紅土鎳礦的提取技術及冶煉方法
發布時間：2018-10-11 00:09:33發布作者：鄭礦機器
目前世界上氧化鎳礦的處理工藝歸納起來大致有三種，即火法工藝、濕法工藝和火濕法結合工藝。火法工藝還可以按其產出的產品不同分為還原熔煉生產鎳鐵的工藝和還原硫化熔煉生產鎳锍的工藝；濕法工藝可以按其浸出溶液的不同分為氨浸工藝和酸浸工藝；火濕法結合工藝是指氧化鎳礦經還原焙燒后采用選礦方法選出有用產品的工藝。
一、火法工藝
（一）還原熔煉生產鎳鐵
火法處理工藝中世界上用得*多的是還原熔煉生產鎳鐵。目前，至少有14家工廠使用還原熔煉法處理氧化鎳礦生產鎳鐵。鎳鐵年產量（含鎳計）在25萬噸左右，大都采用電爐熔煉，采用鼓風爐熔煉的只有幾個規模較小的工廠。
電爐熔煉生產鎳鐵的工藝則適合處理各種類型的氧化鎳礦，生產規模則可依據原料的供應情況、礦石的貯量等決定，可大可小，對入爐爐料的粒度也沒有嚴格的要求，粉料以及較大塊料都可直接處理。電爐熔煉生產鎳鐵的*缺點就是能耗大。
鼓風爐熔煉生產鎳鐵其優點是投資小、能耗較低，適合生產規模小、電力供應困難以及氧化鎳礦含鎳低的地區。它的缺點是對礦石適應性差、對鎂含量有較嚴格的要求，另外也不能處理粉礦、對入爐爐料也有嚴格要求。
（二）還原硫化熔煉生產鎳锍
還原硫化熔煉處理氧化鎳礦生產鎳锍的工藝*早用來處理氧化鎳礦，早在上世紀二三十年代就得到了應用，當時采用的都是鼓風爐熔煉。該工藝與鼓風爐還原熔煉生產鎳鐵的工藝存在相同的缺點。上世紀70年代以后建設的大型工廠均采用了電爐熔煉的技術處理氧化鎳礦生產鎳锍。目前，幾個*大的、年產鎳量大于4萬噸的工廠分別在印度尼西亞和新喀里多尼亞。全世界由氧化鎳礦生產鎳锍的鎳量在12萬噸左右。
還原硫化熔煉的硫化劑可供選擇的有黃鐵礦、石膏、硫磺和含硫的鎳原料。采用硫磺作硫化劑的優點是簡單易行，而且對熔煉過程不產生負面影響（即不影響渣成分、不影響處理能力、不增加電耗），但它價格較貴，硫的有效利用率不高，而且要有一套硫磺熔化和輸送噴灑的設施。國際鎳公司（INCO）所屬的印度尼西亞、新喀里多尼亞的工廠均采用硫磺作硫化劑。將硫磺熔化后有控制地噴灑在回轉窯焙燒出來的尚處于一定溫度下的焙砂上，使鐵、鎳轉化為硫化物，而后送入電爐熔煉生產低鎳锍。據說其硫磺的來源是火山口的天然硫磺，其價格較低。
采用還原硫化熔煉處理氧化鎳礦生產鎳锍的工藝，其產品高鎳锍具有很大的靈活性：經焙燒脫硫后的氧化鎳可直接還原熔煉生產用于不銹鋼工業的通用鎳；也可以作為常壓羰基法精煉鎳的原料生產鎳丸和鎳粉；由于高鎳锍中不含銅，還可以直接鑄成陽*板送硫化鎳電解精煉的工廠生產陰*鎳。總之，可以進一步處理，生產各種形式的鎳產品，并可以回收其中的鈷。
二、濕法工藝
（一）氨浸法（Caron法）
濕法工藝處理氧化鎳礦的工業始于上世紀40年代。*早采用的是氨浸工藝，即氧化鎳礦經干燥和還原焙燒后進行多段常壓氨浸出，其代表性的工廠是美國建設的古巴尼加羅鎳廠。氨浸法處理氧化鎳礦，其產品可以是鎳鹽、氨浸法處理工藝不適合處理含銅和含鈷高的氧化鎳礦以及硅鎂鎳燒結鎳、鎳粉、鎳塊等。型（新喀里多尼亞）的氧化鎳礦，只適合于處理表層的紅土礦，這就*大地限制了氨浸工藝的發展。此外，氨浸工藝鎳鈷回收率偏低，全流程鎳回收率僅為75～80％，鈷約為40～50%。到目前為止，世界上只有四家工廠采用氨浸法處理氧化鎳礦，而且都是在上世紀70年代以前建設的，三十多年來沒有一家新建工廠采用氨浸工藝。
（二）酸浸法
在250～270℃，4～5 MPa的高溫高壓條件下，用稀硫酸將鎳、鈷等有價金屬和鐵、鋁礦物一起溶解，在隨后的反應中，控制一定的pH值等條件，使鐵、鋁和硅等雜質元素水解進入渣中，鎳、鈷選擇性進入溶液，從溶液中采用溶劑萃取、硫化沉淀等技術回收。
酸浸法工藝處理氧化鎳礦的工業生產始于上世紀的50年代。當時代表性的工廠是古巴毛阿鎳冶煉廠，它也是由美國設計建設的。酸浸工藝適合于處理低鎂含量的氧化鎳礦，礦石中鎂含量過高會增加酸的消耗，提高操作成本，對工藝過程也會帶來影響。如果礦石中的鈷含量高，更適合采用酸浸工藝，不僅鈷的浸出率比氨浸工藝高，而且由于鉆的價值比鎳高，使酸浸工藝的單位生產成本大幅度降低。雖然高壓酸浸鎳浸出率可達90%以上，但由于酸浸工藝也受到礦石條件的制約，目前世界上采用酸浸法處理氧化鎳礦的工廠只有三家，且由于高溫高壓的處理條件對設備要求苛刻，運轉均不十分正常。總體而言，酸浸工藝發展尚不成熟。
三、火濕法結合工藝
火法－濕法相結合的工藝處理氧化鎳的工廠，目前世界上只有日本冶金（Nippon Yakim）公司的大江山冶煉廠（Oyama Smelter）。主要工藝過程為：原礦磨細與粉煤混合制團，團礦經干燥和高溫還原焙燒，焙燒礦團再磨細，礦漿進行選礦（重選和磁選）分離得到鎳鐵合金產品。該工藝的*大特點是生產成本低，能耗中的85%能源由煤提供，噸礦耗煤160-180kg。而火法工藝電爐熔煉的能耗80%以上由電能提供，噸礦電耗560-600 kWh，兩者能耗成本差價很大，按照目前國內市場的價值計算，兩者價格相差3-4倍。但是該工藝存在的問題還比較多，大江山冶煉廠雖經多次改進，工藝技術仍不夠穩定，經過幾十年其生產規模仍停留在年產鎳1萬t左右。該工藝的技術關鍵是還原焙燒過程的溫度控粉煤與礦石混合和制等。從節能、低成本和綜合利用（處理低品位氧化鎳礦）鎳資源的角度出發，這一工藝是值得進一步研究和推廣的。俄羅斯的研究人員對烏拉爾氧化鎳礦采用離析焙燒進行浮選或磁選等方面進行了試驗研究后認為，它是目前*能降低成本，節約能源和增加鎳產量的方法，適合于處理任何類型的氧化鎳礦。
火法工藝處理氧化鎳礦生產鎳鐵合金具有流程短、效率高等優點，但能耗較高，其操作成本中的*大構成項是能源消耗，如采用電爐熔煉，僅電耗就約占操作成本的50%，再加上氧化鎳礦熔煉前的干燥、焙燒預處理工藝的燃料消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65%以上，用火法工藝處理中低品位的鎳紅土礦由于冶煉礦石量大能耗高，冶煉成本較高，所以目前火法工藝主要處理高品位的鎳紅土礦。目前處理中低品位鎳紅土礦的主要方法是濕法工藝，雖然成本上比火法低，但濕法處理氧化鎳礦工藝復雜、流程長、工藝條件對設備要求高。綜上所述，解決火法工藝能耗高的難題以及開發新的濕法工藝處理中低品位鎳紅土礦將是今后鎳冶煉的發展方向。
