红土镍矿冶炼工艺研究现状及发展

李玉 宋良雨

摘 要：红土镍矿作为未来镍的主要来源，加强红土镍矿工艺研究能够有效解决镍需求量大的问题，对镍工业的发展具有重要的意义。本文首先对世界的镍矿资源现状进、特点行分析，然后对红土镍矿冶炼工艺分别进行分析，希望能够对我国促进镍工业的发展。

关键词：红土；镍矿；冶炼工艺

1 引言

镍是地球上储量比较丰富的一种有色金屬，具有耐腐蚀、熔点高、强磁性等优点，是各种特殊钢、耐热合金、抗腐蚀合金、磁性合金、硬质合金生产的重要原料，被广泛应用于化工、航天、机械制造、建筑、通讯器材等方面。世界上的镍的含量仅次于铁、氧、硅、镁，世界上镍的含量为3%，全球陆地镍储量可达4.7亿吨，是具有战略意义的金属资源，在国民经济发展之中发挥着重要的作用。

2 世界红土镍矿资源现状

2.1 红土镍矿资源分布情况

世界上的镍资源分为硫化矿和氧化矿两大类，氧化镍矿石受到铁的氧化影响，呈红色，因此又称为红土镍矿。硫化镍矿的岩体在风的作用下，经历不断的淋滤、堆积等过程，最后形成地表风化壳性矿床。位于环太平洋的热带和亚热带区域以及赤道线南北30度以内的热带国家红土镍矿资源比较丰富。整个世界已被发现并探明的红土镍矿储量约为126亿t，镍矿含量可达1.61亿吨。世界上的已被探明的红土镍矿资源主要分布于以下国家。

2.2 红土镍矿资源分类和特点

可开采的红土镍矿一般分为三部分，矿床上部的是褐铁矿层，特点是铁含量最高，含量分数为40%～50%，镍含量比较低，含量分数只有0.8%～1.5%；矿床下部的是腐殖土层（镁质矿），特点是硅、镁含量较高，含量分数分别为30%～50%和15%～35%，镍含量相比矿床上部较高（含量分数达1.8%～3%）；中间是过渡层，其中镍含量分数1.5%～1.8%。红土镍矿的矿物类型由断面所决定，如果按所含矿物的类型来进行划分，红土镍矿又可分为：褐铁矿型和硅镁镍矿型两大类，需要采取不同的工艺进行提取。

3 红土镍矿冶炼工艺

随着科技的发展，红土镍矿冶炼工艺越来越多，本文主要介绍火法工业和湿法工艺。

3.1 火法工艺

目前在用的镍红土矿的火法处理工艺主要有还原硫化熔炼生产镍锍以及还原熔炼生产镍铁两种工艺。

第一，镍锍工艺。

镍锍是由人工熔合而成的简单硫化物。利用红土镍矿生产高镍锍需要将电炉熔炼炉温控制在1500℃～1600℃，由于红土镍矿本身是以氧化镍形式的存在，在进行处理时需要配入石膏、黄铁矿等含硫料作为硫化剂，其中石膏是最为常用的一种硫化剂，熔炼后产生低镍锍，最后低镍锍经过转炉吹炼处理生产出高镍锍。下面是矿石、焦炭、石膏及石灰石组成的物料的反应过程：

NiO+CO=Ni+CO，

3Fe203+CO=2Fe304+C02

Fe304+CO=3FeO+C02

FeO+CO=Fe+C02

FeO+C=Fe+CO

C+CO=2CO

还原过程存在大量的CO，促使硫酸钙被直接被还原成硫化钙

CaS04+4CO=CaS+4CO，

硫化钙与铁和镍的氧化物进一步反应生成镍锍

CaS+NiO=NiS+CaO

CaS+FeO=FeS+CaO

提炼出来的产品高镍锍经过焙烧脱硫后就是不锈钢生产的原料或者是常压羰基法精炼镍的原料用于生产镍丸和镍粉或直接铸造成阴极镍销售给硫化镍电解精炼厂。世界上最具有代表性的高镍锍的工厂分别是位于法国的新喀里多尼亚多尼安博冶炼厂以及位于印度尼西亚的苏拉威西·梭罗阿科冶炼厂。

第二，镍铁工艺，还原熔炼制备镍铁工艺是最常用的一种火法处理红土镍矿的方法。在冶炼过程中，需要先将矿石进行粉碎处理，大小在50mm～150mm范围内，然后将经预干燥后的矿石送入温度为700℃的锻烧回转窑中，分别进行干操、预热和煅烧三个步骤后得到焙砂，再次，将焙砂转入含有有粒度为10mm～30mm的挥发性煤的温度控制在1000℃的电炉或高炉中，还原熔炼后形成出粗镍铁合金，最后再通过吹炼冶炼一种叫镍铁合金的产品，可直接用作合金钢的原料或者铸成粗镍阳极进行电解精炼获得电镍。

3.2 湿法工艺

由于红土镍矿中含有较高的铜、钴，为了提高红土镍矿的利用率以及降低冶炼过程中的能源消耗量，需要使用湿法工艺来进行处理。

第一，还原焙烧一常压氨浸工艺。还原焙烧能够最大限度地将镍及氧化镍还原成金属镍，同时通过反应条件的控制还可以将铁氧化物还原成金属铁。氨浸工艺是根据镍、钴能与氨络合而溶于溶液中特性，而其它杂质滞留在渣中，并选择性的将镍、钴浸出。具体操作是将红土矿先进行干燥和磨细预处理后，然后将温度控制在600℃～700℃之间进行还原焙烧处理，矿石中的Fe2O3还原成Fe304，镍、钴氧化物被还原成为金属，以合金的形式存在，镍钴铁合金需要在溶液常压下采用NH3-（NH4）2CO3溶液进行三段逆流氨浸，浸出时金属镍和钴在NH3和CO2的作用下转化为镍氨和钴氨络合物转入浸出液；最后用浓密机对含镍、钴的浸出液进行液固分离，上清液送除铁和蒸氨工序处理，使镍钴氨络合物分解成碱式碳酸镍和氢氧化钴沉淀析出，并将氨和二氧化碳回收并进入浸出系统；矿浆采用洗涤送湿式磁选的方式进行处理以提高其含铁品位，作为炼铁的原料；碱式碳酸镍可以进行煅烧处理得到NiO或者采用碳酸铵溶液进行溶解，再用高压氢将净化液还原制备镍粉，整个生产过程回收率的高低主要取决于镍还原率的高低。

第二，高压酸浸工艺。高压酸浸工艺主要用于处理低镁（铝）高铁类型的红土镍矿，已经拥有很久的使用历史。具体操作是将红土镍矿制备成矿浆，然后将矿浆放置到到250℃～270℃、4MPa～5MPa高温高压反应釜中，与硫酸混合反应使镍、铁、铝、硅等元素溶解，通过控制溶液的pH，使铁、铝等杂质元素水解沉淀到渣中，最后对溶液中的镍元素进行硫化氢沉淀，达到镍与矿石分离的目的。

第三，碱浸工艺。碱浸工艺是将红土镍矿浸入高浓度的碱溶液中，碱浓度85%，镍、铁不会产生反应，碱溶液与镍矿里面的硅和铝元素进行反应，矿石中的部分杂质被去除，从而实现镍的富集。具体是将红土镍矿与固体NaOH按照一定比例放入反应釜中，加水溶解后，将溶液加热到指定的温度，加热温度为200℃，并不停的搅拌使其充分反应，一段时间后固液便会分离。一般情况下，在固液比为1：5的条件下，反应时间90min，镍回收率可达80%。

4 结束语

随着科学技术的发展，红土镍矿冶炼工艺也不断的更新，许多新兴工艺不断出现，例如：有真菌衍生物有机酸浸出、异样微生物直接浸出工艺以及微波技术的应用，不断提高红土镍矿冶炼效率和质量，为红土镍矿冶炼事业的发展奠定了坚实的基础。

参考文献：

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