紅土鎳礦

隨著世界90年代經濟發(fā)展，占鎳用途65%的不銹鋼需求增長堅挺，鎳需求前5年平均每年增長4%以上，預測今后5～10年，增長率3.5%一4%，其中亞洲的鎳需求增長率將是7%。然而，世界可供近期開發(fā)的硫化鎳資源，除了加拿大的Voisey Bay鎳礦以外，幾乎寥寥無幾。全球至今約探獲7000萬噸鎳金屬量的資源。其中，硫化鎳約3000萬噸，占42%。其余均為紅土型鎳。開發(fā)利用紅土型鎳礦的長處在于：

第一，紅土型鎳資源豐富，全球均有4100萬噸鎳金屬量，勘查成本低。

第二，采礦成本極低。

第三，選冶工藝已經成熟。紅土型鎳礦的火法冶煉鐵鎳技術業(yè)已成熟，壓力酸浸技術亦趨成熟。該技術始于50年代，首次用于古巴Moa Bay礦，稱AMAX/PAL技術。此后，70年代澳洲QNI公司建成Yabula鎳廠，酸浸處理新喀里東尼亞、印尼及澳州昆士蘭州的紅土型鎳礦。加拿大Sherritt公司濕法處理紅土型鎳礦的技術已獲公認。

第四，紅土型鎳礦可以生產出氧化鎳、硫鎳、鐵鎳等中間產品，其中硫鎳，氧化鎳可供鎳精煉廠使用，以解決硫化鎳原料不足的問題。至于鐵鎳更是便于用于制造不銹鋼，降低生產成本。如印尼Antam公司利用本土的紅土型鎳礦，生產鐵鎳的成本已降至1.4美元/磅鎳（1磅=0.453kg--編者注）年產量近1萬噸含鎳量。

第五，世界紅土型資源主要分布于近赤道地區(qū)，大部分靠近海岸，便于外運。

因此，紅土型鎳建廠的投資雖然較大，一般每磅鎳年生產能力需9～11美元，但由于上述長處，如果工藝合理，管理有素，其每磅鎳的生產成本可低于硫化鎳。以澳大利亞最大的鎳業(yè)公司西部礦業(yè)公司（WMC）為例，每磅鎳的總成本（包括投資攤銷）自1996年3.0美元降至2.0美元（2000年）。工藝成熟、管理先進的紅土型鎳礦也可以達到這個水平。特別是近幾年紅土型鎳礦壓力酸浸技術項目的詳細可行性研究報告，將鈷的價值計算在內，每磅鎳的生產成本均在1.4美元以下。因此，紅土型鎳礦開發(fā)利用的技術中心已由火法轉為濕法的酸浸金屬。

隨著近幾年澳大利亞西部三個紅土型鎳廠的投資興建，人們對于紅土型鎳礦資源的利用性能及其類型又有新的認識，現(xiàn)可分為兩類：一類稱為“濕型”，主要分布于近赤道地區(qū)，如新喀里東尼亞、印尼、菲律賓、巴布亞新幾內亞和加勒比海地區(qū)；另一類稱為“干型”，主要分布于距赤道較遠的南半球大陸，以西澳為代表。除西澳外，紅土型鎳礦資源在東澳亦有分布，產于東澳昆士蘭州北部及新南威爾士州中西部，已探獲有300萬噸鎳金屬量，全澳合計達1500萬噸鎳金屬量。自1999年初起，西澳相繼有三個高壓酸浸的鎳廠開始生產，這三個廠為考斯（Cawse）、布?。˙ulong）和莫林莫林（Murrin Murrin），一期工程均基建完畢，這三個廠采用的基本工藝流程均為高壓酸浸HPAL（High PressureAcid Leach），但后半部流程有所不同?？妓规噺S生產氫氧化鎳中間產品，然后再電解生產出金屬陰極鎳和硫化鈷。布隆廠的流程則不經過氫氧化鎳中間產品的過程，直接電解生產鎳和鈷金屬。莫林莫林則與古巴Moy Bay鎳廠現(xiàn)場流程相近，并沿用加拿大Sherritt技術，先生產混合的硫化鎳/鈷中間產品，而后電解精煉生產出金屬鎳和鉆。

世界上又有一批新的紅土型鎳礦PAL鎳廠的興建和擴建項目開始著手進行

發(fā)展趨勢十分明顯，可以歸納為：

（1）由于硫化鎳可供開發(fā)資源的明顯減少，世界未來十年鎳產量的增加將主要來源于紅土型鎳礦資源的開發(fā)，而紅土型鎳礦資源開發(fā)中，PAL技術發(fā)展趨勢大于鐵鎳技術；

（2）PAL濕法技術與紅土型鎳礦的火法冶煉廠的投資成本大體相當，即年生產能力每磅鎳8～12美元。但是，PAL技術的鎳廠在下一輪興建或擴建項目中，其基建投資將會明顯下降；

（3）PAL流程的生產成本在一般情況下低于鐵鎳流程，加上PAL方法耗能明顯低于鐵鎳流程。因此，在經濟上，PAL技術方法將顯示出其優(yōu)越性；

（4）由于“濕型”紅土礦資源具有品位較高、粘土少，易于處理的優(yōu)點，與“干型”紅土礦資源相比，“濕型”資源的開發(fā)項目更具有開發(fā)利用的優(yōu)勢。

（5） 紅土型鎳礦的PAL技術可在現(xiàn)場生產出中間產品：氫氧化鎳或硫鎳，由此可以提供現(xiàn)有鎳精煉廠的擴產或解決供料不足的問題，這是目前西方許多鎳公司所采取的經營方向。這個經營思路值得我國借鑒.

我國鎳礦類型主要為硫化銅鎳礦和紅土鎳礦。我國的紅土鎳礦主要從菲律賓進口。由于自1970年起日本與菲律賓開始進行合作，成立合資礦業(yè)公司開采含鎳2%以上的高品位鎳礦，運送回新日鐵和住友商社進行冶煉，導致菲律賓的高品位鎳礦砂被日本企業(yè)壟斷，而我國只能進口鎳含量在0.9%～1.1%的低品位鎳礦砂。

我國周邊國家有鎳礦儲量1125萬噸，只分布在少數(shù)國家，包括俄羅斯(660萬噸)、印度尼西亞(320萬噸)、菲律賓（41萬噸）、緬甸(92萬噸)和越南(12萬噸)，但占世界總儲量比例較大，約占23%。其中 紅土鎳礦主要分布在印度尼西亞、菲律賓以及緬甸。印度尼西亞鎳資源主要為基性、超基性巖體風化殼中的紅土鎳礦，分布在群島的東部，礦帶可以從中蘇拉威西追蹤到哈爾馬赫拉、奧比、瓦伊格奧群島，以及伊利安查亞的鳥頭半島的塔納梅拉地區(qū)，由于印度尼西亞超基性巖帶風化殼廣泛分布，因此其紅土型鎳鈷礦有良好的找礦前景。菲律賓也以紅土鎳為主，主要分布在諾諾克島。緬甸也有紅土型硅酸鎳礦，受印緬山脈超基性巖帶控制，分布在中部盆地西緣。俄羅斯的鎳資源分布在西伯利亞地臺西北緣諾里爾斯克硫化銅鎳礦區(qū)。越南鎳礦為銅鎳硫化物型，分布在西北部，已知有山蘿省的班福礦床，賦存在黑水河裂谷塔布蛇綠巖帶內，有探明儲量12萬噸。

用紅土鎳礦提取鎳金屬有三種主要工藝，即濕法冶煉（電解法），火法冶煉（電爐法），火法冶煉（高爐法）。

目前我國新設工業(yè)項目已實行環(huán)保評估一票否決制度，因此首先從環(huán)保與循環(huán)經濟方面進行比較：

紅土鎳礦冶煉工藝技術濕法冶煉

一般紅土鎳礦含Ni在0.8~3.0%之間，含Co在0.02~0.3%之間，濕法冶煉僅提取其中的Ni和Co，其余近97%部分包含含量較高的Fe（占總量的10~45%%）和少量的Cr全部作為固體廢棄物廢棄，需建專門場地堆集；濕法冶煉采用液態(tài)酸或氨作為Ni、Co的浸出劑，使用后除部分回收利用外，其余均以液態(tài)經處理后排放江河或匯入廢液潭；濕法冶煉中還會產生大量的CO2氣體排放。由于生產中產生的固體、液體、氣體廢棄物不能被循環(huán)利用，從而對環(huán)境造成極大危害，屬三廢全排放，因此，在我國沒有發(fā)展前途。

紅土鎳礦冶煉工藝技術火法冶煉

無論是電爐還是高爐，生產中產生的固體爐渣因已經高溫煅燒，經干燥研磨即成為低強度的水泥，是水泥生產廠家生產標準水泥時最佳的填充劑，也是磚瓦廠生產磚瓦的優(yōu)質原料，可100%得到循環(huán)使用；另外，高爐生產中使用的冷卻水，可建封閉冷卻水池循環(huán)使用；高爐沖渣水也可沉淀后循環(huán)使用。因此火法冶煉產生的固體、液體廢棄物幾乎全部得到循環(huán)回收利用，在三廢中徹底解決了二廢，因此是我國鎳金屬提煉工業(yè)發(fā)展的方向。但無論是電爐還是高爐，對生產中產生的CO2排放尚沒有徹底解決的辦法，國際上也沒有解決此難題的報導。由于紅土鎳礦與一般鐵礦相比硫含量較低，因此生產中SO2排放較一般生鐵冶煉大大減少，但火法冶煉中對煤氣的回收利用，對粉塵的回收利用則是重點。其中電爐占地面積小，較易處理；高爐則相對工程與投資量較大。我們應密切結合我國的實際，加速研究、制定整套火法冶煉鎳鐵的符合環(huán)保生產和循環(huán)經濟需要的設備、標準和工藝是當務之急。

電爐冶煉

主要以電為主要能源。一般人都認為電能清潔、方便，冶煉時不排放CO2，符合環(huán)保。我們應了解，如果所用的電是核電、風電、太陽能電，這觀點當然不錯。但事實是我國電爐冶煉絕大部分使用煤電，發(fā)電過程中產生大量CO2與廢氣，煤燃燒經鍋爐將水變成高溫、高壓蒸汽以氣體能帶動氣輪機轉動形成機械能，汽輪機的機械能再帶動發(fā)電機轉動形成電能。能量的形式每轉換一次，效率就降低一次；加之電能遠距離輸送的損耗，因此經層層損耗，電能至用戶電爐時每消耗一度電發(fā)出的熱量遠低于將發(fā)這一度電的煤炭直接投入高爐產生的熱量。因為投入高爐的焦炭是直接燃燒不經能量轉換而效率高。由于用電能和電爐冶煉同高爐相比必須達到同樣的溫度才能出鐵水，因此用電能與電爐冶煉耗電轉化為電煤的用量將高于用高爐用焦炭的用量，推而論之，用電能經電爐冶煉排放CO2總量將超過高爐冶煉。其次，高爐冶煉時以焦炭為能源，而將煤煉成焦炭過程可從煤中提取幾百種化工原料，公認是最經濟合理綜合利用煤資源的有效途徑。最后，電力生產投資大，焦炭生產投入少。因此，高爐生產鎳鐵比電爐生產在能源消耗與環(huán)保上更勝一籌。

從不同工藝的產品質量、價格與市場需求比較，濕法冶煉：能分別提煉出含量99.9%的鎳和鈷金屬，這是濕法冶煉最大的優(yōu)勢。其產品純鎳是電鍍、電池、化工催化設備與特種不銹鋼特鋼的主要原料；純鈷是耐高強、高溫、高耐磨特鋼的主要原料。

濕法冶煉在我國歷史比較長，占我國鎳金屬產量比例較高。但純鎳的年產量已遠超過以上用途的年市場需求量。因此，目前相當大部分被轉用于300系列含鎳不銹鋼的冶煉。這真是高射炮打蚊子，有大材小用之嫌。由于濕法冶煉生產工藝投資大，周期長，工藝復雜，成本較高而售價較高，使不銹鋼與特鋼生產企業(yè)對其是又愛又恨。愛其純度高，使用方便，產品質量有保證；恨其價格太高，使產品成本上升盈利降低，減少市場競爭能力，但這種狀態(tài)一時尚難以改變。

火法冶煉的電爐工藝：

能提煉出含鎳10~25%，含少量鈷與鉻的鎳鐵，可以代替純鎳成為冶煉300系列不銹鋼的鎳原料。因其以電作為主要熱能（一般需消耗7000~8000度電生產一噸鎳鐵），它不像高爐用焦炭作為熱源同時也把焦炭中的磷帶入產品中，因此電爐產的鎳鐵磷含量應比高爐低，對縮短冶煉不銹鋼時間有利，因此廣受市場歡迎。但美中不足的是，我國電力供應持續(xù)緊張，我國對高耗電行業(yè)管制很嚴，而且生產企業(yè)所在地區(qū)一旦用電緊張，首當其沖是斷用電大戶電爐的電，使生產不正常。其次，電爐煉鎳鐵產量較低，單臺2.5萬KW的電爐，每年產含鎳14%的鎳鐵為2.5萬噸左右，遠遠不能滿足近幾年我國不銹鋼產業(yè)井噴式發(fā)展對鎳金屬的大量需求；最后要說明，電爐冶煉含鎳15~25%，甚至更高含鎳量的鎳鐵并不是通過提高入爐鎳礦的鎳含量來實現(xiàn)，相反是通過減少鎳礦中鐵的還原來實現(xiàn)，這樣大量的未經還原的氧化鐵以爐渣排出（有時爐渣中鐵的含量竟高達20%以上），爐渣又被運到水泥廠做水泥或制磚廠做磚瓦。考慮到目前含鐵量65%的進口鐵礦市場價已達到一千幾百元一噸，大量的含鐵爐渣去做水泥或磚瓦實在是對資源的極大浪費。

電爐工藝生產的鎳鐵銷售價以含鎳量計，在市場純鎳價基礎上打一定折扣，其余鐵、鈷、鉻奉送不計價，冶煉300系列不銹鋼相比用純鎳冶煉，每噸可下降成本3000~4000元。

火法冶煉高爐法：

能冶煉出含鎳1.5~10%并含少量鐵與鉻的鎳鐵，可以成為冶煉含鎳不銹鋼的基礎原料。由于礦價與海運費高和鎳鐵銷售僅以含鎳量計價的原因，除非客戶特別要求并給于升價，一般含鎳4%以下的鎳鐵已很少有廠家冶煉，市場上最受歡迎的是含鎳10%，含磷≤0.035%的鎳鐵，不銹鋼廠家只需要加入一定量鉻鐵即可冶煉成300系列的產品（低于鎳含量10%的鎳鐵去冶煉300系列不銹鋼還需加入一定量的純鎳或電爐產高鎳鎳鐵作調節(jié)）。因技術、礦的成分等原因，目前能生產以上成分的高爐不多。高爐冶煉鎳鐵的最大特點是產量高。一座208m3高爐年產量可達到4萬噸以上，由于需加入鉻鐵與高鎳鐵，6座這樣的高爐可滿足一家年產30萬噸304不銹鋼廠的基本鎳與鐵需求。

不銹鋼冶煉脫磷最難，高爐鎳鐵控制磷含量達到0.035%以下是關鍵。目前本公司已基本掌控了高爐內脫磷技術，我們的產品甚至比一些電爐冶煉廠家的產品鎳更高，磷更低。由于產量比較高，鎳含量一般比電爐冶煉低，銷售計價方式同電爐鎳鐵，但折扣系數(shù)更大些，每個鎳略低于電爐鎳價。綜上所述，以高爐鎳鐵為基本原料，以電爐鎳鐵為調節(jié)原料，是組成300系列不銹鋼原料的成本最低，供應量最有保障的最佳組合，是今后發(fā)展的方向。

高爐能煉生鐵，也能煉鎳鐵。鎳鐵和生鐵雖一字之差，卻分屬于鐵合金與普鐵二個行業(yè)，其所用礦成分、配方及冶煉工藝等有相當大的區(qū)別，將冶煉生鐵的一套觀念生搬硬套到鎳鐵冶煉上去是絕對錯誤的。

鎳鐵和生鐵礦的金屬含量有天壤之別：高爐冶煉生鐵如用進口含鐵65%礦，出一噸鐵產幾百公斤的渣；如煉含鎳7%的鎳鐵，一般需要消耗含鎳1.5%、含鐵20%左右的干礦5噸，濕礦為7.7噸左右，礦總金屬含量在21.5%左右，因此出1噸鎳鐵產4噸爐渣，幾乎是生鐵冶煉出渣的近十倍。渣口打開與出渣耗時、出渣次數(shù)明顯增加，工藝等必須作大的調整。

目前盛行煉生鐵大高爐是先進生產力，符合環(huán)保，小高爐是落后生產力，是污染大戶，必須淘汰，并把這一觀點生搬硬套到冶煉鎳鐵上來，其實這是天大的誤解。由于煉鎳鐵出渣是煉生鐵的很多倍，因此大型高爐不宜轉煉鎳鐵，因為出渣量實在太大，出渣口開放時間太長，影響爐溫，影響生產順行。從高爐每立方米爐容每天出鐵噸數(shù)來比較，一般100~200立方米的小高爐出鐵系數(shù)在3.4，即每立方米每天產鐵3.4噸，爐型、爐料和技術如果配合好，還可超過這一系數(shù)。相反，近年國內外大量投產的幾千立方米高爐，其出鐵系數(shù)僅在2左右徘徊，原因何在？

原來高爐大小是按爐容來衡量的，而爐容是長寬高的三維立體空間，是以長度單位米的3次方計量的，但高爐以頂部加入燒結礦與焦炭后逐步下降并燃燒，溫度逐步上升，直至某一個高度層面溫度才達到礦中氧化鐵在此溫度環(huán)境下還原流出鐵水，即主要的產鐵量主要是由層面面積大小決定的，而層面面積是以長度單位米的2次方計量，在米的數(shù)字大于1以后，米的二次方永遠小于米的三次方。因此說大高爐一定比小高爐好，在出鐵比上卻恰恰相反，雖然大高爐上環(huán)保設備比較經濟，人力成本分攤相對較低，但如果大高爐不裝節(jié)能環(huán)保設備同樣是污染大戶。

目前國內冶煉鎳鐵高爐一般均從煉鐵高爐改造而來，最大爐容沒有超過400m3，生產尚正常，但我們已發(fā)現(xiàn)爐容越大，生產越困難，單位容積每天出鎳鐵量越少的規(guī)律。實踐是檢驗真理的唯一標準，科學發(fā)展觀首先必須建立在科學的客觀的在實踐基礎上的調查研究上，才能保證在實事求是的基礎上制定新的政策。因此就高爐冶煉鎳鐵這一特定項目而言，說大高爐一定比小高爐好，甚至不經調查研究，拍腦袋下達新建鎳鐵高爐必須達到1000m3以上的標準是典型的反科學的行為，而且已造成十分嚴重的后果。舉個例子：我公司生產的產品以冷的鎳鐵塊運至我國主要的幾家不銹鋼廠供冶煉300系列不銹鋼用。其中一家不銹鋼冶煉廠去年因新建的一座幾千立方米的高爐即將投產，原有的二座各為700 多立方米的高爐將停爐，希望我公司將其改煉鎳鐵，本公司表示同意。

我們預計這二座完全符合國家鐵合金生產標準的高爐可年生產含鎳7%左右的鎳鐵水25萬噸左右，可直接入該廠轉爐及AOD爐煉成300系列不銹鋼。鎳鐵水熱裝熱送符合國家大力提倡的節(jié)能減排政策，與用冷的鎳鐵塊需用中頻爐熔化相比每噸可節(jié)省電費300~400元左右，以25萬噸計，每年可節(jié)省近一億元以上的電費，相當于每年節(jié)約用煤近7萬余噸，可減少排放CO220萬噸左右。但不久該廠說為完成節(jié)能減排指標此二座高爐必須拆除。去年年末，當一家著名報刊頭版刊登該廠二座700多立方米高爐被拆除，每年可減少排放多少萬噸廢氣時我只有痛心疾首，幾億元完全有使用價值的國家資產頃刻灰飛煙滅，而每年幾十萬噸冷的鎳鐵塊仍源源不斷的運往該廠加熱熔化煉成不銹鋼，而這一切均是在節(jié)能減排名義下進行的。

《紅土鎳礦冶煉鎳鐵新技術：原理與應用》對鎳資源及紅土鎳礦的開發(fā)利用進行了綜述，詳細闡述了紅土鎳礦冶煉鎳鐵流程中的選擇性固態(tài)還原技術、熔煉渣系調控技術、軟熔性能調控技術、冶煉渣資源化利用技術的原理與工業(yè)生產應用新進展。

《紅土鎳礦冶煉鎳鐵新技術：原理與應用》可供冶金工程、礦業(yè)工程、資源綜合利用等領域的科研、生產、管理人員閱讀參考。