紅土鎳礦資源濕法冶煉開(kāi)發(fā)技術(shù)
按照地質(zhì)成因來(lái)劃分，鎳礦床主要有兩類(lèi)：巖漿型硫化鎳礦和風(fēng)化型紅土鎳礦，其中紅土鎳礦資源儲(chǔ)量占全球鎳資源的72%。近年來(lái)，由于不銹鋼行業(yè)的帶動(dòng)，全.鎳需求量在不斷上升，2008年我國(guó)不銹鋼產(chǎn)能達(dá)到1000萬(wàn)t，而實(shí)際產(chǎn)量?jī)H為535萬(wàn)t，鎳供應(yīng)不足是重要原因之一。
目前約有60%的鎳從硫化礦中提取，而硫化礦資源急劇減少，品位下降，開(kāi)采深度增加，開(kāi)采難度加大，成本升高。紅土鎳礦資源具有勘查、采礦成本低，可以直接生產(chǎn)氧化鎳、鎳锍、鎳鐵等產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，因此，高效開(kāi)發(fā)紅土鎳礦資源十分迫切。在20世紀(jì)50年代，從紅土鎳礦中提取鎳金屬僅占.鎳量的10%;而到2008年，該比例則達(dá)到45%，約5l萬(wàn)t預(yù)計(jì)到2012年，該比例將增長(zhǎng)到5l%。
紅土鎳礦生產(chǎn)鎳工藝可以簡(jiǎn)單地分為火法和濕法。火法工藝由于冶煉過(guò)程中能耗高、成本高等原因，所以目前主要用于處理高品位的紅土鎳礦。濕法工藝雖然存在著工藝復(fù)雜、流程長(zhǎng)、對(duì)設(shè)備要求高等問(wèn)題，但它與火法相比，具有能耗低、金屬回收率高等優(yōu)勢(shì)。特別是濕法工藝發(fā)展的幾十年來(lái)，加壓浸出技術(shù)的進(jìn)步和新的濕法流程的出現(xiàn)，使紅土鎳礦開(kāi)發(fā)利用重心由火法轉(zhuǎn)為濕法。
一、*紅土鎳礦資源分類(lèi)和特點(diǎn)
氧化鎳礦床的上部為褐鐵型紅土礦，適合于濕法工藝處理;下部為鎂質(zhì)硅酸鎳礦(蛇紋巖為主)，適合用火法工藝處理。中間過(guò)渡段同時(shí)適于兩種方法。據(jù)估計(jì)，適合用濕法處理的紅土鎳礦儲(chǔ)量(褐鐵礦、綠脫石、蒙脫石)是適合火法(硅鎂鎳礦、腐植礦)的兩倍多。
隨著紅土鎳礦資源的不斷開(kāi)發(fā)利用，人們對(duì)其利用性能和類(lèi)型又有了新的認(rèn)識(shí)：一類(lèi)稱(chēng)為“濕型”，主要分布于近赤道地區(qū)，如新喀里多尼亞、印尼、菲律賓、巴布亞新幾內(nèi)亞和加勒比海地區(qū)，其品位較高，粘土少，易于處理;一類(lèi)稱(chēng)為“干型”，主要分布于距赤道較遠(yuǎn)的南半球大陸，其成分復(fù)雜，粘土含量高，不易處理。
雖然紅土鎳礦有不同類(lèi)型之分，但從總體上來(lái)看，它們都具有以下特點(diǎn)：
1、含鎳1.0～3%，品位較低且組成比硫化鎳礦復(fù)雜得多，很難通過(guò)選礦獲得較高(6%以上)的鎳精礦，同時(shí)含鎳太低也難以直接用簡(jiǎn)單的冶金工藝富集。
2、成分含量波動(dòng)大，不僅鎳等有價(jià)元素的含量變化大，而且脈石成分如SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3和水分波動(dòng)也很大，即使是在同一礦床，紅土礦成分(Ni，Co，F(xiàn)e和MgO等)也隨著不同的礦層的深度而不斷變化。
3、礦石中僅伴生有少量的鈷，無(wú)硫，無(wú)熱值。
4、礦石儲(chǔ)量大，而且賦存于地表，易采，可露天操作，具有開(kāi)發(fā)的.條件。
二、*紅土鎳礦的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀
以新喀里多尼亞紅土礦開(kāi)發(fā)為標(biāo)志，從紅土礦中生產(chǎn)金屬鎳迄今已經(jīng)有100多年的歷史了。近年來(lái)，由于不銹鋼行業(yè)對(duì)鎳的巨大需求，很多產(chǎn)鎳大國(guó)都積極加大對(duì)紅土礦的開(kāi)發(fā)利用。較有影響的有菲律賓住友/三井公司2005年開(kāi)始的Coral Bay項(xiàng)目;2007年Inco在新喀照多尼亞正式啟動(dòng)的Goro鎳項(xiàng)目，預(yù)計(jì)年產(chǎn)鎳5.4萬(wàn)t;此外，在澳大利亞、印度尼西亞、巴西等國(guó)的一些鎳礦資源的開(kāi)發(fā)也在實(shí)施和研究中，詳情列于表l。
表1 國(guó)外在建的主要紅土鎳礦項(xiàng)目
由于我國(guó)紅土鎳礦資源較少，國(guó)內(nèi)的一些大型企業(yè)看準(zhǔn)時(shí)機(jī)，加大對(duì)國(guó)外紅土鎳礦項(xiàng)目的投資。目前已經(jīng)或正在進(jìn)行的國(guó)外紅土鎳礦項(xiàng)目有：(1)寶鋼集團(tuán)同金川集團(tuán)聯(lián)手，投資l0億美元用于菲律賓諾克島鎳礦資源的開(kāi)發(fā)，菲方的合作伙伴是該礦的業(yè)主Philnico公司;(2)中國(guó)五礦集團(tuán)與古巴合作在Moa建設(shè)年產(chǎn)2.25萬(wàn)t鎳的生產(chǎn)工廠，其中中國(guó)公司持股 49%;(3)中國(guó)有色礦業(yè)集團(tuán)開(kāi)發(fā)緬甸達(dá)貢山鎳礦，該礦的鎳平均品位為2%，約含鎳金屬量70萬(wàn)t;(4)中國(guó)冶金建設(shè)集團(tuán)同吉恩鎳業(yè)公司合作在開(kāi)發(fā)位于巴布亞新幾內(nèi)亞的瑞木鎳礦，該礦的鎳平均品位約l%;(5)中國(guó)金寶礦業(yè)公司與緬甸礦業(yè)部所屬公司簽署了緬甸莫葦塘鎳礦的合作勘探及可行性研究協(xié)議等等。在未來(lái)的紅土礦項(xiàng)目中，濕法項(xiàng)目會(huì)占據(jù)很大的比例，預(yù)計(jì)到2012年，以濕法生產(chǎn)鎳的量占總鎳產(chǎn)量的比例將由目前的62%增長(zhǎng)到80%。
三、紅土鎳礦的濕法冶金技術(shù)的現(xiàn)狀
1、還原焙燒-氨浸工藝(RRAL)
還原焙燒-氨浸工藝是Caron教授發(fā)明的，所以又叫做Caron流程。古巴尼加羅鎳廠用還原焙燒-氨浸法處理高氧化鎂紅土鎳礦已達(dá)半個(gè)多世紀(jì)，適合采用這種氨堿浸出方法處理的礦典型成分為1.4%Ni，8%MgO，14%SiO2?；玖鞒虨榱６刃∮?4μm的礦石放在多膛爐內(nèi)進(jìn)行還原焙燒。紅土礦中的鎳和鈷基本上呈鐵酸鹽形式存在，經(jīng)還原焙燒后，鎳、鈷轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倩蚝辖?。焙砂用?碳酸銨混合溶液浸出，經(jīng)濃密機(jī)處理，溢流為富液，凈化、蒸氨后產(chǎn)出碳酸鎳漿料，經(jīng)回轉(zhuǎn)窯干燥和煅燒后，得到氧化鎳產(chǎn)品，并用磁選法從浸出渣中選出鐵精礦。為此，還原焙燒時(shí)既要使與鐵結(jié)合的鎳和鈷充分還原，又要防止鐵過(guò)分還原。我國(guó)在20世紀(jì)70年代援助阿爾巴尼亞愛(ài)爾巴桑鋼鐵聯(lián)合企業(yè)項(xiàng)目中，首先在.上完成從紅土礦還原焙燒-氨浸提取鎳鈷-浸出渣磁選-鐵精礦煉鋼鐵的研究，并成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
為了提高鎳鉆浸出率，美國(guó)礦物局發(fā)展了還原焙燒-氨浸法處理紅土礦的新流程，簡(jiǎn)稱(chēng)USBM法。該法的要點(diǎn)在于還原焙燒前加入了黃鐵礦(FeS2)進(jìn)行制粒，還原時(shí)用的是純一氧化碳。浸出液用LIX64-N作為萃取劑實(shí)現(xiàn)鈷鎳的分離，整個(gè)系統(tǒng)為閉路循環(huán)，有效地利用了資源。據(jù)報(bào)道，用該法處理含鎳1%、鈷0.2%的紅土礦時(shí)，鎳、鈷的回收率分別為90%和85%。若處理含鎳0.53%和鈷0.06%的低品位紅土礦時(shí)，鈷的回收率亦能達(dá)到76%。與原來(lái)的氨浸工藝相比較，大大提高了鎳鈷的回收率，降低過(guò)程的能耗。