杜明亮
重庆吉恩冶炼有限公司 401420 重庆
摘要：目前镍产量70%来源于硫化镍矿，然而硫化镍矿资源日益减少，这种供需矛盾日益突出。红土镍矿储量丰富，易于开采，是未来镍的主要来源，充分开发利用红土镍矿资源具有重要的现实意义。镍矿处理工艺包括火法冶金和湿法冶金两种工艺，湿法冶金工艺具有能耗低、环境污染小、金属回收率高等优势。
关键词：高镁型镍矿；硫化镍矿；氧化镍矿；湿法冶金；生物冶金
引言
镍是由瑞典矿物学家ＣｒｏｎｓｔｅｄｔＡＦ于1751年最早分离出来的。镍具有良好的力学性能、延展性能和化学稳定性能，被广泛应用在军事、航天工程和民用工业等领域。在军事领域，镍用于雷达、舰艇、坦克、导弹等军事器械制造；在航天工程领域，镍是制造飞机、航空发动机、高温合金材料、宇宙飞船等高精尖设施不可或缺的金属原料；在民用工业领域，镍常用于生产不锈钢、结构钢、耐热钢、防腐涂层等。由于镍性能优异、应用广泛，已经成为国防工业和航天工程领域中不可替代的战略金属资源，在工业建设和人类生存发展过程中占有极其重要的地位。
1镍矿湿法处理工艺现状及进展
1.1还原焙烧－氨浸工艺
还原焙烧－氨浸工艺处理红土镍矿的工业化规模生产开始于20世纪40年代，最先采用此方法的工厂是古巴的尼加罗冶炼厂，该工艺是由ＣａｒｏｎＭＨ教授发明的，因此又被称为Ｃａｒｏｎ流程。该工艺的主要流程为：红土镍矿经干燥破碎筛分；配加煤粉和石灰混匀后在600～700℃温度下还原焙烧，还原焙烧的目的是将红土镍矿中镍氧化物和钴氧化物还原为金属镍和金属钴，将大部分铁氧化物还原为Fe3O４，仅少量还原为金属铁；将焙烧矿用NH３和CO2氨浸，产生的镍氨络合物和钴氨络合物进入浸出液，金属铁转化为铁氨络合物进入浸出液后再氧化成为Fe3+，发生水解反应生成氢氧化铁沉淀，从浸出液析出；浸出液经过硫化沉淀处理，浸出液中的钴以硫化物形式析出回收；浸出液蒸氨后得到碱式碳酸镍，经过煅烧生成氧化镍，氧化镍可作为产品出售，也可进一步对氧化镍还原生产金属镍粉。
1.2加压酸浸工艺
加压酸浸工艺应用于工业化生产开始于20世纪50年代，最早采用此工艺的生产企业为古巴的毛阿（Ｍｏａ）冶炼厂。该工艺的主要流程为：红土镍矿破碎磨细制浆；在250～270℃、4～5MPa的高温高压环境中，使用稀硫酸将红土镍矿中的镍、钴、铁、铝、硅等浸出；通过调整溶液的pH值等控制反应条件，促使铁、铝、硅等元素发生水解反应以沉淀形式析出进入渣中，镍、钴选择性进入浸出液；浸出液使用硫化氢还原中和处理，浸出液中的镍、钴生成镍和钴的硫化物，并以沉淀形式析出；镍和钴的硫化物经过传统精炼工序即可产出最终产品。
1.3堆浸工艺
堆浸是一种流程简单、成本低廉的工艺，最先应用在低品位铀矿和氧化铜矿中，近年来，开始有学者将其应用于氧化镍矿的浸出。刘三平等将菲律宾某高镁型氧化镍矿进行预先分级，粒径大于25mm粗粒矿石采用堆浸工艺，经过142d的浸出后，镍累计浸出率达到80%。澳大利亚某氧化镍矿采用两段逆流堆浸，总浸出时间为76～86d，镍的总浸出率为80.28%。与上述工艺相比，堆浸工艺浸出率低，浸出时间长，不适合处理品位较高的原矿，此外堆浸工艺还存在着酸耗大、浸出液难处理等问题，这些都限制着堆浸工艺的推广应用。
1.4火法工艺与湿法工艺
火法冶金是指在高温下应用冶金炉把有价金属和精矿中的大量脉石分离开的各种作业，其主要包括：还原硫化熔炼镍锍工艺、回转窑-矿热炉镍铁工艺、还原焙烧-磁选工艺，这些工艺在现在红土镍矿冶炼中运用较多，主要成本低，投入少，常用。主要原理是，红土镍矿主要含有氧化镍、氧化铬、氧化铁、铝等氧化物。氧化镍首先还原，利用这一选择性还原原理可采取缺碳操作，红土镍矿石中几乎所有的氧化镍都可以还原为金属，从而达到镍富集的目的。湿法冶金是化学处理、有机溶剂萃取、杂质分离、金属和化合物提取到酸或碱性溶液中的过程。湿法冶金早已出现，且实际应用时间相当长，就算如今也不是很成熟，湿法工艺包括：还原焙烧-常压氨浸工艺、高压酸浸工艺、碱浸工艺等方法。湿法对环境友好、污染小，现在很多的研究者都着重研究这种方法，希望能研究出高效、绿色的湿法冶金方法。
2镍矿湿法冶金工艺前景分析
随着世界上硫化镍矿资源日趋枯竭以及未来镍需求量不断增长，红土镍矿是镍的主要来源，红土镍矿的低成本、高效率开发利用是镍工业的发展方向。高品位的红土镍矿被优先开发利用而逐渐减少，镍质量分数小于1%的低品位红土镍矿更适合于采用湿法冶金工艺处理。随着环保要求越来越严格，红土镍矿处理工艺应满足节能、低排放或超低排放的要求。红土镍矿湿法冶金生产过程中伴随着废渣、废水等工业废弃物的排放，必然对环境产生严重影响。实施废弃物资源化利用，实现清洁生产是红土镍矿湿法冶金的发展趋势。
还原焙烧－氨浸工艺中镍和钴的浸出率较低，并且对红土镍矿原料要求苛刻，目前仅在少数几家工厂用于工业生产，且这些厂家均为20世纪70年代前所建设，近30多年新建工厂很少采用这种工艺，还原焙烧－氨浸工艺无法成为湿法处理红土镍矿的主流工艺。
加压酸浸工艺可实现镍和钴的综合回收并且镍、钴的回收率均可达到90%，若将钴的价值计算在内，有望进一步降低该工艺的生产成本。但是加压酸浸工艺对设备要求严格，投资和设备成本大，随着大型压力釜制造技术越来越成熟，工艺装备水平越来越高，加压酸浸工艺的优势会更加明显。特别是钴含量高的红土镍矿，采用加压酸浸工艺处理更具有经济价值优势。因此，不断改进和完善加压酸浸工艺是未来湿法冶金工艺处理红土镍矿的发展方向。
3金属镍是一种战略性备用金属，对一个国家的生产和发展至关重要，在国防、航天、交通、石化、能源等领域具有重要作用，是国防、航天、交通、石化、能源等的重要原料，用于生产不锈钢、高温合金、高性能特种合金、磁性织物和电磁屏蔽材料。镍矿是氧化镍矿，世界大部分镍矿都存在于镍矿中，但是品位低，熔炼效率低，但湿法回收效率高，因此镍矿的开发利用技术也经过火法冶炼，转化为湿法浸出金属。
结语
湿法冶金技术在镍矿中的应用越来越广，其中以加压酸浸技术最为成熟，常压酸浸技术可以很好的节省投资、运行成本，但浸出率以及浸出效率仍有待进一步改善。堆浸技术在处理低品位镍矿中具有成本优势，但大范围的推广还需要解决浸出周期过长以及浸出液后续处理的问题。还原焙烧?氨浸工艺可以处理高镁镍矿，但由于该工艺成本较高、钴回收率较低，其适用范围很窄。生物冶金技术在处理低品位镍矿方面具有广阔的应用前景。初步的研究工作显示，对于高镁型硫化镍矿，在非常规体系下生物浸出具有一定的可行性，但仍需进行更深入的研究。
参考文献
[1]刘民武.中国几个镍矿床的地球化学比较研究[D].西安:西北大学，2003:7?9.
[2]胡显智.高镁矿石酸浸降镁及浸出液综合利用研究[D].昆明:昆明理工大学,2002:13?18.
[3]刘继军，胡国荣，彭忠东，等.红土镍矿处理工艺的现状及发展方向[J].稀有金属与硬质合金，2018，39（3）：62-66.
[4]曹占芳，钟宏，刘广义，等.红土镍矿镍和铁的综合回收试验[J].中南大学学报：自然科学版，2017，（11）：4199.
[5]毛素荣，杨晓军，何剑，等.云南某红土镍矿酸浸试验研究[J].矿产综合利用，2017（1）：39.