曹 林

（新疆新鑫礦業(yè)股份有限公司阜康冶煉廠，新疆 昌吉 831500）

伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速提升，鎳的需求量不斷增加，現(xiàn)如今，大部分鎳產(chǎn)量進(jìn)一步取自于硫化鎳礦，但是硫化鎳礦資源持續(xù)減少，這類供需矛盾日漸凸顯[1]。紅土鎳礦儲(chǔ)量很多，容易開(kāi)采，是以后鎳的核心來(lái)源，實(shí)現(xiàn)紅土鎳礦資源的全面開(kāi)發(fā)以及利用擁有關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)意義。紅土鎳礦主要是由含鎳的巖石經(jīng)蝕變、浸淋、富集與風(fēng)化而成,重點(diǎn)是由硅、鋁與鐵等共同構(gòu)成的礦石。這項(xiàng)工藝涵蓋濕法冶金以及火法冶金，濕法冶金工藝擁有一系列優(yōu)勢(shì)，如金屬回收率高、環(huán)境污染小、能耗低等。

1 紅土鎳礦濕法冶金工藝及現(xiàn)狀

1.1 火法工藝以及濕法工藝

火法冶金重點(diǎn)是指在較高的溫度下借助于冶金爐將有價(jià)金屬以及精礦里面的很多脈石進(jìn)行分離的各項(xiàng)作業(yè)。其核心原理是，紅地鎳礦包含氧化鐵、氧化鉻、鋁以及氧化鎳等氧化物。氧化鎳首先實(shí)現(xiàn)還原，憑借這個(gè)原理能夠開(kāi)展缺碳操作，紅地鎳礦石中基本全部的氧化鎳都能夠還原成金屬，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鎳富集的終極目的[2]。濕冶金是有機(jī)溶劑萃取、雜質(zhì)分離以及化學(xué)處理、金屬與化合物進(jìn)一步提取到酸性溶液中的過(guò)程。濕冶金很早就已經(jīng)產(chǎn)生，且現(xiàn)實(shí)運(yùn)用時(shí)間很長(zhǎng)，至今為止也不是十分成熟。如今大部分研究者都對(duì)這種方法進(jìn)行重點(diǎn)研究，希望可以研究出更好的濕法冶金手段。

1.2 加壓酸浸工藝

這項(xiàng)工藝的具體流程是：對(duì)紅土鎳礦進(jìn)行破碎，然后磨細(xì)制漿；在高溫以及高壓環(huán)境中，采取稀硫酸把紅土鎳礦里面的鐵、鈷、鋁、硅、鎳等不斷浸出；經(jīng)過(guò)調(diào)整溶液的酸堿值等對(duì)反應(yīng)條件進(jìn)行控制，推進(jìn)硅、鋁以及鐵等元素進(jìn)一步產(chǎn)生水解反應(yīng)，然后通過(guò)沉淀的方式不斷析出，最后進(jìn)入渣里，鎳以及鈷選擇性地進(jìn)入浸出液；浸出液采取硫化氫實(shí)現(xiàn)還原以及中和處理，浸出液里面的鎳與鈷進(jìn)一步生成鎳與鈷的硫化物，并且采取沉淀的方式不斷析出；通過(guò)以前的工序，鎳與鈷的硫化物就能夠生產(chǎn)出終極產(chǎn)品[3]。

加壓酸浸工藝的主要優(yōu)點(diǎn)就是鎳與鈷的回收率都超過(guò)90%。一般來(lái)說(shuō)，這項(xiàng)工藝能夠處理紅土鎳礦，在MgO含量不高的褐鐵礦型紅土鎳礦中很適用。當(dāng)?shù)V石里鎳與鈷的含量不變的時(shí)候，MgO含量對(duì)稀硫酸的消耗量產(chǎn)生了極大的影響，從而對(duì)這項(xiàng)工藝的生產(chǎn)成本產(chǎn)生了影響。紅土鎳礦的礦物構(gòu)成影響了這項(xiàng)工藝的金屬回收率，這項(xiàng)工藝比較適合處理以針鐵礦為核心的礦石。在加壓酸浸的整個(gè)過(guò)程中，溶液里面的硅、鋁與鎂等容易出現(xiàn)沉降，對(duì)管道進(jìn)行堵塞，需第一時(shí)間開(kāi)展清理，對(duì)生產(chǎn)效率產(chǎn)生了直接影響。高壓酸性環(huán)境對(duì)設(shè)備的要求很嚴(yán)格，同時(shí)生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備以及管道等存在嚴(yán)重的腐蝕現(xiàn)象。

1.3 還原焙燒-氨浸工藝

這項(xiàng)工藝的核心原理是把鈷、鎳以及一些鐵不斷還原為合金，其中褐鐵礦里面的很多鐵在還原以及焙燒過(guò)程中轉(zhuǎn)變成磁鐵礦，蛇紋巖里面的鐵幾乎不被還原。通過(guò)若干級(jí)逆流氨浸，金屬鈷、鎳與氨共同構(gòu)成絡(luò)合物鈷氨、鎳氨，鐵氨產(chǎn)生后水解沉淀成氫氧化鐵，選擇性浸出了鎳與鈷。浸出液通過(guò)干燥、蒸氨、煅燒以及凈化對(duì)氧化鎳產(chǎn)品進(jìn)行制備。氨浸法的主要優(yōu)勢(shì)是碳酸銨溶劑腐蝕性很小以及易回收利用[4]。同時(shí)，在這項(xiàng)工藝的開(kāi)展過(guò)程中，礦石里面的鎂不被還原以及浸出，比較適用于Mg含量很高的紅土鎳礦的處理?？蛇@項(xiàng)工藝的能量耗損很高，鎳與鈷的回收率不高。至今為止，全球只有幾家工廠采取這項(xiàng)工藝對(duì)鎳紅土礦進(jìn)行處理。具體的工藝流程如圖1所示。

圖1 還原-焙燒氨浸工藝流程圖

2 濕法工藝存在的問(wèn)題以及新興工藝

2.1 濕法工藝的難題

高壓釜結(jié)垢的產(chǎn)生、氧化程度以及礦物因素等問(wèn)題是高壓酸浸效率的核心影響因素，有效處理這些問(wèn)題，才可以使高壓酸浸盡早投入使用。還原焙燒是將鐵不斷還原成Fe3O4，如此便于使用磁選進(jìn)一步除去鐵，在氨浸過(guò)程中應(yīng)該先對(duì)FeO進(jìn)行溶解，因?yàn)榇嬖谶@種問(wèn)題，所以氨浸法基本用來(lái)處理表層的紅土鎳礦，就不適用于處理銅與鈷含量比較高的紅土鎳礦，這極大地阻礙了氨浸法的大范圍應(yīng)用[5]。要想解決堿浸法的相關(guān)問(wèn)題，就需要控制好固液比以及溫度等。假如可以及時(shí)解決這些問(wèn)題，則濕法冶金將會(huì)盡早投入使用，如此能夠更好地提升鎳的生產(chǎn)效率，推動(dòng)社會(huì)的迅猛發(fā)展。

2.2 直接焙燒

直接焙燒一般包含直接焙燒、加堿性物質(zhì)實(shí)施焙燒兩種方式。加堿性物質(zhì)實(shí)施焙燒主要是指將堿性物質(zhì)加入到紅土鎳礦中實(shí)施焙燒，處理之后的礦物結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)變化。這種焙燒方式能夠使鎳的浸出率獲得提升。加堿后浸出工藝對(duì)設(shè)備的要求不高，設(shè)備開(kāi)支不高，設(shè)備使用壽命也會(huì)進(jìn)一步延長(zhǎng)，同時(shí)能夠浸出其他金屬，可以實(shí)現(xiàn)其他金屬的有效利用。直接焙燒主要是指對(duì)紅土鎳礦直接開(kāi)展高溫焙燒，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)礦物的改性。試驗(yàn)明確表明，紅土鎳礦經(jīng)過(guò)300℃高溫焙燒后浸出，鎳的浸出率能夠達(dá)到93%，不過(guò)溫度大于300℃的時(shí)候，就會(huì)影響浸出率。

2.3 微波應(yīng)用工藝

對(duì)于物質(zhì)的加熱，微波擁有一定的選擇性，因此在紅土鎳礦的浸出過(guò)程中能夠采取微波實(shí)施加熱，同時(shí)還不會(huì)對(duì)其他物質(zhì)進(jìn)行加熱[6]。微波在加熱過(guò)程中既具有一定的選擇性，也能夠?qū)ΦV石里面的水分進(jìn)行去除，如此能夠減少工作量。部分研究人員將微波以及酸浸配合使用，能夠使鎳的產(chǎn)率獲得充分提高，同時(shí)由于微波能夠提升酸浸的便利性，于是減少了成本。

2.4 氯化法工藝

氯化法浸出主要是指把氯化劑和紅土鎳礦進(jìn)行混合，然后投進(jìn)反應(yīng)釜中再加水，在一定的條件下開(kāi)展反應(yīng)，使紅土鎳礦里面的金屬進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成氯化物，接著再提取出金屬的冶金手段。部分研究人員經(jīng)過(guò)對(duì)紅土鎳礦進(jìn)行氯化焙燒處理，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)鎳的浸出率可以達(dá)到大約92%，而鐵的氯化能夠降低到大約2%，這是一項(xiàng)有實(shí)際意義的突破，為未來(lái)濕法冶金提供了越來(lái)越多的選擇以及可能，氯化法浸出能夠?qū)θ魏纹肺坏募t土鎳礦進(jìn)行處理，尤其是將這一方法運(yùn)用到低品位的紅土鎳礦中，可以充分提升效率。

3 紅土鎳礦濕法冶金工藝的前景

伴隨未來(lái)鎳需求量的日益上升，紅土鎳礦是鎳的核心來(lái)源，紅土鎳礦的有效開(kāi)發(fā)以及利用、低成本是鎳工業(yè)的核心發(fā)展方向。優(yōu)質(zhì)的紅土鎳礦被提前開(kāi)發(fā)以及利用而持續(xù)減少，濕法冶金工藝更加適用于處理低品位的紅土鎳礦。伴隨環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，紅土鎳礦的相關(guān)處理工藝應(yīng)該更好地滿足低排放與節(jié)能的要求[7]。在對(duì)紅土鎳礦進(jìn)行濕法冶金處理時(shí)，伴隨著廢渣以及廢水等廢棄物的進(jìn)一步排放，一定會(huì)極大地影響環(huán)境。紅土鎳礦濕法冶金的重要發(fā)展趨勢(shì)是有效利用廢棄物，更好地實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

還原焙燒-氨浸工藝中鎳以及鈷的浸出率不高，并且對(duì)紅土鎳礦的原料要求很高，現(xiàn)如今只運(yùn)用于幾家工廠的工業(yè)生產(chǎn)中，且這些廠家都是1970年代前所建設(shè)，近幾十多年的工廠較少采取這種工藝，此工藝不能變成濕法冶金工藝進(jìn)一步處理紅土鎳礦的主流工藝。

加壓酸浸工藝能夠全面回收鎳與鈷，且鎳與鈷的回收率都能夠高達(dá)90%，如果把鈷的價(jià)值計(jì)算在內(nèi)，有望充分減少這項(xiàng)工藝的生產(chǎn)成本。然而此工藝對(duì)設(shè)備的要求很高，投資成本很大，隨著壓力釜制造技術(shù)日益成熟，工藝裝備水平逐漸提升，此工藝的優(yōu)點(diǎn)會(huì)愈發(fā)突出。尤其是對(duì)鈷含量較高的紅土鎳礦進(jìn)行加壓酸浸工藝處理，其經(jīng)濟(jì)價(jià)值的核心優(yōu)勢(shì)更顯著。于是，加壓酸浸工藝的持續(xù)優(yōu)化是濕法處理紅土鎳礦的核心發(fā)展方向[8]。

相比于加壓酸浸工藝，常壓酸浸工藝操作簡(jiǎn)單，容易控制，投資成本不高，然而元素的浸出率不高，浸出液難以分離，阻礙了這項(xiàng)工藝的工業(yè)化運(yùn)用[9]。常壓酸浸工藝進(jìn)一步處理紅土鎳礦之后形成的氫氧化鎳或者硫鎳，能夠作為鎳精煉廠的生產(chǎn)原料，這類經(jīng)營(yíng)方式的創(chuàng)新?lián)碛幸欢ǖ膮⒖純r(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，金屬鎳對(duì)一個(gè)國(guó)家的生產(chǎn)以及發(fā)展很關(guān)鍵，在石化、交通、航天、能源以及國(guó)防等行業(yè)擁有關(guān)鍵作用，是這些行業(yè)的核心原料，用于生產(chǎn)高溫合金、不銹鋼、磁性織物以及電磁屏蔽材料。紅地鎳礦屬于氧化鎳礦，世界大多數(shù)鎳礦都儲(chǔ)存在紅土鎳礦中，然而品位不高，熔煉效率較低，可濕法回收率很高，于是紅土鎳礦的開(kāi)發(fā)以及利用技術(shù)也經(jīng)過(guò)火法冶煉，進(jìn)一步轉(zhuǎn)變成濕法浸出金屬。