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镍矿资源利用趋势与处理技术

时间:2016-01-20 来源:未知 作者:学术堂 本文字数:3565字
摘要

  0前言。

  镍是一种银白色金属,具有抗腐蚀、抗氧化、耐高温、化学稳定性好、机械强度高和延展性好等特点[1],被称为 “工业维生素 ”,是重要的有色金属原材料,已广泛用于不锈钢、高温合金钢、高性能特种钢、电镀、电池等关键材料和高新技术领域。 近年来,随着不锈钢、特钢及其他相关行业快速发展和规模扩张,镍需求量快速增加,镍矿资源开发和利用进一步扩大。 2009~2013 年,全球镍矿山产量年均递增 17.6%.

  其中, 印尼占 39%, 菲律宾占 27.7%; 全球原生镍产量年均递增10.3%. 2013 年,我国原生镍产量 71 万吨,产量占全球比例 36%.

  1镍矿资源现状及特点。

  1.1 世界镍矿资源现状及特点。

  世界镍资源储量十分丰富,在地球中含量仅次于硅、氧、铁、镁,居第 5 位,在地核中含镍最高,是天然镍铁合金。 镍矿在地壳中含量为0.018%. 世界上镍矿资源分布中红土镍矿约占 55%,硫化物型镍矿占28%,海底铁锰结核中的镍占 17%. 世界镍储量主要集中分布在古巴、加拿大、俄罗斯、新喀里多尼亚、印度尼西亚、南非、澳大利亚和中国等,它们约占世界镍总储量的 83.55%.2014 年美国地质调查局发布数据显示,全球镍储量 7400 万公吨,包括澳大利亚 1800 万公吨,新喀里多尼亚 1200 万公吨,巴西 840 万公吨,巴西 550 万公吨,印尼 390 万公吨,中国 300 万公吨,加拿大 330 公吨等等。 具体数据如表 1.

  1.2 我国镍矿资源现状及特点。

  我国红土镍矿资源比较缺乏,目前全国红土镍矿保有量仅占全部镍矿资源的 9.6%,其余为硫化镍矿。 我国硫化镍矿主要分布在西北、西南和东北的 19 个省份, 其保有储量占全国总储量的比例分别为76.8%、12.1%、4.9%. 其中甘肃储量最多, 占全国镍矿总储量的 62%(其中金昌的镍产提炼规模居全球第二位 ),其次是新疆(11.6%)、云南(8.9%)、吉林(4.4%)、湖北(3.4%)和四川(3.3%)。 我国三大镍矿分别为:金川镍矿、喀拉通克镍矿、黄山镍矿。 我国镍工业始于 1957 年四川省力马河镍矿的开采[2]. 到 90 年代,由于新疆喀拉通克镍矿、云南金平镍矿及吉林赤柏松镍矿的开发和投产,更使我国镍工业发展上了一个新台阶。我国主要镍生产厂家有:金川集团有限公司,吉林吉恩镍业股份有限公司,新疆有色金属工业(集团)阜康冶炼厂等。其中金川集团是我国最大的电解镍生产商,主要生产镍、铜、钴、铂族贵金属、有色金属压延加工产品、化工产品、有色金属化学品等。 目前,金川集团年度镍产量居全球第 4 位,已形成年产镍 15 万吨的生产能力。 金川集团拥有的金川镍铜矿是世界着名的大型多金属共生的硫化矿,探明资源量 5.2 亿吨。 目前,金川集团保有矿石资源量为 4.3 亿吨,其中镍金属保有资源量 450 万吨。 2012 年镍产量为 13.5 万吨,2011 年镍产量为 13 万吨。

  2镍矿资源利用趋势。

  镍矿资源中海底铁锰结核由于开采技术及对海洋污染等因素,目前尚未实际开发。 由于硫化矿提取工艺成熟,目前世界上约 60%的镍产量来源于硫化镍矿,但红土镍矿有着比硫化镍矿更大的储量。 由于硫化镍矿品位高、容易开采、处理工艺成熟,长期的大量开采使得硫化镍矿资源已逐渐枯竭,且硫化镍矿勘探周期和建设周期较长,继续开发和利用遇到困难[3],最近十多年未见有发现大型硫化镍矿的报道 ,为满足世界经济发展对镍的需求,普遍已将目光转向开发红土镍矿。 据统计,可供开发利用的氧化镍矿主要是红土镍矿,约占世界陆基资源的 72%.红土镍矿特点:(1)资源丰富,埋藏浅,易勘探,均为露天开采,采矿成本低;(2)伴生钴含量高,钴可以分摊部分镍成本;(3)红土镍矿主要分布于近赤道地区,产于热带、亚热带、大多濒临海洋,交通运输方便,便于外运。红土镍矿可以生产出氧化镍、硫镍、铁镍等中间产品,其中硫镍,氧化镍可供镍精炼厂使用,以解决硫化镍原料不足的问题。

  我国红土镍矿资源比较缺乏,不仅储量比较少,且国内红土镍矿品位比较低,开采成本比较高,这就意味着我国在红土镍矿方面并没有竞争力。我国是镍消费大国,同时又是贫镍国,而我国又是不锈钢产品主产国。 我国不锈钢消费规模呈快速增长趋势,自 2001 年起超过日本、美国居世界第一位,2013 年我国不锈钢表观消费量为 1918 万吨。 我国不锈钢产量自 2006 年起超越日本,2013 年达到约 1800 万吨,占全球产能的 48.3%.300 系列不锈钢是不锈钢产品中应用最广泛、用量最大的不锈钢品种,约占我国不锈钢产量的 60%. 300 系列不锈钢生产中, 使用废钢与镍、 铬铁合金等的费用约占整个不锈钢冶炼成本的70%[4]. 占镍用途 65%的不锈钢需求增长坚挺。 陆地上镍矿资源总量中硫化镍矿和红土镍矿的比例约为 3:7, 然而随着硫化镍矿日趋枯竭,可供开发资源的明显减少,世界未来镍产量的增加将主要来源于红土镍矿资源的开发,我国硫化镍矿的年产量以 10%速度递减。 红土镍矿是镍铁主要来源,且镍铁又是不锈钢主要原料,铁镍更是便于用于制造不锈钢,降低生产成本[5]. 利用红土镍矿生产镍铁合金作为不锈钢生产原料,是保障不锈钢产业可持续发展的有效途径之一,不锈钢行业发展,进一步促进了红土镍矿的开发和利用。 因此我国每年都需大量进口红土镍矿来发展不锈钢工业,主要进口国家为印尼、澳大利亚和菲律宾等地。未来镍冶金工业的发展主要以红土镍矿为原料。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,未来世界镍产量增加的将主要来源于红土镍矿资源的开发。

  3镍矿资源处理技术。

  国内外红土镍矿的典型处理工艺有湿法和火法之分,两者相对投资相差不大,均取得一定成效。 湿法以加压酸浸即 AMAX/PAL 技术工艺为主,红土型镍矿的 PAL 技术可在现场生产出中间产品:氢氧化镍或硫镍, 由此可以提供现有镍精炼厂的扩产或解决供料不足的问题,这是目前西方许多镍公司所采取的经营方向。这个经营思路值得我国借鉴,但又有别于我国,这主要和我国镍矿资源缺乏和大量进口红土镍矿品质有关。 另外,尽管加压浸取等湿法工艺随着大型压力釜制造技术的成熟也越来越受到重视和应用, 但现阶段及今后很长一段时间,以 RKEF 法为主的火法处理工艺,在红土镍矿开发中将占主导地位。 其主要是因为湿法工艺适于处理褐铁矿,适合于在矿山附近就地建厂;火法工艺适于处理硅镁镍矿。我国虽有一定量红土镍矿,但品位较低,大量红土镍矿几乎全部进口;国内进口的红土镍矿是典型硅镁镍矿,且我国在红土镍矿的工程化方面起步较晚。 随着硫化矿资源的日益匮乏,镍产量的扩大将主要来源于红土镍矿。

  我国红土镍矿处理方法主要有 RKEF 法、小高炉熔炼法和“烧结机-矿热炉”法。 RKEF 法即中回转窑干燥预还原-矿热炉熔炼[6],具有原料适应性强,镍铁的品位高,有害元素含量少,节能环保,循环利用等优点,该工艺在国际上是比较成熟与先进的工艺,我国引进较晚,引进后根据我国实际情况,不断研究与改进,目前基本形成了适应我国镍铁生产的 RKEF 工艺流程, 现阶段及今后很长一段时间,RKEF 法处理工艺在红土镍矿开发中将占主导地位, 尤其在我国,RKEF 法将具有更大趋势和潜力,前景广阔;小高炉熔炼法即“烧结机-高炉”法,是我国处理红土镍矿自主研发的一种冶炼方法,仅适合于生产低镍生铁,且对原料的适应性差、无法大型化生产,随着焦炭价位回归合理、镍价下跌和环保政策落实,目前我国的高炉镍铁厂大部分已停产;“烧结机-矿热炉”法,虽在我国已有建厂,但仅属很少几家,因其冶炼能耗高、效率低、污染大,未能广泛推广。

  关于红土镍矿火法处理工艺,除在红土镍矿预处理方面有待寻求更好解决办法外,在环保和节能方面仍需进一步改进,充分考虑利用冶炼工艺还原气体和余热作为红土镍矿还原工艺过程中的还原剂和供热源,则可极大降低冶炼成本、减少能源浪费,使得红土镍矿冶炼工艺更具经济性和环保性,也是红土镍矿综合利用的关键所在,也是我国未来红土镍矿冶炼工艺的重要举措。 总体而言,我国在红土镍矿的工程化方面很欠缺。 随着大量红土镍矿不断利用,我国红土镍矿工程化进程及红土镍矿处理技术也将得到长足发展。

  4结束语。

  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,未来世界镍产量增加将主要来源于红土镍矿资源的开发。RKEF法将成为我国红土镍矿处理的主要技术,开发和利用红土镍矿资源将具有广阔发展前景。

  【参考文献】

  [1]李武兰,秦小三,刘长勇。红土镍矿原料的综合处理[J].铁合金,2012-8-28:17-19.

  [2]李小明,白涛涛,赵俊学,等。红土镍矿冶炼工艺研究现状及进展[J].材料导报,2014,05:112-116.

  [3]隋亚飞,曾尚武,卢翔,等。创新利用低成本红土镍矿开发系列高性能耐腐蚀高材[N].世界金属导报,2015-01-13(B16)。

  [4]储少军,李忠思,陈佩仙,等。镍铁水为主要原料的 300 系列不锈钢初炼工艺技术探讨[J].铁合金,2012-2-28:20-24.

  [5]幸涛。转炉流程铜镍氧化物直接合金化炼钢基础研究[D].武汉科技大学,2010.

  [6]秦丽娟,赵景富,孙镇,等。红土镍矿 RKEF 法工艺进展 [J].有色矿冶 ,2012,02:34-39.

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