鎳礦資源利用趨勢與處理技術(shù)論文
0前言。
鎳是一種銀白色金屬，具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度高和延展性好等特點[1],被稱為 “工業(yè)維生素 ”,是重要的有色金屬原材料，已廣泛用于不銹鋼、高溫合金鋼、高性能特種鋼、電鍍、電池等關(guān)鍵材料和高新技術(shù)領(lǐng)域。 近年來，隨著不銹鋼、特鋼及其他相關(guān)行業(yè)快速發(fā)展和規(guī)模擴(kuò)張，鎳需求量快速增加，鎳礦資源開發(fā)和利用進(jìn)一步擴(kuò)大。 2009~2013 年，全球鎳礦山產(chǎn)量年均遞增 17.6%.
其中， 印尼占 39%, 菲律賓占 27.7%; 全球原生鎳產(chǎn)量年均遞增10.3%. 2013 年，我國原生鎳產(chǎn)量 71 萬噸，產(chǎn)量占全球比例 36%.
1鎳礦資源現(xiàn)狀及特點。
1.1 世界鎳礦資源現(xiàn)狀及特點。
世界鎳資源儲量十分豐富，在地球中含量僅次于硅、氧、鐵、鎂，居第 5 位，在地核中含鎳最高，是天然鎳鐵合金。 鎳礦在地殼中含量為0.018%. 世界上鎳礦資源分布中紅土鎳礦約占 55%,硫化物型鎳礦占28%,海底鐵錳結(jié)核中的鎳占 17%. 世界鎳儲量主要集中分布在古巴、加拿大、俄羅斯、新喀里多尼亞、印度尼西亞、南非、澳大利亞和中國等，它們約占世界鎳總儲量的 83.55%.2014 年美國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)布數(shù)據(jù)顯示，全球鎳儲量 7400 萬公噸，包括澳大利亞 1800 萬公噸，新喀里多尼亞 1200 萬公噸，巴西 840 萬公噸，巴西 550 萬公噸，印尼 390 萬公噸，中國 300 萬公噸，加拿大 330 公噸等等。 具體數(shù)據(jù)如表 1.
1.2 我國鎳礦資源現(xiàn)狀及特點。
我國紅土鎳礦資源比較缺乏，目前全國紅土鎳礦保有量僅占全部鎳礦資源的 9.6%,其余為硫化鎳礦。 我國硫化鎳礦主要分布在西北、西南和東北的 19 個省份， 其保有儲量占全國總儲量的比例分別為76.8%、12.1%、4.9%. 其中甘肅儲量最多， 占全國鎳礦總儲量的 62%（其中金昌的鎳產(chǎn)提煉規(guī)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%）。 我國三大鎳礦分別為：金川鎳礦、喀拉通克鎳礦、黃山鎳礦。 我國鎳工業(yè)始于 1957 年四川省力馬河鎳礦的開采[2]. 到 90 年代，由于新疆喀拉通克鎳礦、云南金平鎳礦及吉林赤柏松鎳礦的開發(fā)和投產(chǎn)，更使我國鎳工業(yè)發(fā)展上了一個新臺階。我國主要鎳生產(chǎn)廠家有：金川集團(tuán)有限公司，吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司，新疆有色金屬工業(yè)（集團(tuán)）阜康冶煉廠等。其中金川集團(tuán)是我國最大的電解鎳生產(chǎn)商，主要生產(chǎn)鎳、銅、鈷、鉑族貴金屬、有色金屬壓延加工產(chǎn)品、化工產(chǎn)品、有色金屬化學(xué)品等。 目前，金川集團(tuán)年度鎳產(chǎn)量居全球第 4 位，已形成年產(chǎn)鎳 15 萬噸的生產(chǎn)能力。 金川集團(tuán)擁有的金川鎳銅礦是世界著名的大型多金屬共生的硫化礦，探明資源量 5.2 億噸。 目前，金川集團(tuán)保有礦石資源量為 4.3 億噸，其中鎳金屬保有資源量 450 萬噸。 2012 年鎳產(chǎn)量為 13.5 萬噸，2011 年鎳產(chǎn)量為 13 萬噸。
2鎳礦資源利用趨勢。
鎳礦資源中海底鐵錳結(jié)核由于開采技術(shù)及對海洋污染等因素，目前尚未實際開發(fā)。 由于硫化礦提取工藝成熟，目前世界上約 60%的鎳產(chǎn)量來源于硫化鎳礦，但紅土鎳礦有著比硫化鎳礦更大的儲量。 由于硫化鎳礦品位高、容易開采、處理工藝成熟，長期的大量開采使得硫化鎳礦資源已逐漸枯竭，且硫化鎳礦勘探周期和建設(shè)周期較長，繼續(xù)開發(fā)和利用遇到困難[3],最近十多年未見有發(fā)現(xiàn)大型硫化鎳礦的報道 ,為滿足世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展對鎳的需求，普遍已將目光轉(zhuǎn)向開發(fā)紅土鎳礦。 據(jù)統(tǒng)計，可供開發(fā)利用的氧化鎳礦主要是紅土鎳礦，約占世界陸基資源的 72%.紅土鎳礦特點：（1）資源豐富，埋藏淺，易勘探，均為露天開采，采礦成本低；（2）伴生鈷含量高，鈷可以分?jǐn)偛糠宙嚦杀�；�?）紅土鎳礦主要分布于近赤道地區(qū)，產(chǎn)于熱帶、亞熱帶、大多瀕臨海洋，交通運輸方便，便于外運。紅土鎳礦可以生產(chǎn)出氧化鎳、硫鎳、鐵鎳等中間產(chǎn)品，其中硫鎳，氧化鎳可供鎳精煉廠使用，以解決硫化鎳原料不足的問題。
我國紅土鎳礦資源比較缺乏，不僅儲量比較少，且國內(nèi)紅土鎳礦品位比較低，開采成本比較高，這就意味著我國在紅土鎳礦方面并沒有競爭力。我國是鎳消費大國，同時又是貧鎳國，而我國又是不銹鋼產(chǎn)品主產(chǎn)國。 我國不銹鋼消費規(guī)模呈快速增長趨勢，自 2001 年起超過日本、美國居世界第一位，2013 年我國不銹鋼表觀消費量為 1918 萬噸。 我國不銹鋼產(chǎn)量自 2006 年起超越日本，2013 年達(dá)到約 1800 萬噸，占全球產(chǎn)能的 48.3%.300 系列不銹鋼是不銹鋼產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛、用量最大的不銹鋼品種，約占我國不銹鋼產(chǎn)量的 60%. 300 系列不銹鋼生產(chǎn)中， 使用廢鋼與鎳、 鉻鐵合金等的費用約占整個不銹鋼冶煉成本的70%[4]. 占鎳用途 65%的不銹鋼需求增長堅挺。 陸地上鎳礦資源總量中硫化鎳礦和紅土鎳礦的比例約為 3:7, 然而隨著硫化鎳礦日趨枯竭，可供開發(fā)資源的明顯減少，世界未來鎳產(chǎn)量的增加將主要來源于紅土鎳礦資源的開發(fā)，我國硫化鎳礦的年產(chǎn)量以 10%速度遞減。 紅土鎳礦是鎳鐵主要來源，且鎳鐵又是不銹鋼主要原料，鐵鎳更是便于用于制造不銹鋼，降低生產(chǎn)成本[5]. 利用紅土鎳礦生產(chǎn)鎳鐵合金作為不銹鋼生產(chǎn)原料，是保障不銹鋼產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一，不銹鋼行業(yè)發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了紅土鎳礦的開發(fā)和利用。 因此我國每年都需大量進(jìn)口紅土鎳礦來發(fā)展不銹鋼工業(yè)，主要進(jìn)口國家為印尼、澳大利亞和菲律賓等地。未來鎳冶金工業(yè)的發(fā)展主要以紅土鎳礦為原料。目前，世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家，都在積極開發(fā)或準(zhǔn)備開發(fā)紅土鎳礦資源，未來世界鎳產(chǎn)量增加的將主要來源于紅土鎳礦資源的`開發(fā)。
3鎳礦資源處理技術(shù)。
國內(nèi)外紅土鎳礦的典型處理工藝有濕法和火法之分，兩者相對投資相差不大，均取得一定成效。 濕法以加壓酸浸即 AMAX/PAL 技術(shù)工藝為主，紅土型鎳礦的 PAL 技術(shù)可在現(xiàn)場生產(chǎn)出中間產(chǎn)品：氫氧化鎳或硫鎳， 由此可以提供現(xiàn)有鎳精煉廠的擴(kuò)產(chǎn)或解決供料不足的問題，這是目前西方許多鎳公司所采取的經(jīng)營方向。這個經(jīng)營思路值得我國借鑒，但又有別于我國，這主要和我國鎳礦資源缺乏和大量進(jìn)口紅土鎳礦品質(zhì)有關(guān)。 另外，盡管加壓浸取等濕法工藝隨著大型壓力釜制造技術(shù)的成熟也越來越受到重視和應(yīng)用， 但現(xiàn)階段及今后很長一段時間，以 RKEF 法為主的火法處理工藝，在紅土鎳礦開發(fā)中將占主導(dǎo)地位。 其主要是因為濕法工藝適于處理褐鐵礦，適合于在礦山附近就地建廠；火法工藝適于處理硅鎂鎳礦。我國雖有一定量紅土鎳礦，但品位較低，大量紅土鎳礦幾乎全部進(jìn)口；國內(nèi)進(jìn)口的紅土鎳礦是典型硅鎂鎳礦，且我國在紅土鎳礦的工程化方面起步較晚。 隨著硫化礦資源的日益匱乏，鎳產(chǎn)量的擴(kuò)大將主要來源于紅土鎳礦。
我國紅土鎳礦處理方法主要有 RKEF 法、小高爐熔煉法和“燒結(jié)機(jī)-礦熱爐”法。 RKEF 法即中回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原-礦熱爐熔煉[6],具有原料適應(yīng)性強(qiáng)，鎳鐵的品位高，有害元素含量少，節(jié)能環(huán)保，循環(huán)利用等優(yōu)點，該工藝在國際上是比較成熟與先進(jìn)的工藝，我國引進(jìn)較晚，引進(jìn)后根據(jù)我國實際情況，不斷研究與改進(jìn)，目前基本形成了適應(yīng)我國鎳鐵生產(chǎn)的 RKEF 工藝流程， 現(xiàn)階段及今后很長一段時間，RKEF 法處理工藝在紅土鎳礦開發(fā)中將占主導(dǎo)地位， 尤其在我國，RKEF 法將具有更大趨勢和潛力，前景廣闊；小高爐熔煉法即“燒結(jié)機(jī)-高爐”法，是我國處理紅土鎳礦自主研發(fā)的一種冶煉方法，僅適合于生產(chǎn)低鎳生鐵，且對原料的適應(yīng)性差、無法大型化生產(chǎn)，隨著焦炭價位回歸合理、鎳價下跌和環(huán)保政策落實，目前我國的高爐鎳鐵廠大部分已停產(chǎn)；“燒結(jié)機(jī)-礦熱爐”法，雖在我國已有建廠，但僅屬很少幾家，因其冶煉能耗高、效率低、污染大，未能廣泛推廣。
關(guān)于紅土鎳礦火法處理工藝，除在紅土鎳礦預(yù)處理方面有待尋求更好解決辦法外，在環(huán)保和節(jié)能方面仍需進(jìn)一步改進(jìn)，充分考慮利用冶煉工藝還原氣體和余熱作為紅土鎳礦還原工藝過程中的還原劑和供熱源，則可極大降低冶煉成本、減少能源浪費，使得紅土鎳礦冶煉工藝更具經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，也是紅土鎳礦綜合利用的關(guān)鍵所在，也是我國未來紅土鎳礦冶煉工藝的重要舉措。 總體而言，我國在紅土鎳礦的工程化方面很欠缺。 隨著大量紅土鎳礦不斷利用，我國紅土鎳礦工程化進(jìn)程及紅土鎳礦處理技術(shù)也將得到長足發(fā)展。
4結(jié)束語。
世界各國，特別是發(fā)達(dá)國家，都在積極開發(fā)或準(zhǔn)備開發(fā)紅土鎳礦資源，未來世界鎳產(chǎn)量增加將主要來源于紅土鎳礦資源的開發(fā)。RKEF法將成為我國紅土鎳礦處理的主要技術(shù)，開發(fā)和利用紅土鎳礦資源將具有廣闊發(fā)展前景。
【參考文獻(xiàn)】
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