張志勇

（湖南中偉新能源科技有限公司，湖南 長沙 410600）

紅土鎳礦與硫化鎳礦是國內(nèi)的主要鎳礦資源，這兩種鎳礦資源分別占我國總保有量的86%、9.6%。紅土鎳礦主要存在于云南與四川地區(qū)，硫化鎳礦則主要存在于我國湖北、陜西、甘肅及青海。鎳不僅是我國的一種戰(zhàn)略稀缺資源，更是一種關(guān)鍵的礦產(chǎn)資源，其在現(xiàn)代軍事、船舶、航空、電子、化工、醫(yī)學(xué)、能源等方面具有至關(guān)重要的作用，同時(shí)是不銹鋼生產(chǎn)、磁性材料、電磁屏蔽材料的關(guān)鍵性原料。紅土鎳礦其實(shí)是氧化鎳礦的一種，全球大多數(shù)鎳礦是以紅土鎳礦形式而存在，然而品位低且冶煉時(shí)效率低，但采取濕法冶金工藝具有較高回收效率，因此對(duì)紅土鎳礦采用的濕法冶金工藝進(jìn)行探究具有深遠(yuǎn)意義。

1 紅土鎳礦冶金處理工藝

1.1 濕法工藝和火法工藝

濕法冶金即在酸性或者堿性介質(zhì)的水溶液中，對(duì)金屬礦物原料進(jìn)行化學(xué)處理或者雜質(zhì)分離、有機(jī)溶劑萃取、金屬提取以及化合物的過程。盡管濕法冶金出現(xiàn)得較早，然而真正運(yùn)用還是歷經(jīng)了較長的時(shí)間發(fā)展，即使是當(dāng)前此項(xiàng)工藝也不是較成熟。還原焙燒-常壓氨浸工藝、堿浸工藝及高壓酸浸工藝等都屬于濕法工藝。這種工藝污染小，當(dāng)前許多的研究者都重點(diǎn)研究這一工藝，期望可以探索出合理、有效的濕法冶金工藝。火法冶金就是在高溫條件下（通過燃料燃燒或者電能產(chǎn)生的熱或者某種化學(xué)反應(yīng)放出的熱）把礦石或者精礦經(jīng)過系列的物理化學(xué)變化過程，讓當(dāng)中的金屬和脈石或者其他雜質(zhì)分離，得到金屬的冶金方法。此外，還有還原硫化熔煉鎳硫工藝、還原焙燒-磁選工藝以及回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐鎳鐵工藝。因?yàn)檫@些工藝成本低且投入少，所以在當(dāng)前紅土鎳礦冶煉中獲得較廣應(yīng)用。紅土鎳礦的熔點(diǎn)范圍中，氧化物穩(wěn)定性順序依次是Al2O3＞Fe2O3＞SiO2＞FeO＞NiO。依據(jù)這種性質(zhì)氧化鎳最早被還原，通過這種選擇性還原原理，可以采取缺碳操作，讓紅土鎳礦當(dāng)中的大部分鎳氧化物先還原為金屬，以此實(shí)現(xiàn)富集鎳的目的。

1.2 高壓酸浸工藝

高壓酸浸工藝把紅土鎳礦石破碎研磨制成泥漿，按照特定比例均勻混合礦漿、洗滌劑及酸，再進(jìn)行加熱，鎳與鈷等元素進(jìn)入酸性溶液，之后以碳酸鈣進(jìn)行中和，調(diào)整PH，過濾，浸出液當(dāng)中的鎳、鈷及錳通過硫化鈉或硫化氫進(jìn)行處理，之后可得鎳與鈷的硫化物，通過沉淀后析出。常壓酸浸工藝的優(yōu)點(diǎn)是步驟極為簡(jiǎn)單、容易操作，并且不需要高壓釜，能耗較低，所以生產(chǎn)成本也比較低，但是存在分離浸出液相對(duì)難，并且最后的浸出渣當(dāng)中還是存在較高含量的鎳的問題。至今為止，高壓酸浸工藝在國外已經(jīng)有六十多年的使用史，也證實(shí)了這種工藝具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)高壓酸浸工藝也有了極大進(jìn)步，酸性浸出設(shè)備的創(chuàng)造、避免設(shè)備在硬環(huán)境中銹蝕、過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)等方面，相對(duì)比一些發(fā)達(dá)國家也沒有多大不同?，F(xiàn)階段，我國正全力研究酸浸技術(shù)與研發(fā)設(shè)備，加強(qiáng)相關(guān)人才的培養(yǎng)，全力增強(qiáng)紅土鎳礦的提煉水準(zhǔn)。

1.3 還原焙燒-常壓氨浸工藝

此項(xiàng)工藝也被稱為Caron法，主要操作步驟是：先把紅土鎳礦干燥、破碎及篩分，之后加入煤粉與石灰，混合均勻之后進(jìn)行還原焙燒，這一過程將對(duì)鎳與鈷浸出率的高低造成直接影響。而后用NH3浸出焙燒礦，讓礦物當(dāng)中的有價(jià)金屬鎳、鈷通過鎳氨及鈷氨的絡(luò)合物形式進(jìn)入浸出液，轉(zhuǎn)為鐵氨絡(luò)合物的鐵進(jìn)入浸出液氧化成正三價(jià)鐵離子，正三價(jià)鐵離子水解之后形成Fe(OH)3沉淀，而后通過硫化物處理浸出液形成沉淀，讓當(dāng)中的鈷通過硫化物形式析出，浸出液蒸氨之后得到堿式碳酸鎳，經(jīng)過煅燒，碳酸鎳形成的氧化鎳就可以對(duì)外銷售，同時(shí)還可以作進(jìn)一步處理生成鎳粉。

還原焙燒-氨浸法的優(yōu)勢(shì)是試劑可重復(fù)利用、消耗量不多、可以綜合回收鎳與鈷等，但也存在不足之處，即鎳與鈷回收率降低，前者回收率在75%～80%，后者在40%～60%，并且正三價(jià)鐵離子水解時(shí)也會(huì)損失大量鈷，氨浸工藝面對(duì)紅土鎳礦的品位有極高要求，使此項(xiàng)工藝的運(yùn)用受到限制。

1.4 堿浸工藝

此項(xiàng)工藝是把紅土鎳礦與高濃度的堿溶液享混合，讓當(dāng)中的硅與鋁元素和堿進(jìn)行反應(yīng)，然而鎳與鐵并不反應(yīng)，以此去除雜質(zhì)，實(shí)現(xiàn)富集鎳目的。因?yàn)榧t土鎳礦中的硅含量較高，堿浸工藝能夠極好的借助當(dāng)中存在的硅，使產(chǎn)品的附加值進(jìn)一步提高。當(dāng)處于200℃和固液比為1∶5的情況下，不僅浸出效率比較高，還確保了鎳與硅提取的效率，顯著提高了紅土鎳礦的附加值。

1.5 生物浸出工藝

生物浸出工藝是生物冶金，主要是通過微生物在衍生時(shí)形成的有機(jī)酸來溶解貧礦中的金屬。此項(xiàng)工藝首先需要進(jìn)行真菌培養(yǎng)工作，在真菌形成的有機(jī)酸培養(yǎng)液的酸堿值處于合理范圍內(nèi)，以上層清液來浸出紅土鎳礦。此項(xiàng)工藝相對(duì)比其他浸出工藝，能夠顯著減少能耗與原料的消耗。

現(xiàn)階段，此項(xiàng)工藝對(duì)鎳浸出率較高，高達(dá)92%，能夠在常壓和低溫情況下進(jìn)行，反應(yīng)條件比較溫和，成本也較低，并且可以處理品位較低的紅土鎳礦。由于具有諸多優(yōu)勢(shì)，所以在實(shí)驗(yàn)室中取得了明顯成果。然而其還存在一定不足，如反應(yīng)速度較慢，并且會(huì)受工業(yè)設(shè)備、微生物培養(yǎng)成本、浸出環(huán)境以及生產(chǎn)規(guī)模等多方面因素影響，因此生物浸出工藝還未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

2 濕法工藝存在的不足與新興工藝

2.1 濕法工藝存在的不足

在紅土鎳礦高壓酸浸效率中，主要受礦物因素、固液比或者硫酸的加入量、高壓釜存在結(jié)垢以及氧化程度不足等方面因素影響，有效處理這些問題便于高壓酸金能更好投入使用。還原焙燒是需要盡可能將鐵還原為具備磁性的Fe3O4，從而便于以磁選去除鐵。在氨浸之前要先溶解游離的氧化亞鐵，因?yàn)榇嬖谘趸瘉嗚F游離問題。因此氨浸法更多的是用于表層紅土鎳礦的處理，紅土鎳礦具有較高含量的銅與鈷，所以就不適合采用氨浸法，使得這種工藝的運(yùn)用受到限制。堿浸法存在的主要缺陷是要控制好固液比與溫度等。上述缺陷是目前工業(yè)上采用到的幾種主要濕法冶金工藝存在的主要缺陷，應(yīng)盡快處理好這些問題，從而保證濕法冶金工藝可以獲得更好的運(yùn)用，從而大幅度提高紅土鎳礦中鎳的生產(chǎn)效率，推進(jìn)社會(huì)更好發(fā)展。

2.2 直接焙燒工藝

直接焙燒區(qū)分為直接焙燒和加堿性物質(zhì)焙燒兩種。前者就是對(duì)紅土鎳礦直接進(jìn)行高溫焙燒，以此對(duì)礦物進(jìn)行改性。實(shí)驗(yàn)證明，紅土鎳礦在經(jīng)過高溫焙燒之后，鎳浸出率能夠達(dá)到93%，但是當(dāng)溫度超出將會(huì)對(duì)鎳的浸出率帶來影響。后者就是對(duì)紅土鎳礦添加堿性物質(zhì)，使礦物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化之后再焙燒，這種焙燒工藝能夠顯著提升鎳浸出率。加堿性物質(zhì)焙燒之后浸出的鎳產(chǎn)量相對(duì)比直接酸浸的鎳產(chǎn)量，鎳浸出率從提高為。加堿性物質(zhì)焙燒工藝對(duì)設(shè)備要求更低，成本支出比較少，設(shè)備使用年限也大幅度延長，并且能夠浸出其他金屬，還可以有效利用礦物中的其他金屬。

2.3 微波加熱工藝

微波加熱即有選擇性地地物質(zhì)進(jìn)行加熱，并且不會(huì)影響到其他物質(zhì)，因此紅土鎳礦浸出能采取微波加熱工藝。微波加熱除了可以選擇性加熱物質(zhì)，還能夠去除礦石中的水分，從而省去一些后續(xù)工作。許多研究者經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得知，紅土鎳礦在經(jīng)過微波處理之后，要比沒有經(jīng)過微波處理的鎳礦的產(chǎn)出率要高。還有研究者把微波處理工藝結(jié)合酸浸工藝，以此大速度提高了鎳產(chǎn)出率，并且由于微波處理可以便于酸浸進(jìn)行，因此進(jìn)一步減少了支出。

2.4 氯化法浸出工藝

此項(xiàng)工藝就是把紅土鎳礦混合氯化劑后，投入反應(yīng)釜當(dāng)中，之后加水；在一定的條件下進(jìn)行反應(yīng)，讓紅土鎳礦中的金屬轉(zhuǎn)變成氯化物，而后再提取金屬的冶金方式。氯化冶金工藝在紅土鎳礦中的運(yùn)用還待進(jìn)一步加深當(dāng)中，一些人通過對(duì)于紅土鎳礦進(jìn)行氯化焙燒處理，發(fā)掘鎳浸出率可高達(dá)，鐵的氯化大約可以降到，這是一種重大突破，能為今后濕法冶金提供更多選擇與可能。氯化法浸出能夠處理各種品位的紅土鎳礦，尤其是品位低的紅土鎳礦，以大幅度提高鎳礦提取效果。但當(dāng)前這一工藝尚處于研究階段，由于氯化法浸出對(duì)于設(shè)備具有極為嚴(yán)格的要求，國家應(yīng)該針對(duì)這方面加大人才培養(yǎng)與研究，而研制設(shè)備則是當(dāng)前需要解決的問題。

3 紅土鎳礦濕法冶金工藝前景

全球硫化鎳礦資源在不斷減少，同時(shí)今后對(duì)鎳的需求量也將持續(xù)提升。紅土鎳礦作為金屬鎳的重要來源，其成本低、開發(fā)利用效率高是鎳處理工藝的主要發(fā)展方向。品位佳的紅土鎳礦因?yàn)榇笠?guī)模開發(fā)利用而銳減，鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于，且品位不佳的紅土鎳礦也需要通過濕法冶金工藝處理獲得充分利用。由于環(huán)境保護(hù)要求越發(fā)嚴(yán)格，紅土鎳礦冶金工藝也需要達(dá)到超低排放和節(jié)能要求。對(duì)紅土鎳采取礦濕法冶金工藝，在生產(chǎn)當(dāng)中，會(huì)形成廢渣與廢水等廢棄物，必定會(huì)影響到環(huán)境。因此需要對(duì)廢棄物加以資源化利用，從而實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，這將是紅土鎳礦冶金工藝今后的改進(jìn)方向。還原焙燒-氨浸工藝當(dāng)中的鎳與鈷浸出率比較低，并對(duì)紅土鎳礦原料有嚴(yán)格要求，當(dāng)前只有幾家工廠中采用這種工藝，并且工廠也是二十世紀(jì)七十年代之前建造的，近幾十年創(chuàng)建的工廠較少用到此工藝，因此這種工藝難以成為紅土鎳礦濕法冶金主流工藝。

加壓酸浸工藝能夠做到綜合回收鎳與鈷，同時(shí)回收率都高達(dá)，如果把鈷的價(jià)值包括在其中，就可以大幅度減少此項(xiàng)工藝的成本支出。然而此項(xiàng)工藝對(duì)于設(shè)備有嚴(yán)格要求，設(shè)備購買支出較大，而且由于大型壓力釜制造技術(shù)不斷先進(jìn)，工藝設(shè)備技術(shù)越發(fā)進(jìn)步，加壓酸浸工藝的優(yōu)越性將越發(fā)顯著。尤其是紅土鎳礦的鈷含量較高，采取這一工藝進(jìn)行冶金有著更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值優(yōu)勢(shì)。所以，應(yīng)對(duì)加壓酸浸工藝加強(qiáng)優(yōu)化和完善，這將是今后紅土鎳礦濕法冶金工藝的主要發(fā)展方向。

常壓酸浸工藝相對(duì)比加壓酸浸工藝，其更加容易操作，投資成本也低，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，然而元素浸出率比較低，浸出液分離相對(duì)難，此工藝的工業(yè)化應(yīng)用受到局限。紅土鎳礦采取常壓酸浸工藝之后，產(chǎn)生的硫鎳或者氫氧化鎳這種中間產(chǎn)品，可以提供到鎳精煉廠當(dāng)做生產(chǎn)原料，經(jīng)營方式的改變有著積極的借鑒價(jià)值。

4 結(jié)語

總之，由于鎳在航空、電子以及石油化工等多個(gè)領(lǐng)域都具有重要作用，因此國內(nèi)對(duì)其需求量正隨著社會(huì)的發(fā)展而增長。正因如此，鎳資源也不斷減少，提取要求也大幅提高，紅土鎳礦是今后提取鎳的主要來源。紅土鎳礦當(dāng)中的鎳品味較低，提取相對(duì)難，因此需要有更高效的冶金方法。濕法冶金工藝也將會(huì)是今后紅土鎳礦提取鎳的主要方式，然而這種工藝還存在較多不足之處，因此需要研究者針對(duì)這些不足加強(qiáng)研究，盡早讓濕法冶金工藝獲得更好的應(yīng)用。