李玉 宋良雨

摘 要：紅土鎳礦作為未來鎳的主要來源，加強(qiáng)紅土鎳礦工藝研究能夠有效解決鎳需求量大的問題，對鎳工業(yè)的發(fā)展具有重要的意義。本文首先對世界的鎳礦資源現(xiàn)狀進(jìn)、特點(diǎn)行分析，然后對紅土鎳礦冶煉工藝分別進(jìn)行分析，希望能夠?qū)ξ覈龠M(jìn)鎳工業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：紅土；鎳礦；冶煉工藝

1 引言

鎳是地球上儲量比較豐富的一種有色金屬，具有耐腐蝕、熔點(diǎn)高、強(qiáng)磁性等優(yōu)點(diǎn)，是各種特殊鋼、耐熱合金、抗腐蝕合金、磁性合金、硬質(zhì)合金生產(chǎn)的重要原料，被廣泛應(yīng)用于化工、航天、機(jī)械制造、建筑、通訊器材等方面。世界上的鎳的含量僅次于鐵、氧、硅、鎂，世界上鎳的含量為3%，全球陸地鎳儲量可達(dá)4.7億噸，是具有戰(zhàn)略意義的金屬資源，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展之中發(fā)揮著重要的作用。

2 世界紅土鎳礦資源現(xiàn)狀

2.1 紅土鎳礦資源分布情況

世界上的鎳資源分為硫化礦和氧化礦兩大類，氧化鎳礦石受到鐵的氧化影響，呈紅色，因此又稱為紅土鎳礦。硫化鎳礦的巖體在風(fēng)的作用下，經(jīng)歷不斷的淋濾、堆積等過程，最后形成地表風(fēng)化殼性礦床。位于環(huán)太平洋的熱帶和亞熱帶區(qū)域以及赤道線南北30度以內(nèi)的熱帶國家紅土鎳礦資源比較豐富。整個(gè)世界已被發(fā)現(xiàn)并探明的紅土鎳礦儲量約為126億t，鎳礦含量可達(dá)1.61億噸。世界上的已被探明的紅土鎳礦資源主要分布于以下國家。

2.2 紅土鎳礦資源分類和特點(diǎn)

可開采的紅土鎳礦一般分為三部分，礦床上部的是褐鐵礦層，特點(diǎn)是鐵含量最高，含量分?jǐn)?shù)為40%～50%，鎳含量比較低，含量分?jǐn)?shù)只有0.8%～1.5%；礦床下部的是腐殖土層（鎂質(zhì)礦），特點(diǎn)是硅、鎂含量較高，含量分?jǐn)?shù)分別為30%～50%和15%～35%，鎳含量相比礦床上部較高（含量分?jǐn)?shù)達(dá)1.8%～3%）；中間是過渡層，其中鎳含量分?jǐn)?shù)1.5%～1.8%。紅土鎳礦的礦物類型由斷面所決定，如果按所含礦物的類型來進(jìn)行劃分，紅土鎳礦又可分為：褐鐵礦型和硅鎂鎳礦型兩大類，需要采取不同的工藝進(jìn)行提取。

3 紅土鎳礦冶煉工藝

隨著科技的發(fā)展，紅土鎳礦冶煉工藝越來越多，本文主要介紹火法工業(yè)和濕法工藝。

3.1 火法工藝

目前在用的鎳紅土礦的火法處理工藝主要有還原硫化熔煉生產(chǎn)鎳锍以及還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵兩種工藝。

第一，鎳锍工藝。

鎳锍是由人工熔合而成的簡單硫化物。利用紅土鎳礦生產(chǎn)高鎳锍需要將電爐熔煉爐溫控制在1500℃～1600℃，由于紅土鎳礦本身是以氧化鎳形式的存在，在進(jìn)行處理時(shí)需要配入石膏、黃鐵礦等含硫料作為硫化劑，其中石膏是最為常用的一種硫化劑，熔煉后產(chǎn)生低鎳锍，最后低鎳锍經(jīng)過轉(zhuǎn)爐吹煉處理生產(chǎn)出高鎳锍。下面是礦石、焦炭、石膏及石灰石組成的物料的反應(yīng)過程：

NiO+CO=Ni+CO，

3Fe203+CO=2Fe304+C02

Fe304+CO=3FeO+C02

FeO+CO=Fe+C02

FeO+C=Fe+CO

C+CO=2CO

還原過程存在大量的CO，促使硫酸鈣被直接被還原成硫化鈣

CaS04+4CO=CaS+4CO，

硫化鈣與鐵和鎳的氧化物進(jìn)一步反應(yīng)生成鎳锍

CaS+NiO=NiS+CaO

CaS+FeO=FeS+CaO

提煉出來的產(chǎn)品高鎳锍經(jīng)過焙燒脫硫后就是不銹鋼生產(chǎn)的原料或者是常壓羰基法精煉鎳的原料用于生產(chǎn)鎳丸和鎳粉或直接鑄造成陰極鎳銷售給硫化鎳電解精煉廠。世界上最具有代表性的高鎳锍的工廠分別是位于法國的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠以及位于印度尼西亞的蘇拉威西·梭羅阿科冶煉廠。

第二，鎳鐵工藝，還原熔煉制備鎳鐵工藝是最常用的一種火法處理紅土鎳礦的方法。在冶煉過程中，需要先將礦石進(jìn)行粉碎處理，大小在50mm～150mm范圍內(nèi)，然后將經(jīng)預(yù)干燥后的礦石送入溫度為700℃的鍛燒回轉(zhuǎn)窯中，分別進(jìn)行干操、預(yù)熱和煅燒三個(gè)步驟后得到焙砂，再次，將焙砂轉(zhuǎn)入含有有粒度為10mm～30mm的揮發(fā)性煤的溫度控制在1000℃的電爐或高爐中，還原熔煉后形成出粗鎳鐵合金，最后再通過吹煉冶煉一種叫鎳鐵合金的產(chǎn)品，可直接用作合金鋼的原料或者鑄成粗鎳陽極進(jìn)行電解精煉獲得電鎳。

3.2 濕法工藝

由于紅土鎳礦中含有較高的銅、鈷，為了提高紅土鎳礦的利用率以及降低冶煉過程中的能源消耗量，需要使用濕法工藝來進(jìn)行處理。

第一，還原焙燒一常壓氨浸工藝。還原焙燒能夠最大限度地將鎳及氧化鎳還原成金屬鎳，同時(shí)通過反應(yīng)條件的控制還可以將鐵氧化物還原成金屬鐵。氨浸工藝是根據(jù)鎳、鈷能與氨絡(luò)合而溶于溶液中特性，而其它雜質(zhì)滯留在渣中，并選擇性的將鎳、鈷浸出。具體操作是將紅土礦先進(jìn)行干燥和磨細(xì)預(yù)處理后，然后將溫度控制在600℃～700℃之間進(jìn)行還原焙燒處理，礦石中的Fe2O3還原成Fe304，鎳、鈷氧化物被還原成為金屬，以合金的形式存在，鎳鈷鐵合金需要在溶液常壓下采用NH3-（NH4）2CO3溶液進(jìn)行三段逆流氨浸，浸出時(shí)金屬鎳和鈷在NH3和CO2的作用下轉(zhuǎn)化為鎳氨和鈷氨絡(luò)合物轉(zhuǎn)入浸出液；最后用濃密機(jī)對含鎳、鈷的浸出液進(jìn)行液固分離，上清液送除鐵和蒸氨工序處理，使鎳鈷氨絡(luò)合物分解成堿式碳酸鎳和氫氧化鈷沉淀析出，并將氨和二氧化碳回收并進(jìn)入浸出系統(tǒng)；礦漿采用洗滌送濕式磁選的方式進(jìn)行處理以提高其含鐵品位，作為煉鐵的原料；堿式碳酸鎳可以進(jìn)行煅燒處理得到NiO或者采用碳酸銨溶液進(jìn)行溶解，再用高壓氫將凈化液還原制備鎳粉，整個(gè)生產(chǎn)過程回收率的高低主要取決于鎳還原率的高低。

第二，高壓酸浸工藝。高壓酸浸工藝主要用于處理低鎂（鋁）高鐵類型的紅土鎳礦，已經(jīng)擁有很久的使用歷史。具體操作是將紅土鎳礦制備成礦漿，然后將礦漿放置到到250℃～270℃、4MPa～5MPa高溫高壓反應(yīng)釜中，與硫酸混合反應(yīng)使鎳、鐵、鋁、硅等元素溶解，通過控制溶液的pH，使鐵、鋁等雜質(zhì)元素水解沉淀到渣中，最后對溶液中的鎳元素進(jìn)行硫化氫沉淀，達(dá)到鎳與礦石分離的目的。

第三，堿浸工藝。堿浸工藝是將紅土鎳礦浸入高濃度的堿溶液中，堿濃度85%，鎳、鐵不會產(chǎn)生反應(yīng)，堿溶液與鎳礦里面的硅和鋁元素進(jìn)行反應(yīng)，礦石中的部分雜質(zhì)被去除，從而實(shí)現(xiàn)鎳的富集。具體是將紅土鎳礦與固體NaOH按照一定比例放入反應(yīng)釜中，加水溶解后，將溶液加熱到指定的溫度，加熱溫度為200℃，并不停的攪拌使其充分反應(yīng)，一段時(shí)間后固液便會分離。一般情況下，在固液比為1：5的條件下，反應(yīng)時(shí)間90min，鎳回收率可達(dá)80%。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，紅土鎳礦冶煉工藝也不斷的更新，許多新興工藝不斷出現(xiàn)，例如：有真菌衍生物有機(jī)酸浸出、異樣微生物直接浸出工藝以及微波技術(shù)的應(yīng)用，不斷提高紅土鎳礦冶煉效率和質(zhì)量，為紅土鎳礦冶煉事業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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