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世界红土镍矿资源开发及其湿法冶金技术的进展

编辑:管理员    发布时间:2016/8/4 17:26:57

世界红土镍矿资源开发及其湿法冶金技术的进展

摘要:随着硫化镍矿资源日趋枯竭,高效开发占全球镍资源72%的红土镍矿日益迫切。先容了世界红土镍矿资源的特点、国内外的开发现状,并阐述了其传统湿法生产工艺及进展;认为硫酸加压酸浸、堆浸和生物浸出等工艺因具有浸出率高、成本低、环境污染少等优点,是红土镍矿湿法冶金技术的重要发展方向。


    按照地质成因来划分,镍矿床主要有两类:岩浆型硫化镍矿和风化型红土镍矿,其中红土镍矿资源储量占全球镍资源的72%。近年来,由于不锈钢行业的带动,全世界镍需求量在不断上升,2008年我国不锈钢产能达到1 000万吨,而实际产量仅为535万吨,镍供应不足是重要原因之一。

    目前约有60%的镍从硫化矿中提取,而硫化矿资源急剧减少,品位下降,开采深度增加,开采难度加大,成本升高。红土镍矿资源具有勘查、采矿成本低,可以直接生产氧化镍、镍梳、镍铁等产品的优点,因此,高效开发红土镍矿资源显得十分迫切。在20世纪50年代,从红土镍矿中提取镍金属仅占世界镍产量的10%;而到了2008年,该比例则达到45%约51万吨。预计到2012年,该比例将增长到51%。

红土镍矿生产镍的工艺可以简单地分为火法和湿法两种。火法工艺由于冶炼过程中能耗高、成本高等原因,所以目前主要用于处理高品位的红土镍矿。湿法工艺虽然存在着工艺复杂、流程长、对设备要求高等问题,但它与火法相比,具有能耗低、金属回收率高等优势。特别是湿法工艺发展的几十年来,加压浸出技术的进步和新的湿法流程的出现,使红土镍矿开发利用重心由火法转为湿法。

1世界红土镍矿资源分类和特点

氧化镍矿床的上部为褐铁型红土矿,适合于湿法工艺处理;下部为镁质硅酸镍矿蛇纹岩为主再适合用火法工艺处理。中间过渡段同时适于两种方法。据估计,适合用湿法处理的红土镍矿储量蝎铁矿、绿脱石、蒙脱石提适合火法帷镁镍矿、腐殖矿的两倍多。

    随着红土镍矿资源的不断开发利用,人们对其利用性能和类型又有了新的认识:一类称为“湿型”主要分布于近赤道地区,如新喀里东尼亚、印尼、菲律宾、巴布亚新几内亚和加勒比海地区,其品位较高,粘土少,易于处理;另一类称为“干型”主要分布于距赤道较远的南半球大陆,其成分复杂,粘土含量高,不易处理。

    虽然红土镍矿有不同类型之分,但从总体上来看,它们都具有以下特点:

    (1冶镍1.-- 3 0 o,品位较低且组成比硫化镍矿复杂得多,很难通过选矿获得较高(6%以上)的镍精矿,同时含镍太低也难以直接用简单的冶金工艺富集;

    (2减分含量波动大,不仅镍等有价元素的含量变化大,而且脉石成分如SQMFeaQ、树Q和水分波动也很大,即使是在同一矿床,红土矿成分(N,i Cp F吓口M}噜地随着矿层的深度而不断变化;

    (3)矿石中仅伴生有少量的钻,无硫,无热值;

    (4)矿石储量大,而且赋存于地表,易采,可露天操作,具有开发的优越条件。2世界红土镍矿的开发现状

    以新喀里多尼亚红土矿开发为标志,从红土矿中生产金属镍迄今已经有100多年的历史了。近年来,由于不锈钢行业对镍的巨大需求,很多产镍大国都积极加大对红土矿的开发利用。较有影响的有菲律宾住友压井企业2005年开始的Cowl Ba顺目;2007Incc新喀里多尼亚正式启动的(ion镍项目,预计年产镍5. 4万吨;此外,在澳大利亚、印度尼西亚、巴西等国的一些镍矿资源的开发也在实施和研究中,详情见表1

 

 

 

由于我国红土镍矿资源较少,国内的一些大型企业看准时机,加大对国外红土镍矿项目的投资。目前已经或正在进行的国外红土镍矿项目有:(1)宝钢集团同金川集团联手,投资10亿美金用于菲律宾诺诺克岛镍矿资源的开发,菲方的合作伙伴是该矿的业主Ph iln i}讼司;C2)中国五矿集团与古巴合作在Mo健设年产2. 25万吨镍的生产工厂,其中中国企业持股490 o;  (3中国有色矿业集团开发缅甸达贡山镍矿,该矿的镍平均品位为20 o,约含镍金属量70万吨;(4)中国冶金建设集团同吉林镍业企业合作在开发位于巴布亚新几内亚的瑞木镍矿,该矿的镍平均品位约1%5中国金宝矿业企业与缅甸矿业部所属企业签署了缅甸莫苇塘镍矿的合作勘探及可行性研究协议等等。

3红土镍矿的湿法冶金技术的现状

3. 1还原焙烧一氨浸工艺RRAL

    还原焙烧一氨浸工艺是教授发明的。古巴尼加罗镍厂用还原焙烧一氨浸法处理高氧化镁红土镍矿已达半个多世纪,适合采用这种氨碱浸出方法处理的矿典型成分为1.N,ig0o  M1SQ。基本流程为:9叫小于200目的矿石放在多膛炉内进行还原焙烧。红土矿中的镍和钻基本上呈铁酸盐形式存在,经还原焙烧后,镍、钻转变为金属或合金。焙砂用氨一碳酸按混合溶液浸出,经浓密机处理,溢流为富液,净化、蒸氨后产出碳酸镍浆料,经回转窑干燥和锻烧后,得到氧化镍产品,并用磁选法从浸出渣中选出铁精矿。为此,还原焙烧时既要使与铁结合的镍和钻充分还原,又要防止铁过分还原。我国在20世纪70年代援助阿尔巴尼亚爱尔巴桑钢铁联合企业项目中,首先在世界上完成从红土矿还原焙烧一氨浸提取镍钻一浸出渣磁选一铁精矿炼钢铁的研究,并成功地应用于工业生产。

    为了提高镍钻浸出率,美国矿物局发展了还原焙烧一氨浸法处理红土矿的新流程,该法的要点在于还原焙烧前加入了黄铁矿(FeS2)进行制粒,还原时用的是纯CO2浸出液用LIX64-N作为萃取剂实现钻镍的分离,整个系统为闭路循环,有效地利用了资源。据报道’Ion,用该法处理含镍1%、钴0. 2%的红土矿时,镍、钻的回收率分别为9叫和850 o。若处理含镍0. 53%和钻0. 06%酬的低品位红土矿时,钻的回收率亦能达到760 o。与原来的氨浸工艺相比较,大大提高了镍钻的回收率,降低了过程的能耗。

3. 2硫酸加压酸浸工艺(HRAI

    硫酸加压酸浸工艺适合处理含氧化镁低的褐铁矿型红土矿,此流程最大的优势在于金属的回收率都能达到90%以上。加压酸浸法的原则工艺流程如图1所示

 

 

   采用加压酸浸新工艺的红土矿开发项目陆续投入生产运营,引起很大的关注。这三个工艺中的酸性加压浸出技术与古巴莫奥企业生产中应用的工艺相近,只不过用卧式高压釜取代了莫奥企业的立式高压釜而已。然而,回收步骤却有以下区别:

    (1),混合氢氧化物是从高压浸出液中沉淀出来的,然后用氨浸出它们,接着再进行溶剂萃取和电积。

    (2),用H2S从高压浸出液中沉淀出混合硫化物,然后在有氧条件下浸出硫化物,接着再进行溶剂萃取、氢还原、压片等作业。

    (3),直接对高压浸出液进行溶剂萃取和电积。

    这三个红土型镍厂的资源、年产量、达产率以及设计产能见表2从表2可以看出,澳大利亚这三个红土矿HPAI项目的进程并不十分令人满意。。

 

 

 

 

    这三个项目在技术、机械设计以及成本计算上存在着不少的问题,如设备选材不当、配套脱节等等。尽管这三个项目没有达到所希望的目标,但它们的建立为今后的加压酸浸技术的发展提供了宝贵的经验。

    由于约70%的红土矿资源是褐铁矿型的,高压酸浸技术受到了最大的关注,在技术上得到了很多的改进。从1998年以来,几家大企业,包括澳大利亚必和必拓企业(BHPB、巴西国有矿业企业((八月召))、加拿大的鹰桥企业(Fa lconb rage)等都进行了技术开发项目。BHPI讼司和(URI讼司都倾向于用新流程生产混合硫化物或氢氧化物。lnc啥司采用了两步溶剂萃取法,镍从硫酸介质转入盐酸介质,然后将溶液高温水解,得到氧化镍产品和盐酸,盐酸可循环利用。

S Lakefilelc企业研究出一种高压酸浸方案,其特点为,在高压釜内加入元素硫和氧,就地产生硫酸。这可使矿浆进入高压釜前的预热变得没有必要,从而显著节约设备成本。

3.3其它湿法流程

    (1)常压浸出(AL):适合处理那些铁含量低和镁含量高的红土型镍矿石。尽管该工艺投资不是很大,适合小规模生产,但是要解决大量含镁废水的排放问题。目前SkY喷源企业正在研究用于开发危地马拉红土矿矿床的常压浸出法,该法把褐铁矿浸出后的剩余酸和以针铁矿形式沉淀后释放的酸用于浸出大量的腐殖土组分。

    (2)堆浸:主要适合于腐殖土矿。大量的研究结果表明,采用堆浸技术,3个月内镍的浸出率可以达到75%以上,钻的浸出率可达到60%以上。欧洲镍企业(European }Ticke目前正在土耳其进行大规模堆浸试验,有望建成世界上第一座采用堆浸技术提取镍和钻的工厂。

    (3)微波烧结一加压浸出法:将红土矿进行微波烧结以破坏矿物晶格,再在低温下加压浸出,使铁离子以赤铁矿的形式析出沉淀,达到强化浸出、降低高压酸浸温度和压力的目的。

      (4)化离析一氨浸:在矿石中加入一定量的炭质还原剂和氯化剂氯化钠或氯化钙久在中性或弱还原性的气氛下加热,使有价金属从矿石中氯化挥发,并同时在炭粒表面还原成金属颗粒。随后焙砂直接氨浸。采用此法处理元江贫氧化镍矿,试验结果为:镍浸出率大于80%,钻浸出率大于50%。

4.红土镍矿湿法冶金的发展方向

    预计到2012年,以湿法生产镍的量占总镍产量的比例将由目前的6%增长到8%。其中硫酸加压酸浸法和一些新的湿法流程如酸堆浸、细菌浸出将成为红土镍矿湿法冶金的主要工艺,这是因为:

    (1)硫酸加压酸浸法金属浸出率高,在技术、经济等方面都较火法和氨浸法有优势。

    (2)酸堆浸工艺适合处理低品位红土型镍矿,它可以从矿石中直接获取镍产品,进而解决镍精炼厂原材料供给不足的问题。一般情况下,它的生产成本明显低于传统的火法流程,从经济上看也具有优越性。

    (3)微生物浸出红土镍矿具有设备简单、操作方便、投资少、成本低、有利于综合利用和保护环境等特点,也将成为红土镍矿生产中非常有前景的方法。

    但是这些工艺自身也存在很多问题,如传统的硫酸加压酸浸法一次性投入设备资金大,原料选择范围较窄,固液废弃物太多,污染环境;酸堆浸还不成熟,仍处在试验阶段;微生物浸出也存在着微生物培养成本高、有机酸不能循环等等问题。因此,进一步完善加压酸浸工艺和开发新的湿法流程将是未来红土镍矿发展的方向。

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