国外红土镍矿冶炼技术“各有千秋”

国外红土镍矿冶炼技术各有千秋

常见的红土镍矿冶炼处理工艺主要有湿法工艺和火法工艺。湿法工艺是使用硫酸、盐酸或者氨水溶液作为浸出剂，浸出红土镍矿中的镍和钴金属离子。常见的湿法处理工艺有高压酸浸工艺（HPAL）、常压酸浸工艺（PAL）和氨浸工艺（Caron）。硅镁质型红土镍矿中镁含量高，浸出过程酸耗大，目前较多采用火法工艺处理。常用的红土镍矿火法处理工艺有：电炉溶炼、高炉镍铁工艺、硫化熔炼等。目前国外大部分采用湿法工艺冶炼红土镍矿。

美国：新型还原焙烧－氨浸法回收率提高

还原焙烧-氨浸工艺又称为Caron流程，属于湿法冶炼工艺。其主要流程为：矿石经破碎、筛分后在多膛炉或回转窑中进行选择性还原焙烧，还原焙砂用氨-碳酸铵溶液进行逆流浸出，经浓密机处理后得到的浸出液经净化、蒸氨后产出碳酸镍浆料，再经回转窑干燥和煅烧后，得到氧化镍产品，并用磁选法从浸出渣中选出铁精矿。焙烧过程采用的还原剂主要是煤或还原性气体，其主要目的是将矿石中的镍和钴还原，而三价铁大部分被还原为磁性的Fe3O4，少数被还原成金属铁。氨浸的主要目的是将焙砂中的镍和钴以络氨离子的形式进入溶液，而铁、镁等主要杂质仍以单质或氧化物的形式留在浸出渣中，从而实现镍、钴与铁等杂质的初步分离。该工艺的优点是常压操作，浸出液杂质含量较少，浸出剂中的氨可回收；主要缺点是镍、钴回收率较低，镍的回收率为75%~80%，钴的回收率低于50%。截止到目前,全球只有少数几家工厂采用该法处理红土镍矿。

为提高镍、钴回收率，美国矿物局最近发展了还原焙烧－氨浸法处理红土矿回收镍的新流程，简称USBM法。该法的要点在于还原焙烧前加入了黄铁矿（FeS2）进行制粒，还原时用的是纯CO。浸出液用LIX64-N作为萃取剂实现钴、镍分离，整个系统为闭路循环，有效地利用了资源。据报道，用该法处理含镍1%、钴0.2%的红土矿时，镍、钴的回收率分别为90%和85%。若处理含镍0.53%、钴0.06%的低品位红土矿时，钴的回收率亦能达到76%。与原来的氨浸工艺相比较，新工艺大大提高了镍钴的回收率，降低了过程的能耗。

澳大利亚和古巴：硫酸加压酸浸法回收率高

硫酸加压酸浸工艺适合处理含氧化镁低的褐铁矿型红土矿，此流程最大的优势在于金属的回收率都能达到90%以上。该技术首次用于古巴毛阿湾镍厂，被称为

A-MAX-PAL技术。

古巴毛阿湾镍厂采用加压酸浸法处理低氧化镁含镍红土矿，其是世界上唯一采用高温高压直接酸浸红土矿提取镍和钴的工厂。该厂采用的工艺较先进，工厂布置较紧凑，占地面积小，厂内环境清洁。

该厂处理的含镍红土矿如果在常压和常温下用硫酸溶液浸出，那么存在于矿石中大量的铁（该矿含68%氧化铁）容易进入含镍和钴的溶液。然而，采用同样浓度的硫酸溶液，在高温高压（246℃，3.6MPa）下浸出，铁只有少量进入溶液中而

镍和钴的浸出率都超过95%。矿石中碱性氧化物的含量相当低，无须消耗大量的硫酸中和矿石中含量高的碱性氧化物。加压浸出硫酸用量为每吨干精矿量的22.5%，浸出渣含铁51%，可作为炼铁原料。浸出液送沉淀高压釜（118℃～121℃，压力为1MPa），通H2S沉淀出镍、钴、铜等硫化物沉淀，产出含Ni55%、Co5.9%、Cu1.0%的硫化物精矿，送精炼厂用于进一步精炼。

由于约70%的红土矿资源属于褐铁矿型，高压酸浸技术广受关注，在技术上得到了较多改进。从2000年以来，几家大公司，包括必和必拓、巴西国有矿业公司（CVRD）、加拿大的鹰桥公司（FalconBridge）等都进行了该技术的开发研究。必和必拓公司和巴西国有矿业公司都倾向于用新流程生产混合硫化物或氢氧化物。鹰桥公司采用了两步溶剂萃取法，镍从硫酸介质转入盐酸介质，然后将溶液高温水解，得到氧化镍产品和盐酸，盐酸可循环利用。

澳大利亚的莫林莫林（MurrinMurrin）、科斯（Cawse）和布隆（Bulong）3家公司采用加压酸浸新工艺的红土矿开发项目陆续投产运营，引起很大的关注。这3家企业采用的酸性加压浸出技术与古巴莫奥公司生产中应用的工艺相近，只不过用卧式高压釜取代了莫奥公司的立式高压釜而已。然而，回收步骤有以下区别：第一，在Cawse工艺中，混合氢氧化物是从高压浸出液中沉淀出来的，然后用氨浸出它们，接着再进行溶剂萃取和电积；第二，在Bulong工艺中，用H2S从高压浸出液中沉淀出混合硫化物，然后在有氧条件下浸出硫化物，接着再进行溶剂萃取、氢还原、压片等作业；第三，在Murrin工艺中，直接对高压浸出液进行溶剂萃取和电积。

而SGSLakefileld公司研究出一种高压酸浸方案，其特点为：在高压釜内加入元素硫和氧，就地产生硫酸。这就不必在矿浆进入高压釜前进行预热，从而显著节约了设备成本。

加拿大：盐酸常压浸出工艺实现试剂循环使用

镍红土矿盐酸常压浸出比较成熟的工艺是加拿大切斯巴尔资源公司(ChesbarResources)开发的切斯巴尔法-氯化物常压酸浸工艺。该工艺的主要特点是通过喷雾热解工艺使浸出剂（盐酸）和中和剂（氧化镁）在流程中循环使用，从而大幅度降低了试剂消耗，废水排放量也大幅度减少，同时矿石中的镁得到综合回收。

常压酸浸法处理红土镍矿的一般工艺流程为：对镍红土矿先进行磨矿和分级处理，将磨细后的矿浆与洗涤液和酸按一定的比例在加热的条件下反应，使矿石中的镍浸出进入溶液，再采用碳酸钙进行中和处理，过滤进行液固分离，得到的浸出液用硫化物做沉淀剂进行沉镍。近年来，国外主要是针对红土镍矿中不同矿相在常压酸浸中的浸出行为进行了研究，如针铁矿相、蛇纹石矿相、蒙脱石矿相等矿相在常压酸浸过程中的反应动力学和反应活性等，得出了一系列相关的研究成果。有研究采用提高浸出温度、控制还原电位、加入催化剂盐、强化矿的前处理、加入硫化剂和预焙烧等方法强化镍和钴的浸出和抑制铁、镁等杂质金属的浸出，在减少酸耗的同时提高浸出的选择性，取得了较好的效果。

有实验室研究了稀盐酸溶液还原浸出红土镍矿的工艺。试验采用抗坏血酸作还原剂，用稀盐酸浸出低品位镍红土矿，在抗坏血酸用量与矿料质量比为3：l、浸出温度为60℃、浸出酸料质量比为2：7、固液比为1：4、反应时间为l小时的情况下，镍的浸出率达到95%，铁的浸出率也达到了95%以上。同时，他们对盐酸直接浸出低品位镍红土矿也进行了试验研究。试验结果表明，采用盐酸直接浸出低品位镍红土矿，其镍的浸出率可以达到90%，而铁的浸出为55%左右。可见，盐酸常压浸出工艺虽然镍的浸出率可以达到90%以上，但同时矿石中的铁也被大量浸出，给后续的浸出液处理工序带来较大困难。因此，该工艺应用于实际生产，还须解决铁被大量浸出的问题。

盐酸常压浸出工艺对于褐铁矿型和腐植土型红土矿都较适用，因此可简化采矿方案、增加采矿的经济性。

日本：回转窑还原-磁选生产镍铁工艺最经济

日本冶金工业公司投资的大江山冶炼厂采用回转窑高温（约1350℃）半熔融还原焙烧－水淬－跳汰重选－尾矿球磨－磁选的工艺直接生产含镍大于20%的镍铁合金用来生产不锈钢。该工艺被称为大江山法，即回转窑还原-磁选法（又称克虏伯-雷恩法）。

日本大江山冶炼厂采用克虏伯－雷恩法处理新喀里多利亚的红土镍矿，主要工艺流程为：原矿经干燥、破碎、筛分处理后与石灰石、石英砂以及焦炭按比例混合制团，团矿经干燥和高温还原焙烧，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，而夹杂有金属微粒的炉渣再返回处理，然后将此产品运往川崎钢厂作为不锈钢生产的原料。这也是世界上唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法。该方法的特点是冶炼温度较低，因此产出的镍铁粒中C、Si、Cr、P等杂质含量较低。其最大的优点是能耗小、生产成本低，这主要是由于回转窑的能效很高，且使用廉价燃料，能耗中85%的能源由煤提供。

日本大江山冶炼厂开发的残积型红土镍矿回转窑高温（约1350℃）半熔融还原焙烧生产粒铁工艺是截至目前被认为最为成功的技术，也被业界公认为是最为经济的残积型红土镍矿处理方法。该工艺的实质是以矿物自身被还原的金属铁作为镍的捕收剂，实现镍的高效回收。

与回转窑干燥预还原-电炉熔炼法相比较，大江山法不消耗焦炭（用煤还原），用电负荷仅为前者的40%，投资也只有前者的50%。与常压硫酸直接浸出工艺相比较，大江山法基本不消耗化学试剂，无废水排放，对环境影响小，且镍回收率高。但大江山法的关键———半熔融物料在回转窑内的结圈控制技术，掌控难度很大，加之日方的技术封锁，多年来一直没有推广应用。但从节能、低成本和综合利用（处理低品位氧化镍矿）镍资源的角度分析，这一工艺是值得进一步研究和推广的。

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