首先将经过红土矿进行破碎、干燥,然后加人焦粉、石膏、硫铁矿等进行配料并制团,最后将团料在鼓风炉中进行熔炼,  得到低镍锍,原则工艺流程如图二所示。低镍锍也可经转炉进一步吹炼成高冰镍。

与回转窑干燥-电炉还原熔炼工艺相比,鼓风炉硫化熔炼法具有工艺简单、投资低、操作简便、用电量低等优点,但该工艺的能耗较大,并且环保压力也较大(如费风护排出带气的处理)使回收率比较低 (8%左右),如果当地有充诗的硫化铁矿,  石青矿以及保的供应。蛟风护硫化培炼也是个经济可行的选择,国内尚有视多鼓风护面积为几平方米的此类生产线,由于数风护培炼所存在的上述缺点,所以不少企业正在考虑改进炉子结构成采用其他护型(如塔池培炼炉) .以降任能耗。减少皮气排放。提高全属回收率。

烧结一高炉还原熔炼法

自发现氧化镍矿以来,即有利用高炉冶炼工艺来处理这种难熔的镇质硅酸盐氧化镍矿石。在我国随着国家产业政策的调整,大量500m'以下的炼铁高炉被淘过,但由于国内不锈钢用镍紧张,红土镍石需大量进口,特别是2006- 2007年镍的价格处于历史高位,于是原已淘达的高炉又被大量用于红土镇矿的处理,生产含镇3-5%的低镍生铁。

从技术上讲,烧结高炉还原培炼工艺存在看高护体职利用率低。焦炎消耗量大。烧结污染严重。镇生铁合磷高。镍园收率长等缺点,经过多年摸索与改进,国内家大型民营企业浙江华光集团已解决了传统高炉冶博生产镍铁中的很多技术问题,生产成本大为降低且产品质量也大力改进。

(二) 湿法处理工艺

限法工艺处理红土镇矿与火法工艺相比,具有低污染。高国收事等优势,所以自20世纪90年代后得到了快速的发展,目前主要的是法治练工艺有,还原培绕氨受往。 加压酸授注常压酸浸法及堆侵法。

还原焙烧氨浸法

还原焙烧氨漫工艺(RRAL)Caron教授发明,因此又称Caron流程,其中,氨慢过程为采用NH,及CO,将焙烧矿中的镍和钻转化为镍氨及钴氨络合物并进人溶液。该工艺主要用于处理含MgO大于10%、含镍1%左右且镍赋存状态不太复杂的红土镍矿,其主要优点是试剂可循环使用、消耗量小、能综合回收镍和钻1其缺点是镍,钴浸出率偏低(镍、钴金属回收率分别为75- 85%40- 60%)。此外,该工艺只适合处理表层的褐铁矿型红土矿,对于硅镁镍型以及含钴高的红土矿均不合适。正是由于存在这些缺点,所以该工艺的发展受到很大限制,目前世界上采用该工艺的只有古巴的尼卡罗冶炼厂等少数几家。在国内,青海元石山镍铁矿也采用了还原焙烧一氨没工艺,但仍有很多技术问题没有得到完全解决。到目前为止,国外采用氨浸法处理氧化镍矿的厂家均为在20世纪70年代之前所建设,三十多年来没有一家新建工厂采用氨浸工艺,由此可见,该工艺不是红土镍矿处理工艺的主流发展方向。

加压酸浸法

加压酸浸工艺最早始于20世纪50年代古巴的毛阿(MOA),自20世纪90年代后澳大利亚的穆林一穆林(Murrin- Murrin) 、布隆(Bulong)、考瓦斯(Cawse) 等加压酸设厂也相继建成投产,但在工艺及设备方面曾出了不少的问题,经过不断摸索调试,该工艺现已基本成熟,可获得较高的镍钴回收率(通常为90-95%)。该工艺的基本流程为:矿石经过破碎制浆后进人高压斧经高压(4- SMPa)。高温(230- 260C)酸性侵出,浸出后进行液固分离,对侵出液进行中和。除铁,除铁后液通过萃取进行镍钻分离,其原则流程如图三所示,还可以根据不同需要进一步冶炼得到不同的镍钻产品。相比于火法工艺,加压酸浸工艺的操作成本低。能耗小,无废气排放、同时可以实现钴的综合回收,并且镍钴的回收率均可达到90%以上,但该工艺的投资成本大,对设备和材料的要求比较严格,由于领等杂质对于酸耗影响较大,而工艺经济指标主要受硫酸消耗量的影响,所以该工艺适合处理含镇小于10%,特别是小于5%的红土镍矿。通常加压酸浸工艺可经济地处理含镍1.3%以上的低品位矿石。

加压酸禄工艺经过5060年的发展,特别是近20年来的不断改进,现已成为处理红土镍矿的主流工艺。在2020年前全球规划投产的红土镍矿项目的143t/a产能中,约75%计划采用该工艺。

常压酸浸法

常压酸浸法工艺是目前红土矿处理工艺研究中较为热门的方向,并且具有很好的发展前景。  常压酸浸法处理红土镍矿的一般工艺为:对红土镍矿先进行磨矿和分级处理,将磨细后的矿浆与硫酸反应,使矿石中的镍钴等浸出进人溶液,进行液固分离,再经中和,沉铁除杂处理,所得溶液经过沉镍钴并进一步浸出,净化处理后可电解得到电解镍,其原则流程出图四。常压浸出工艺具有工艺操作简单,可综合回收钴、能耗低、投资少、操作条件易于控制等优点,但是浸出过程的液固分离时间长,浸渣中镍含量仍较高,钴回收率不是很高(70%左右)。国内现在采用该工艺的有玉林伟镍科技和江锂科技两家公司,据了解目前该工艺的镍回收率能达到90%以上,生产成本低于高压酸没,投资成本也远远低于高压酸设,只有约10厅元/t金属镍,但该工艺对原料的要求比较严格,如要求红土镍矿中镍含量比较高(镍含量要求1.9%以上),镇等杂质含量低,否则会造成生产成本较高,此外液固分离也比较慢。

常压粮提法与高压酸提法工艺相比,因具投资成本低,对设备要求低,他耗低等力面的优势,所以具有很好的发展前景。

镍(NI矿处理工艺的发展方向探讨

随着全球硫化镍矿的日益减少以及镍清费的不断增加,加大红土镍矿的开发利用是今后镍冶炼的主要方向,随着环保要求越来越严格,开发新的红土镍矿处理工艺或改进现有的红土镍矿处理工艺是十分必要的。

常压设出的改进

湿法处理工艺比传统火法处理工艺具有无可比拟的优势,所以今后的发展方向应该是以湿法工艺为主,在湿法工艺中,高压酸浸工艺虽然已实现了规模产业化,但由于投资成本大设备且对和材料的要求很严格,使人们从经济上考虑寻求种更为合理的工艺技术,面常压设出则恰恰可以满足这一要求,若能对其不足之处继续加以改进,并将对红土镍矿的冶炼工艺带来实质性的改变。

堆视

红土镍矿由于其品位低,运输成本比较高,若在矿山建设治炼厂,由于属地大多基础设施比较落后,需要同时建设很多配套基础设施,使投资建设成本较高,若能参照处理低品位氧化铜矿与低品位金矿的处理方法,在矿山就地进行堆侵提炼镍和钻等有价金属,一方面可以大大降低运输成本,另方面投资建设成本也会大幅度降低。

日前世界只有欧洲镍业公司对红土镍矿的堆视研究比较深人,并于2006年在土年其初步实现了工业化生产,但未见其详细的技术指标,不过由于该工艺较般的限法工艺投资小,生产成本低于高压酸设和常压侵出,如能解决环保方面的问题以及进一一步加大技术攻关,对处理低品位红土镍矿应具有一定的优势和良好的发展前景。

火法与湿法的结合

由于单的火法或湿法工艺都存在一些自身不可避免的缺点,故将两者结合的工艺也应是处理红土镍矿的一个方向。先将红土镍矿进行殖酸化焙烧,使镍与钴转换成硫酸盐,面铁则以针铁矿的形式存在,然后将培烧产物进行水浸,使镍与钻进人溶液中,进一步回收镍与铁留在清中的铁还可以作为铁矿原料,经重选成破选后成为铁精矿。该工艺一方面可以避免湿法工艺中除铁的麻烦,另一方面可进步实现综合回收以提高企业经济效益,是处理红土镍矿的个好的研究方向,

氧化一高析法

该方法是先将红土镍矿进行氧化焙烧,使其中的镍以金属镍的形态存在于焙绕产物中,然后进行氧化并对氧化产物进行磁造,将保选出商其他杂质仍存留于渣中,该方法非常适合处理目散保型矿,但商未实现产业化。


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