镍尾矿资源二次利用

镍尾矿资源二次利用

摘要：近年来中国经济增长对全球镍资源的供需产生了较大影响，本文介绍了全球、国内的镍矿资源及供需状况，以及镍尾矿、尾矿渣、传统处理的方法和二次利用。

关键词：镍资源、供需状况、二次利用

1 镍资源概况

镍是一种性能优良的银白色金属，已成为航空、国防和人类高水平物质文化生活不可或缺的金属。近年来，镍需求量远高于供给量。随着镍价的飞涨，国内下游市场逐渐旺盛起来，国内镍铁企业也在成比例的增长。全球陆基镍资源较丰富，约126亿t。陆基镍资源总量的72．2％为红土镍矿，平均品位为1．28％；陆基镍资源总量的27．8％为硫化镍矿，平均品位为0．58％。红土镍矿与硫化镍矿的矿产镍量比为42：58。澳大利亚镍金属储量和基础储量都居世界首位，分别为2 200万t和2 700万t，各占全球总量的35．5％和19％。澳大利亚、俄罗斯、古巴、加拿大、巴西、新喀里多尼亚六个国家占全球总镍金属储量的77％，总镍基础储量的65％。中国已查明的镍金属储量为360万t，占全球储量的5．9％。中国镍金属储量的62．2％主要分布在甘肃，其它主要分布在云南、新疆、吉林、四川和湖北等省。硫化镍矿占中国镍金属储量的86％。中国的镍资源总体不足，除了金川以外，多为小型贫矿。目前，镍的生产方法主要分为火法冶炼和湿法冶炼两种。全球镍产品主要有金属镍、镍铁、镍盐等。

1.1 全球镍需求

1996年，全球镍消费量只有87．4万t，而到2006年，全球镍消费量已经达到138．8万t，10年增长了58．8％。2006年，由于全球不锈钢产量的大幅度增长，全球镍消费量增长率更高达11．7％，净增量达到14．55万t。其中中国2006年镍消费量27．4万t，同比增长24．4％，净增加5．4万t。约占全球增量的1／3。1999年第3季度，全球不锈钢产量只有440万t，而到2006年第4季度全球不锈钢产量同比增长28％，为历年最大增幅，2007年，尽管增幅有所下降，但全球不锈钢产量还在大幅度增加，增幅还保持在lo％以上。2006年1月至10月全球各矿山镍产量较上年同期增加4．5％，但全球镍市场仍短缺9．6万t。今后几年镍的供应仍不能满足需求。预计2007年全球镍消费为145万t，增长5．2％，明显低于2006年的涨幅。

1.2 中国镍需求

2007年，中国对金属镍的需求增长到141万t，与过去几年相比增长了20％。中国市场需求的冲击仍会驱使亚洲地区的消费量的增长。亚洲尤其是中国的不锈钢产量在大幅度增加。中国不锈钢的需求呈快速上升趋势。不锈钢表观消费量由1992年的54万t增长到2006年的510万t。2007年中国不锈钢冶炼产能已经达到904万t。’按照不锈钢需求增长的阶段性跨越式的规律，考虑到2008年北京奥运会有可能使这一次跨越提前。估计2010年我国不锈钢表观需求可能是1000万t。近年来合金钢行业规模不断扩大，有力地促进了镍铁生产的发展；而不锈钢行业的迅猛发展则为高品质镍铁生产提供了机遇，镍铁也成为商品镍的一种重要形式。因此，不锈钢产量的增加将继续拉动镍铁消费量的增长。近年来，中国镍消费量从2002年不到10万t上升到2006年的20万t，超过日本成为世界最大的镍消费国，世界镍消费总增长中，中国的拉动比例达到60％。2007年1月，镍进口额为5．92亿美元，同比大幅度增长241．1％。其中进口未锻轧镍0．97万t，同比增长54．5％，

进口额亦增长285．3％；进口镍精矿实物量59．66万t，同比巨幅增长3 199％，进口额也相应增长了502．1％。出口额0．66亿美元，同比大幅度增长20．4％。2007年2月，我国进口未锻轧镍为12 076 t，综合其他镍产品的进出口数据，镍的表观消费量为2．93万t。2007年一季度的表观消费量为8．2万t，同比增加64％。随着新增产能逐渐释放，近几年镍需求量仍可能存在较大幅度增长，国内镍的需求相当旺盛。

2 镍尾矿类型及处理方案

2.1 镍铁尾矿

随着我国经济的发展，合金工业的迅猛发展，镍铁矿的开采和冶炼也急剧增加。镍铁在铸钢工业中通常作为合金元素添加剂，提高钢的抗弯强度和硬度；在铸铁中可使其结构均匀，密度提高，因此被大量应用于镍钢等合金工业。镍来源于镍矿，又因为镍矿大多与铁矿伴生，一般称为镍铁矿。镍铁矿是一种镍和铁的硫化物矿物，常伴生可综合利用的钴、铜、铂族元素及硒、碲等。加拿大安大略的萨德伯里是世界上镍铁矿的著名产地。中国的甘肃金川、吉林盘石也是镍黄铁矿的主要产地。镍铁质量不但取决于其镍铁矿品味的高低，而且还取决于矿物中含有害杂质量的种类与含量，杂质的高低会影响不锈钢的性能和质量水平。所以要得到优质的镍铁，则必须经过精炼。不论是高炉冶炼还是电炉冶炼，在镍铁矿的精炼过程中，均会产生S、P、Si、C 这些杂质，有些由于矿物的差别也会有含Cu、Ti、Cr、Al、Mg 等金属杂质。因此镍铁经过冶炼后产生的尾矿成分复杂且受到原矿中所含杂质种类和含量、冶炼工艺和条件等影响。一般来说镍铁尾矿中含有的主要矿物为橄榄石、辉石、蛇纹石、透闪石、绿泥石，少量为磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、磁铁矿等。这些矿物在一定的条件下可以转化，如橄榄石、辉石受热液作用会交代形成蛇纹石；白云石受热液作用也可形成蛇纹石。通过分析尾矿的矿物成分能找出其可利用金属的种类与含量。一般来说尾矿中的橄榄石、蛇纹石主要可利用元素为硅和镁；绿泥石、磁铁矿等成分也有许多未提炼完全的有用金属，通过一定的技术手段可以将尾矿中的这些金属进一步提炼出来。同时还可以利用尾矿中各种硅酸盐矿物相的理化性质，将其掺入到水泥、灰沙砖等建材中。

2.2 尾矿渣的处理方式

由于我国矿产资源中共伴生矿、难选冶矿、贫矿居多；矿石组成复杂，难选冶矿多。总体来说我国矿物的可利用程度不高，冶炼后必然排放出大量的尾矿；同时由于技术手段和资金的局限性，这些尾矿大部分没有经过回收利用。据统计，我国现有尾矿的总量在80 亿吨左右，但矿产资源的综合利用率不到20%，矿产资源总回收率只有30%。即使一些大型国有矿山企业已经开展了资源综合利用，但这些也只占国有矿山的10%。大量的尾矿逐年积累，如不经过处理减量，则会给环境带来非常恶劣的影响。目前尾矿治理的方式主要有传统处理方式和资源化利用方式两大类：

2.2.1传统处理方式

传统的尾矿处理方法仅仅是将尾矿无害化堆存，防止尾矿废渣随着风力吹扬和雨水冲刷转移到其他地方污染环境。如将尾矿回填到矿井、矿场中；通过覆盖石灰、泥土、稻草、植物等覆盖顶部或是利用尾矿与水泥、石灰等化学反应剂反应形成覆盖层。但这种传统的无害化处理方式仅在某种程度上控制了尾矿污染的扩散，无法从根源上解决尾矿的污染堆积问题。这种传统处理方式在短时间小范

围内能较为有效地控制尾矿的污染问题，但是随着尾矿排放量的增多，尾矿堆积范围和面积都在不断扩大，占用了大量土地，影响了当地的生态平衡。有些尾矿堆积方式设计不合理，尾矿表面覆盖不完全，或是密封不严密，久而久之在自然风化的作用下容易将尾矿重新暴露在大气或是水体环境中。如一旦尾矿封存区底部或表面有裂缝，在雨水冲刷、地下水渗流或是风力的作用下尾矿中的细粒矿渣、粉尘和重金属等有毒有害物质就会随之流入河流、地下水中及大气中，对矿区周围甚至是通过水体、大气的环流对整个地球的环境带来污染。因此尾矿堆存等传统处理方法只是一种消极的处理方法，无法适应日益提高的环境要求。

2.2.2资源化利用方式

近些年来随着技术的提高，尾矿的资源性得到了大家的关注。大部分尾矿中含有各种有色、黑色、稀土和非金属矿物等成分，这些成分如加以利用将会是宝贵的二次资源。尾矿矿渣的资源利用化方式主要有两大类：一类是对尾矿中的有用元素进行二次回收，另一类将尾矿进行总体化利用。

2.2.2.1尾矿矿渣中元素的二次回收

受到冶炼技术条件的限制，矿产中还有许多有用的组份没有得到完全的开采利用就作为尾矿排放出来。但是这些组分存在含量低、赋存状态多变、分布不均等特点，致使尾矿的二次提炼难度加大。考虑到成本问题，目前也只有为数不多的矿山回收利用尾矿中的有价组分。但是尾矿中有价金属的回收一直是国内外学者的研究对象。美国犹他州阿尔丘尔和马格纳铜选厂处理堆积的尾矿，通过筛选及后续工艺，可得到含铜20%及少量钼的精矿。澳大利亚北布罗肯希尔公司从老尾矿中回收锌，可得品位为44.7%的锌精矿，回收率高达87.7%。我国的金川公司利用矿厂中的废酸与尾矿反应，以废治废进一步回收得到镍及铜、钴、银、硫、铂族等有价金属。我国黑龙江老榨山金矿采用浮选法从氰化尾矿中回收铜，回收率达89.01%。铜官山铜矿利用强磁机，综合回收尾矿和围岩中的黄铁矿和磁铁矿，平均每年生产硫精矿136 万吨，铁精矿164 万吨。王占岐等学者采用简单的浮选工艺，对某铜浮选尾矿中的闪锌矿进行了综合回收研究，回收率为86.70%。杨斌清采用粗选分支串流浮选工艺对江西某

钨尾矿中的铋、钼和银进行了综合回收研究，三种金属回收利用率分别达到了87.7%、67.12%、80.1%。刘开宇等对云南某铅锌矿山尾矿采用高碱硫化胺类捕收剂浮选的工艺流程，在碱性介质中活化回收氧化矿，制得符合国标的饲料级的七水硫酸锌（ZnSO4·7H2O）。

2.2.2.2尾矿的整体利用

经过冶炼后排除的尾矿中90%以上是非金属矿物，其成分与许多建材、无机化工等非金属材料十分相近，只要在尾矿中掺入少量其它原料，进行适当调配和改性，即可成为非金属材料的原料。尾矿的整体利用成本较低、工艺较容易实现，有较好的环境、经济价值。目前国内外已经开发出多种尾矿建筑材料，包括尾矿水泥、尾矿肥料、灰砂砖、建筑陶瓷、微晶玻璃等，还有部分尾矿被用作混凝土骨料、铁路道渣、砂浆、筑路砂石。

2.3尾矿水泥

以具火山灰性含钙尾矿或钙镁质尾矿为主料制作得到尾矿水泥。只要确定好为尾矿与其它水泥原料的配比、烧成温度，一般细粒尾砂和低硅高钙镁尾矿均可作水泥原料。关键技术是确定尾矿与其它水泥原料的配比、烧成温度，便可获得合格熟料。试验表明，尾矿含Mo、Cu、S 等微量元素，有利于提高水泥的生产效率，降低能耗和成本。目前，国内外对利用尾矿煅烧水泥的研究主要是使用铅

锌、铜、金、铁尾矿。但也有学者尝试用其他种类的尾矿作为尾矿水泥的原料，如国内某小水泥厂通过工业试验用某钼尾矿为水泥原料，降低了约5%左右的熟料烧成煤耗，同时增产水泥13%，每天为该厂带来了几十万元经济效益。唐山冀东三友水泥有限公司初期使用石灰石、砂岩、转炉渣和粉煤灰四组分配料，但由于砂岩资源匮乏，价格居高不下，改而采用当地储量大的铁选尾矿来代替砂岩进行配料。该种铁选尾矿是铁矿石磨细精选后的产物，Fe2O3含量在12%以下，SiO2含量在65%以上，含有大量可用的SiO2。使用该尾矿掺比后使生料成本降低1.18 元/t，每年降低成本290 万元，给企业带来了很好的经济效益。山东省昌乐县特种水泥厂用 5.32%的铜尾矿进行配料后，熟料质量有所提高，能满足高标号水泥生产要求。山东沂南磊金股份有限公司利用金矿尾砂生产优质道路水泥和抗硫酸水泥获得成功。辽宁省葫芦岛市林业水泥厂采用铅锌尾矿配料，显著改善生料的易烧性，降低熟料的热耗，一个年产10 万吨的机立窑厂，每年可利用铅锌尾矿1 万8多吨，创经济效益达100 万元以上。另外，根据不同的粒级要求，尾矿颗粒不必加工可直接作为混凝土的粗细骨料使用。使混凝土具有较高的强度和较好的耐久性。尾矿肥料若尾矿中含有较高的钙、镁、磷等有利于植物生长、促进土壤营养组分转化吸收和质量优化的微量元素，且没有污染组份，则这些尾矿经过适当的处理，可制成用作土壤改良剂或微量元素肥料。如铁尾矿一般含铁和少量具有载磁性能的磁铁矿，则在矿渣里掺入一定比例的N、P、K 等，可磁化成对植物生长非常有利的磁尾复合肥。卡奇卡那尔采选公司采用公司采选后排放的含有Ca、Mg、Si 的湿式磁选尾矿作为土壤改良剂，对当地矿区的酸性土壤进行中和处理，并将尾矿中的氧化镁、氧化钙等氧化物作为肥料，取得了较好生态和经济效果。近些年来，我国对尾矿用作肥料也进行了不少研究。马鞍山矿山研究院于80 年代以马钢南山铁矿磁化铁尾矿为土壤改良剂对多种农作物的盆苗、小面积和大面积农田以及不同类型土壤做实验研究，分别获得了10%~20%的增产；并在90 年代初将该研究投入到实际的生成中，建成一座年产 1 万吨的磁化尾矿复合肥厂，取得了明显的效经济效益和社会效益。灰砂砖灰沙砖是指以砂和石灰为主要原料，掺入一定的外加剂经坯料制备、压制成型、高压蒸气养护而成的砖块。若尾矿中含有较多硅酸盐石英成分，则可将这些尾矿中比重较轻的细粒尾矿或是将大颗的尾矿磨成小细粒再经钙化处理而获得。北京市建筑材料设计院为江苏省连云港市锦屏镇开展了“蒸压磷尾矿砖工业化中间实验”项目，于1986 年建成一条中间实验线，利用磷矿浮选时排出的尾矿生产出了符合《蒸压灰砂砖（JC153-75）》标准的环保灰砂砖，年产量可达1500 万块。江苏宿迁现有石英砂矿山10 多个，年产石英砂四五十万吨，同时有四五十万吨尾矿泥流掉，污染了大量农田和水源。为了改变这种状况，江苏玻璃厂矿山及宿迁市硅酸盐制品厂相继建成灰砂砖厂利用石英砂矿山排放的尾矿制造灰砂砖，其成本低，同时也解决了尾矿造成的环境问题。北京科技大学研究探讨了使用赤铁矿尾矿为主要原料制备高强度蒸压砖的可能性。正交试验结果表明，最佳配方为：15％的石灰、15％的砂和70％的赤铁尾矿混合物。此时的蒸压灰砂砖复合标准（GB11945-1999）MU20 蒸压砖。

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