不同红土镍矿的处理工艺简述

不同红土镍矿的处理工艺简述氧化镍矿是含镍橄榄石经长期风化淋滤变质而形成的矿物，由于矿床风化后铁的氧化，矿石呈红色，因而通称为红土矿（Laterite）。

根据矿石中铁和镁含量的不同，含镍红土矿可以简单地分为褐铁矿类型和残积矿类型。

一般残积矿类型氧化镍矿含镁较高，而褐铁矿类型镍红土矿含铁较高而含镁较低。

一、现有红土镍矿处理技术概况在红土镍矿的处理方面，比较成熟的冶炼方法包括：①回转窑干燥预还原－电炉熔炼法（RKEF）、②烧结－鼓风炉硫化熔炼法、③烧结－高炉还原熔炼法、④回转窑（或隧道窑、或转底炉）半熔融还原焙烧－磁选法、⑤还原焙烧（回转窑或沸腾炉）－氨浸法、⑥高压酸浸法、⑦常压酸浸法以及⑧硫酸堆浸法等。

上述处理方法均有各自的适应性，需要根据矿石镍、钴、铁含量和矿石类型的差异，以及当地燃料、水、电和化学试剂的供应状况等的不同，选用适宜的冶炼工艺。

从总体上说，红土镍矿的处理主要分为火法冶金和湿法冶金二大类。

1.1 火法冶金火法冶金主要处理含镍 1.5～3%、Fe10～40%、MgO5～35%、Cr2O31～2%的含镍品位较高的变质橄榄岩。

冶炼工艺主要包括回转窑干燥预还原－电炉熔炼法（RKEF）和鼓风炉硫化熔炼及烧结－高炉还原熔炼法，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，镍锍则须经转炉进一步吹炼生产高冰镍产品。

日本大江山冶炼厂则采用回转窑高温半熔融还原焙烧（～1350℃）产出粒铁，经破碎、跳汰富集产出含镍大于20%的镍铁合金供生产不锈钢，并被公认为是目前最为经济的处理镍红土矿的方法。

回转窑干燥预还原－还原熔炼工艺生产镍铁，镍的回收率可以达到90%以上，但生产镍铁时由于进入镍铁中的钴不计价，因此对钴含量较高的氧化镍矿并不适用。

由于红土镍矿含水高，加之投资大，从经济角度考虑，电炉还原熔炼工艺适宜于处理镍含量大于 1.8%、钴含量小于0.05%的矿石，且要求当地要有充沛的电力供应。

鼓风炉硫化熔炼也是经典工艺，红土镍矿在配入适量的CaO和SiO2后，在约1100℃下烧结成块，再配入20%左右的黄铁矿和约15～25%的焦炭，在鼓风炉内约1350℃的温度下熔炼，产出含镍8～15%的低冰镍产品。

根据矿石中镍含量的高低，镍回收率通常可以达到90%以上，并可以回收80%以上的钴。

因此，对于含钴较高（如>0.2%）的镁质红土镍矿，选用鼓风炉硫化熔炼是较为适宜的方法。

由于鼓风炉必须使用昂贵的冶金焦，在目前冶金焦价格较高的状况下，鼓风炉硫化熔炼的经济效果较差。

近年来，随着国家产业政策的调整，大量500m3以下的炼铁高炉被淘汰。

但由于国内不锈钢用镍紧张，镍价高涨，许多小高炉被用来处理含铁40%左右、含镍大于1%的红土镍矿，生产含镍大于2%的含镍生铁或不锈钢基料。

但由于红土镍矿铁品位低、氧化铝含量较高，高炉体积利用率低、焦炭消耗量大、烧结污染严重、镍生铁所含铁不计价等，和鼓风炉硫化熔炼类似，烧结－高炉还原熔炼法的的经济效果也比较差。

1.2 湿法冶金世界范围内大规模工业应用的氧化镍矿湿法冶金生产工艺主要有三种：还原焙烧－氨浸法、加压酸浸法、常压酸浸法和堆浸法。

1.2.1 还原焙烧－氨浸法对于含镍1%左右且镍赋存状态不太复杂的红土镍矿，通常采用还原焙烧－氨浸工艺处理，其主要优点是试剂可循环使用，消耗量小，能综合回收镍和钴，缺点是浸出率偏低，镍、钴金属回收率分别为75%～85%和40%～60%。

采用氨浸法的生产厂有古巴的尼卡罗冶炼厂、印度苏金达厂、阿尔巴尼亚的爱尔巴桑钢铁联合企业、斯洛伐克的谢列德冶炼厂、澳大利亚雅布鲁精炼厂及加拿大INCO的铜崖铁矿回收厂等。

国内，由北京矿冶研究总院设计的青海元石山镍铁矿也采用了还原焙烧－氨浸工艺，建成了年处理30万吨镍铁矿的冶炼厂，并于2009年建成投产，处理平均含镍0.7%、铁28%的铁质/硅质/镁质复杂混合矿，取得了渣含镍<0.25%（国外同类冶炼厂的渣含镍~0.35%），镍、铁回收率大于70%和60%，铁精矿含铁大于58%，氨耗15kg/t-矿、煤耗130kg/t-矿的生产指标。

由于矿石费用只有50元/t，因此每生产1吨精制硫酸镍的税后成本接近2.3万元，使呆滞了40多年的元石山镍矿得以经济开发。

2011年10月，元石山项目通过了青海省科技厅的专家鉴定，鉴定意见为：首次以煤替代天然气/煤气/重油作为热源和还原剂，实现了镍铁矿的选择性还原焙烧；首次从低浓度镍的氨浸液采用选择性萃取/反萃技术直接生产精制硫酸镍产品，氨介质循环利用、蒸汽消耗量少；该工艺流程短、能耗和生产成本低、资源综合利用率高，在处理低品位红土镍矿的工艺方面达到了国际领先水平。

“低品位镍铁矿高效绿色提取关键技术研究及示范”获得了国家“十一五”科技支撑计划（2007BAB19B00）支持，已通过科技部验收。

成果获得2012年中国资源综合利用协会科学技术奖一等奖和青海省科技进步二等奖。

图1 青海元石山工程全景原则工艺流程见图2。

吨硫酸镍生产成本见表1。

图2 还原焙烧－氨浸－磁选原则工艺流程图具体于菲律宾或印尼的褐铁型红土镍矿，由于其本身的粒度就较细（-200目>60%），采用回转窑还原焙烧，粉尘量会很大，建议采用成熟多膛炉还原焙烧技术，只是需要使用煤气来还原－需要建煤气发生炉。

若处理规模较大，反萃得到的高纯硫酸镍可以进一步生产电解镍。

表1 吨硫酸镍生产成本计算表1.2.2 加压酸浸法对于含镁小于10%，特别是小于5%的褐铁型红土镍矿，比较适合采用硫酸加压酸浸（HPAL）的全湿法流程。

红土镍矿在高温（230～260℃）和高压（4～5MPa）下用硫酸浸出，可以获得95%以上的镍、钴浸出率。

加压酸浸工艺经济指标主要受硫酸消耗量的影响，因而镁、铝含量和硫酸成本的高低直接影响该工艺的应用，另外，废水中镁、锰重金属的污染也是一个一直困扰该工艺应用的问题。

通常加压酸浸工艺可以经济地处理含镍1.3%以上的低品位矿石。

加压酸浸工艺自上世纪50年开始，在古巴毛阿(MOA)开始应用，经过40多年的运营，证明该工艺是经济可行的。

目前该厂年生产镍量约32000t，产品为混合镍钴硫化物精矿，为加拿大一家镍精炼厂提供原料，采用帕丘卡槽作为加压浸出设备，被认为是镍红土矿加压酸浸工艺的鼻祖。

上世纪90年代，随着硫化镍资源和高品位镍红土矿资源的逐渐减少，人们对大量存在的、品位在1%～1.5%之间的镍红土矿冶炼技术进行了更深入的研究开发。

自上世纪90年代以来，新的卧式加压浸出釜在黄金冶炼企业普遍应用，以加压酸浸为主的湿法冶炼镍红土矿技术，也相应地在更多的新建镍红土矿冶炼厂使用。

并于1997到1999年之间，相继在西澳大利亚建设了三家采用该技术的工厂：穆林穆林（Murrin Murrin）厂、布隆（Bu Long）厂和考斯（Cawse）厂。

目前，菲律宾的柯拉尔湾（Coral Bay）厂、新喀里多尼亚的戈罗（Goro）厂、巴布亚新几内亚的拉姆冶炼厂以及澳大利亚的拉温索普（Raven Sthorpe）厂正在采用加压酸浸法建设。

西澳大利亚的三个镍红土矿加压酸浸厂自建成投产以来并未取得预想的效果，使得镍红土矿加压酸浸的投资热度有所降低。

考斯镍冶炼厂1999年投产，是成功地从含镍红土矿中直接生产出电积镍的冶炼厂，但正是因为处理流程过于繁长，试生产期间就发生了资金链断裂问题而停产，后被OMG公司收购。

和考斯厂同时投产的布隆镍冶炼厂的设计能力为9000t/a阴极镍，加压浸出液经石灰中和除杂后直接采用萃取－电积技术生产阴极镍，由于硫酸钙问题导致萃取设备无法正常运转，萃取三相多、镍阳极板变形、腐蚀，最终因经营不善而破产。

穆林穆林厂设计能力为4.5万吨/a氢还原镍粉（镍块）和3000t/a 电解钴。

投产后的前三年仅达到设计能力的65%，主要是为了节省投资，在施工过程中使用了较多的替代材料。

后经改进，目前已达到设计能力的80%以上。

上述三个镍红土矿加压酸浸厂的主体工艺是成功的，但由于局部问题而影响了整个工艺的贯通。

正是基于这一看法，加之具有金属回收率高的优点，镍红土矿加压酸浸法越来越受到重视和应用。

但需要关注的是，西澳大利亚的三个镍红土矿加压酸浸厂处理的均是较为特殊的硅质型红土镍矿。

其典型成分为：含镍～1.5%、铁～20%、SiO2～40%、MgO<2%。

由于MgO和Al2O3的含量较低，加压酸浸时的耗酸量较低，因此采用加压酸浸法是比较适宜的。

而中冶集团在巴布亚新几内亚投资建设的RAMU红土镍矿项目采用加压酸浸就显得不那么合适了。

RAMU红土镍矿是典型的褐铁型红土镍矿，含铁～45%、含镍～1.2%、含钴0.8%。

按目前的金属价格，该矿主要有价元素的价值组成如下（1t）：表2 RAMU红土镍矿的价值组成（1t）镍仅占原矿价值的46%，铁的价值则超过了镍。

目前采用的硫酸加压浸出工艺仅仅考虑了镍、钴的回收，富含铁的浸出渣则被用于填海，不仅浪费了铁资源，而且带来了环境污染。

1.2.3 常压酸浸法最近几年，世界镍的价格飙升，国内的硫酸价格则由1600元/t 的高位持续下跌至约100元/t的低位，至目前稳定在650元/t左右。

和镍的价格相比较，硫酸的消耗量和由此带来的生产成本已不再成为红土镍矿处理的制约性因素。

以橄榄岩为主的镁质红土镍矿，由于可以在常压下得到较好的浸出结果（大于85%），因而在国内也得到了较快的发展。

通常常压硫酸浸出工艺可以经济地处理含镍1.5%以上的镁质红土镍矿（MgO含量10～20%）。

1.2.4 堆浸法氧化铜矿的堆浸－萃取－电积技术是上世纪六十年代开发的一项新技术，主要用以处理常规选冶工艺无法经济回收的、以往被视为难处理矿或呆矿而未被开发利用的低品位铜资源。

由于具有工艺简单、投资低、生产成本低、对环境友好等诸多优点，该项技术在北美、南美、非洲、澳大利亚等地很快得到推广应用。

目前全世界采用这项技术生产的电解铜每年超过了200万t。

2001年，我国有关单位借鉴低品位铀矿和低品位氧化铜矿堆浸的成功经验，针对云南元江镍矿开展了低品位氧化镍矿的堆浸实践，虽然存在镍、钴浸出率低（Ni～60%、Co～40%，渣含镍～0.4%）、硫酸消耗量大（70t-H2SO4/t-Ni）、硫酸镁溶液直接排放等一系列的问题，但受国内镍资源短缺和世界镍价的影响，加之生产规模较小，对资源破坏和环境影响尚不严重，该工艺目前尚能维持。

但若考虑大规模的工业开发，该工艺对资源的破坏和环境的影响显然非常严重，即便考虑对硫酸镁进行回收，硫酸镁的销售也存在很大的问题，若按年产5000t-Ni、镍回收率50%、镁浸出率60%计算，年产结晶硫酸镁将达到100万t。

近年来，国外也开展了褐铁矿类红土镍矿的堆浸研究和实践，但受矿物特性的影响，褐铁矿类红土镍矿的堆浸浸出效果并不理想，加之红土镍矿的渗水性较差，堆浸时的沟流严重，镍、钴的浸出率通常在50～60%；同时由于浸出渣中残留着大量的硫酸根，也很不利于后续铁的综合利用。