鈷鎳資源綜合利用

礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources鈷鎳資源的綜合利用1礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources1.1鎳資源綜合利用1.1.1資源現(xiàn)狀及特點鎳在地殼中的平均含量為0.01%，但可開采的礦床并不多，目前主要有硫化鎳礦床和紅土型鎳礦床兩類，在現(xiàn)有儲量中，紅土礦占70%，硫化礦占30%，但目前約60%的鎳產(chǎn)品來自于硫化礦。豐富的海底錳結核礦床中也含有一定量的鎳。鎳資源主要分布在古巴(38.3%)、前蘇聯(lián)(14%)、加拿大(13.2%)、新喀里多尼亞(9.6%)、印度尼西亞(6.8%)、南非(5.3%)、澳大利亞(4.7%)、中國(1.5%)等國家。2礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources我國鎳資源開采始于1957年四川省力馬河鎳礦，雖然生產(chǎn)規(guī)模小，但填補了我國鎳工業(yè)空白，在當時緩和了我國的“鎳荒”。1958年發(fā)現(xiàn)金川鎳礦，并于20世紀60年代投產(chǎn)，這在很大程度上解決了我國對鎳的需要。到了90年代，由于新疆客拉通克鎳礦、云南金平鎳礦及吉林赤柏松鎳礦的開發(fā)和投產(chǎn)，使得我國鎳工業(yè)的發(fā)展上了一個新臺階。盡管如此，我國仍不是鎳礦資源豐富的國家。截至2004年底，全國鎳礦儲量為239.83萬t，集中分布在甘肅、新疆、吉林與陜西，這4個省(區(qū))的鎳礦資源儲量為233.76萬t，占全國總儲量的97.47%。3礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources1.1.2鎳的生產(chǎn)和消費

近年來，全球鎳產(chǎn)量和消費量持續(xù)下滑，且出現(xiàn)供過于求的局面。2008年受金融危機影響，全球鎳價暴跌，鎳企紛紛減產(chǎn)，鎳產(chǎn)量同比下滑3.2%，至137.8萬噸；同年全球鎳消費量在不銹鋼需求下滑的影響下，同比下滑3.4%，至127.8萬噸，全年鎳供應過剩10萬噸；2009年全球鎳市場依然低迷，鎳產(chǎn)量達到132.9萬噸，同比下滑3.6%，鎳消費量為123.2萬噸，全年鎳供應過剩9.7萬噸。與之形成鮮明對照的是中國鎳行業(yè)—鎳產(chǎn)銷量持續(xù)增加，且呈現(xiàn)供不應求的局面。2008年，中國鎳產(chǎn)量為13.3萬噸，消費量為32.0萬噸，供需缺口18.7萬噸；2009年中國鎳產(chǎn)量和消費量分別為21.6萬噸、44.7萬噸，供需缺口繼續(xù)擴大，達23.1萬噸。4礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources中國鎳資源緊缺，鎳礦和精煉鎳主要依賴進口。2009年中國進口鎳礦砂及精礦量1640萬噸，主要進口菲律賓（進口量869.15萬噸，占總進口量52.9%）、印度尼西亞（進口量717.43萬噸，占總進口量43.7%）等國；同年中國進口精煉鎳25萬噸，主要來自俄羅斯（進口8.44萬噸）、澳大利亞（進口4.8萬噸）等國。2009年中國精煉鎳和合金出口量為3.36萬噸，主要出口國家/地區(qū)有韓國、中國香港、中國臺灣等。5礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources1.1.3鎳資源綜合利用策略（1）實施海外鎳資源開發(fā)戰(zhàn)略正視我國鎳礦資源實際情況，規(guī)避國際鎳市場頻繁劇烈波動的風險，保證國民經(jīng)濟發(fā)展和國家安全的需要，必須貫徹“走出去”的戰(zhàn)略發(fā)展方針，將實施海外鎳資源開發(fā)作為我國鎳資源政策的重要方面，全面提升我國鎳企業(yè)的國際競爭力。金川從國企進口鎳精礦或其他鎳冶煉原料；中國五礦參加古巴鎳公司的擴產(chǎn)；上海寶鋼與鎳業(yè)跨國公司結成戰(zhàn)略伙伴。6礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（2）鼓勵不銹鋼廢鋼的進口發(fā)揮我國人力資源優(yōu)勢，鼓勵不銹鋼廢料的進口、拆解、分選與利用，這是解決我國鎳資源短缺的重要方面。（3）大力發(fā)展節(jié)鎳型不銹鋼我國鎳資源供應比較緊張,而不銹鋼消費增長速度遠遠大于鎳資源供應增長速度，進而使國內(nèi)鎳資源的供給無法滿足不銹鋼產(chǎn)業(yè)增長對鎳的消費需求。為適應不銹鋼產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求，建議我國應根據(jù)自己的資源情況，大力發(fā)展節(jié)鎳型、低鎳型不銹鋼。7礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（4）合理開發(fā)國內(nèi)鎳礦資源A、繼續(xù)搞好金川鎳基地建設，加大地質(zhì)探礦投資力度，尋找新的鎳礦資源。近期我國鎳礦資源的地質(zhì)找礦重點是新疆東部地區(qū)、甘肅金川、吉林磐石、新疆喀拉通克、云南元江和墨江等老礦區(qū)周邊和深部。B、加快技術進步，推動產(chǎn)業(yè)升級。我國鎳資源的開發(fā)利用技術雖然已經(jīng)取得重要進展，但與國際水平相比仍然有相當?shù)牟罹?。為了加快我國鎳工業(yè)的發(fā)展,開發(fā)國內(nèi)外鎳礦資源，滿足經(jīng)濟和社會發(fā)展的需要，必須依靠技術進步推動產(chǎn)業(yè)升級。當前我國鎳工業(yè)技術開發(fā)的重點是：低品位礦和多金屬礦綜合回收利用技術；紅土型鎳礦選冶技術；羰基鎳精煉工藝技術；鎳合金生產(chǎn)技術等等。8礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresourcesC、重視大洋底鎳礦資源。據(jù)估計，在4億km2海底總面積中，大約有15%為多金屬結核所覆蓋,而且每年還以1000萬t的速度在不斷增加。目前總儲量約為2萬～3萬億t,在這些多金屬結核中,鎳的平均品位達到1.26%。這是一個巨大的鎳礦資源，雖然對解決我國鎳資源的供需矛盾不會很快起作用，但是它具有重大的戰(zhàn)略意義，因此必須予以高度重視。9礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources1.1.4紅土鎳礦的開發(fā)利用氧化鎳礦床是含鎳橄欖巖在熱帶或亞熱帶地區(qū)經(jīng)過長期的風化淋濾變質(zhì)而成，是由鐵、鋁、硅的含水氧化物組成的疏松的粘土狀礦石。由于含鐵的氧化礦石呈紅色而被稱為紅土礦(laterite)。在風化過程中，鎳自上層浸出，而后在下層沉淀，取代了相應的硅酸鹽和氧化鐵礦物晶格中的鎂和鐵。據(jù)統(tǒng)計，世界上的鎳紅土礦多分布在南、北回歸線一帶，如澳大利亞、巴布亞新幾內(nèi)亞、新喀里多尼亞、印度尼西亞、菲律賓和古巴等地。世界重要鎳紅土礦資源分布狀況（以鎳計，萬噸）10礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources紅土礦分為兩種類型：一種是褐鐵礦型鎳紅土礦〔(Fe,Ni)O(OH)·nH2O〕，通常蘊藏在氧化礦床的表層，其主要成分是含鐵的氧化礦物；另一種是硅酸鹽型，通常儲存于氧化礦床的較深層。在褐鐵礦型鎳紅土礦中，氧化鎳主要是與鐵的氧化物組成固溶體而存在。在硅酸鹽型紅土礦中，鎳、鐵、鈷的氧化物是以不同的比例取代了硅鎂礦中的氧化鎂，例如蛇紋石〔Mg6Si4O10(OH)8〕中一部分MgO被NiO取代。11礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources有價值的金屬氧化物，特別是鈷和鉻的氧化物，在氧化礦中經(jīng)常呈單獨礦物狀。在地層中，鎳紅土礦的可采部分一般由3層組成：褐鐵礦層、過渡層和腐殖土層，其中有價元素的分布見表。12礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources從鎳紅土礦中提鎳有以下特點：（1）鎳紅土礦中鎳呈化學浸染狀態(tài)，鎳品位較低，很難通過選礦獲得較高品位(6%以上)的鎳精礦；（2）紅土型鎳資源豐富，全球有約4100萬噸鎳紅土礦資源（以金屬鎳計算）；（3）鎳紅土礦勘查成本低，采礦成本也極低；（4）鎳紅土礦的火法冶金制備鎳鐵的技術已經(jīng)成熟，濕法冶金加壓酸浸的技術亦日趨成熟；（5）鎳紅土礦可以生產(chǎn)出氧化鎳、硫鎳和鎳鐵等多種產(chǎn)品，其中鎳鐵可直接用于生產(chǎn)不銹鋼，降低生產(chǎn)成本；（6）世界紅土型鎳礦資源主要分布于近赤道地區(qū)，大部分靠近海岸，便于外運。13礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（1）還原焙燒-氨浸工藝(簡稱為RRAL)RRAL流程由Caron教授發(fā)明，又稱為Caron法，最初采用RRAL法的是古巴尼加羅廠。RRAL全流程鎳的回收率達到75%～80%，鈷回收率為40%～50%。流程存在能耗高、試劑消耗多等缺陷，同時其鎳和鈷的回收率均較低。所以RRAL工藝只適合于處理表層的褐鐵型以及褐鐵同腐殖土混合型的紅土礦，不適合處理含銅和含鈷高的硅鎂鎳型紅土礦。14礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（2）加壓酸浸工藝加壓酸浸工藝適于處理含MgO比較低的褐鐵型紅土礦。加壓酸浸流程是：在230～270℃，3～5MPa的條件下，用稀硫酸做浸出試劑，通過控制一定酸度使鎳、鈷選擇性進入浸出液中，而鐵、鋁和硅等雜質(zhì)元素水解進入渣中。浸出液用硫化氫還原中和、沉淀，產(chǎn)出高質(zhì)量的鎳鈷硫化物。鎳鈷硫化物通過傳統(tǒng)的精煉工藝配套產(chǎn)出最終產(chǎn)品，其原則工藝流程如圖所示。15礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（3）鎳鐵工藝在鎳鐵工藝中，首先將礦石破碎到50～150毫米，經(jīng)干燥窯焙燒得到焙砂，摻入10～30毫米的揮發(fā)性煤，采用電爐在1000℃下還原熔煉，得到的粗鎳鐵合金；經(jīng)吹煉產(chǎn)出成品鎳鐵合金。產(chǎn)品中鎳的質(zhì)量分數(shù)為20%～0%，鎳回收率為90%～95%，但鈷不能回收。鎳鐵工藝的原則流程如圖所示。16礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（4）鎳锍工藝鎳锍生產(chǎn)工藝是在生產(chǎn)鎳鐵工藝的1500～1600℃熔煉過程中，加入硫磺，產(chǎn)出低鎳锍，再通過轉爐吹煉生產(chǎn)高鎳锍。高鎳锍產(chǎn)品中，鎳的質(zhì)量分數(shù)為79%，硫質(zhì)量分數(shù)為19.5%。全流程鎳回收率只有70%左右，且能耗很高。其原則工藝流程如圖所示。17礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources將紅土礦加硫酸后在微波爐中微波燒結處理，在常壓下浸出燒結產(chǎn)物，實驗工藝流程如圖所示。微波處理的過程中，微波功率、微波時間和酸量影響鎳的浸出率。紅土礦鎳的浸出率為92%，其中鐵約60%～75%與鎳一道溶解進入溶液，浸出液必須經(jīng)過凈化除鐵處理，把鐵雜質(zhì)降到一定程度，才可以有效回收鎳。（5）微波燒結-常壓浸出處理紅土礦18礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（6）微波燒結-加壓浸出處理紅土礦紅土礦濕法冶金中的高壓酸浸工藝適于處理含鎂含量比較低的褐鐵型紅土礦。根據(jù)現(xiàn)在已成熟的加壓酸浸工藝結果來看，鎳、鈷浸出率分別達到90%～95%和80%～90%，而在反應過程中，溶液中含有的大量鐵雜質(zhì)會以赤鐵礦的形式沉降進入渣中，浸出與除鐵在同一容器一步完成，實現(xiàn)了鎳和鈷的選擇性浸出，然后可以通過針鐵礦法進一步除鐵以達到電解液的要求。其最大缺點在于工藝條件的苛刻，需在250～270℃，氣壓為4～5MPa下進行，這就需要昂貴的鈦材制造的高壓設備，另外有設備的結垢問題。19礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources1.1.5金川鎳礦資源綜合利用金川集團有限公司(簡稱金川公司)是采、選、冶、化配套的大型有色冶金、化工聯(lián)合企業(yè)，生產(chǎn)鎳、銅、鈷、稀有貴金屬和硫酸、燒堿、液氯、鹽酸、亞硫酸鈉等化工產(chǎn)品以及有色金屬深加工產(chǎn)品，鎳和鉑族金屬產(chǎn)量占中國的90%以上，是中國最大的鎳鈷生產(chǎn)基地，被譽為中國的“鎳都”。公司已形成年產(chǎn)鎳13萬噸、銅40萬噸、鈷1萬噸、鉑族金屬3500公斤、金8噸、銀150噸、硒50噸及150萬噸無機化工產(chǎn)品的綜合生產(chǎn)能力。20礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（一）礦石性質(zhì)金川銅鎳礦是我國大型鎳銅多金屬共生硫化礦床，不僅含有豐富的鎳銅金屬，還富含伴生的鈷、金、銀及貴金屬等多種金屬元素，是一個綜合利用價值很高的多金屬礦床。主要金屬礦物有磁黃鐵礦(或黃鐵礦)、鎳黃鐵礦、紫硫鎳鐵礦、黃銅礦、磁鐵礦，次要礦物有墨銅礦、古巴礦(方黃銅礦)、馬基諾礦；脈石主要礦物有蛇紋石(含葉蛇紋石，纖維蛇紋石和利蛇紋石)、橄欖石、輝石，次要礦物有透閃石、陽起石、石英、斜長石、綠泥石、方解石等。強蝕變礦石中脈石變成滑石一碳酸鹽化、綠泥石等。21礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources金川銅鎳硫化礦石具有的特性是：(1)硫化礦物集合體嵌布粒度極不均勻，微細粒不易解離，礦物之間嵌布關系又極為復雜。(2)硫化鎳礦物易過粉碎、易被氧化，自然可浮性與硫化鐵礦物相似。(3)以蛇紋石為主的脈石礦物氧化鎂含量高，易泥化，且自然可浮性較好。(4)次生蝕變的礦石中含磁鐵礦較高，并以微細粒穿插于鎳銅礦物及硫化礦物的裂隙之中，與硫化礦物共生密切難以單體解離。這些特性對提高鎳銅選別指標、降低精礦中氧化鎂含量極為不利。22礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources(二)選礦工藝經(jīng)過四十多年的科研攻關和生產(chǎn)實踐，初步形成了適應于金川銅鎳礦石易氧化、易泥化的選礦工藝；應用階段磨礦、階段選別，多藥劑聯(lián)合作用，快選、早收，強化一段磨選、低濃度精選降鎂等措施，使鎳銅選別指標保持在較高的水平。工業(yè)試驗指標23礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources金川選礦工藝流程24礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources（三）綜合利用措施

(1)堅決貫徹貧富兼采的原則，防止“采富棄貧”，堅決杜絕采大棄小、采易棄難、濫采濫用現(xiàn)象多年來，公司嚴格按照“采富保貧、帶采底盤貧礦、兼采頂盤小于20m厚的貧礦”的設計要求進行回采，積極推進貧礦資源開發(fā)建設。2007年貧礦利用量占全年礦石總利用量的比例超過45%。25礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources(2)選擇高效、安全、低損失貧化的采礦方法金川礦床“深、大、破、碎”的特征，給礦山開發(fā)帶來極大困難。公司不斷創(chuàng)新采礦工藝，在實踐中探索出一套適合金川特色的采礦方法，目前公司礦山年出礦能力達到620萬噸以上，礦石回采率超過94%，采礦損失率和貧化率控制在5%以下，達到國際充填法坑采礦山的先進水平，使金川資源得到充分回收利用。26礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources(3)加大邊角礦、殘盲礦的回采力度在長期生產(chǎn)過程中，由于特定的開采條件，使一些已經(jīng)回采結束的區(qū)域，不同程度的殘留部分礦柱，在主礦體周邊還賦存一些小規(guī)模薄礦體。為此，公司高度重視節(jié)約資源，千方百計克服邊角殘礦體連續(xù)性差、地質(zhì)條件復雜等困難，積極開展收殘礦、找盲礦工作。27礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources(4)堅決依靠技術進步，不斷提高資源綜合利用水平在技術創(chuàng)新的實踐中，公司形成了高氧化鎂鎳精礦閃速熔煉技術、非金屬化高鎳硫加壓浸出技術、全氯化介質(zhì)高等級電解鈷生產(chǎn)技術、羰化冶金生產(chǎn)技術；高地應力礦巖破碎條件下高強度、高回采率機械化坑采技術，抑鎂提鎳高回收率選礦技術，高鎳銅精礦自熱熔煉—電解銅技術，高品質(zhì)電解鎳生產(chǎn)控制技術，從低品位原料中提取、制備高純鉑族金屬技術，銅鈷礦提取冶金技術等一大批具有國際國內(nèi)先進水平的核心技術。金川鎳礦所含21種元素中有14種得以提取和利用。28礦物資源綜合利用

comprehensiveutilizationofmineralresources1.2鈷資源綜合利用1.2.1資源特點鈷是一種戰(zhàn)略金屬,是生產(chǎn)高強度、耐高溫、耐腐蝕合金的重要原料。中國是鈷資源缺乏的國家,除甘肅金川硫化鎳礦中含有少量鈷外,所需鈷資源主要靠進口鈷精礦和回收利用含鈷廢料。世界已探明的鈷資源大約500多萬噸,這些鈷礦大部分是含鎳紅土礦,其余大部分是硫化鎳銅礦和沉積