红土镍矿处理方法综述

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文章来源：APOL添加人：admin添加时间：2011-11-10 15:29:00

沈阳有色金属研究院相关研究成果简介-----报告人尹文新

1 引言

1.1 镍的性质和用途

金属镍是一种银白色金属，具有很多优良的物理和化学性质：高熔点（14 53℃），强磁性，良好的催化性和抗腐蚀性以及容易电镀等。正因为这些优良特性，镍被广泛应用于生产不锈钢，石油、化工和机械制造业中的耐腐蚀合金钢，航空航天领域的高温合金钢，磁性电工合金，催化剂及电镀等行业。随着上述工业部门的发展，特别是不锈钢工业的快速发展，近年来镍冶金工业发展迅速。

1.2 炼镍原料

镍是一种比较丰富的元素。地球中镍的含量约为3%，仅排在Fe、O、Si

和Mg之后。然而，在地壳中镍的含量很低，不到0.01%，其丰度排在第24位。

地球上有四种含镍矿物：

⑴硫化镍矿——镍黄铁矿、镍磁黄铁矿和针硫镍矿等

⑵氧化镍矿——主要指红土镍矿

⑶含砷镍矿——红镍矿、砷镍矿和辉镍矿等

⑷深海含镍锰结核

深海含镍锰结核的数量现在还无法估计，由于开采成本太高，暂无法利用这种含镍资源。目前，世界各国正在研制海底机器人，为开采海底锰结核做前期准备工作。

含砷镍矿在地球上的储量很少，是一种次要的含镍资源。主要的炼镍原料是硫化镍矿和红土镍矿。

根据目前的炼镍技术水准，硫化镍矿含镍高于3%的被称为富矿，可不经选矿而直接冶炼；含镍较低的硫化镍矿需经过选矿进行富集，产出品位较高的硫化镍精矿再进行冶炼。红土矿很难用选矿方法来富集，通常是用冶炼的方法直接处理。

1.3 开发和利用红土镍矿资源的重要意义

⑴陆地上镍资源总量中硫化镍矿和红土镍矿的比例约为3：7，未来镍冶金工业的发展主要以红土矿为原料；

⑵硫化镍矿日趋枯竭，中国的硫化镍矿的年产量以10%的速度递减；

⑶红土镍矿埋藏在地表附近，开采成本低，不需要选矿，随着冶炼技术水

准的提高，处理红土镍矿的成本不断降低；

⑷选择合适的生产方法，处理红土镍矿可不产生二氧化硫烟气污染；

⑸中国是镍的消费大国，同时又是贫镍国。

由以上事实可知，我国开发红土镍矿资源有着非常重要的意义。目前，世界各国，特别是发达国家，都在积极开发或准备开发红土镍矿资源。

2 红土镍矿的特点

2.1 红土镍矿的地质结构

红土镍矿是由多雨的热带和亚热带的橄榄岩（Peridotite）和蛇纹石（Ser pentine）这样一些超级岩石的风化而形成的。红土镍矿床通常是分层存在于地表以下0~40米范围，矿床的地质结构为：覆盖层；褐铁矿层；过渡层；腐泥层；橄榄岩层。有价元素镍和钴主要分布在褐铁矿层，过渡层和腐泥土矿层。因此，人们通常将红土镍矿床分为三个矿层：

⑴褐铁矿层（Lateritic ore layer）

褐铁矿层离地表最近，主要矿物包括褐铁矿（Laterite）、针铁矿（Goet hite）、水铝矿（Gibbsite）和铬铁矿（Chromite）。矿石的化学成分和矿物组成很均匀，镍的含量较低，通常含有一定数量的钴，结晶性差，粒度较细。

⑵腐泥矿层（Saprolitic ore layer）

腐泥矿层埋藏较深，正好在基岩之上，主要含有石英（Quartz），滑石（T alc），蛇纹石（Serpentine），橄榄石（Olivine）和硅镁镍矿（Garnierite）等矿物。矿石含镍量最高，但其化学成分和矿物组成极不均匀。

⑶过渡矿层（Transition ore layer）

过渡矿层位于褐铁矿层和腐泥矿层两层之间，镍、铁、镁和二氧化硅的含量也介于两层之间。

红土镍矿典型的浓度分布见图1，化学成分列于表1。由图1和表1可以看出：红土矿中铁的含量随深度的增加稳定降低；而镁和二氧化硅含量随深度增加；钴含量分布与铁相似，在褐铁矿层最高；镍的分布与镁和二氧化硅一致，在腐泥矿层含量最高。红土矿含水量都很高，一般为30%~50%。被氧化的红土镍矿一般都含有铬、镁、锰、铁和铝等杂质。

图1 红土镍矿典型的浓度分布

硅酸盐和Fe-Mn氧化物中。

⑶印度尼西亚Sorowako红土矿

主要矿物组成是腐泥土（Saponite），粒度范围为10~100mm，主要矿物是镁和镁铁硅酸盐及针铁矿。镍的含量不均匀，镍主要存在于蛇纹石，橄榄石，绿泥石和闪石（Amphibole）中，钴存在于氧化锰矿中。

⑷印度的Sukinda红土矿

主要矿物组成为石英和针铁矿，次要矿物是磁铁矿（Magnetite），铬铁矿（Chromite），滑石，赤铁矿（Hematite）和高岭石（Kaolinite），镍主要存在于针铁矿中。

⑸希腊Eaboea岛红土矿

主要矿物是赤铁矿和石英，次要矿物包括针铁矿（γ-FeooH），绿泥石[(N i,Mg,AI)12(Si,Al)8O20(OH)6]，铬铁矿[(Mg,Fe)(Cr,Al)2O4]和含镍滑石[Ni3Si 4O10(OH)2]等。

3 工业上处理红土镍矿的主要方法

3.1 红土镍矿的火法冶金

红土镍矿中的主要元素是铁和镁，从红土矿提取镍，需要考虑如何处理镍、铁和镁之间的关系。根据冶金热力学原理，镍和铁与硫的亲合力远远大于镁，而镁与氧的亲合力远远大于镍和铁。因此，实现镍和铁与镁的分离是很容易的。另一方面，金属氧化物比硫化物稳定得多，铁的氧化物比镍的氧化物稳定得多。红土镍矿的火法冶金工艺就是基于这种亲合力的差异而设计的。

3.1.1 红土镍矿的还原硫化熔炼（镍锍或冰镍熔炼）

红土镍矿还原硫化熔炼工艺，也称冰镍熔炼工艺（Nickel matte smelti