摘  要  通过概述红土镍矿资源及性质，对红土镍矿处理工艺进行分析，指出了各种工艺的优缺点，同时介绍工艺处理后尾渣的综合利用进展，提出未来以市场为导向，因地制宜的开采红土镍矿资源，达到经济最优。

关键词  红土镍矿  资源利用  镍资源  

1  前言

镍及镍合金具有耐腐蚀、磁性等特点，在军工、航空航天材料等诸多领域具有重要应用，目前由于不锈钢、镍合金以及电镀等领域对镍的大量需求，镍矿物资源的消耗越来越大。镍矿主要为两大类，一类是硫化矿，另一类是氧化矿。以往一直以硫化矿作为主要开采与利用对象，而随着硫化矿资源的逐渐减少，氧化镍矿的消耗比例逐步增加，到2010年，氧化矿消耗量已超过硫化矿，到2016年，中国进口镍矿达2850万干吨，由镍矿火法冶炼的镍铁产量达到733.69万吨，含镍40.4万吨，电解镍产量17.2万吨，共计生产镍57.60万吨。

2  红土镍矿资源及性质

红土镍矿床是含镍橄榄岩在热带或者亚热带地区经过大规模的长期风化淋滤变质而成的，是由铁，铝，硅等含水氧化物组成的疏松的粘土状矿石。由于铁的氧化，矿石呈红色，所以被称为红土镍矿，目前发现的红土矿多在热带、亚热带地区，这与红土矿的成因有关。其主要分布见表1。

由于红土镍矿的 Fe/Ni、SiO2/MgO、化学与物理水含量等波动较大，因此提炼工艺差别也大。按照其矿层分布可分为褐铁矿层，过渡层，腐殖土层；按不同的矿物类型分类，又可分为褐铁矿型和硅镁镍矿型。总体来说含镍高的矿物类型适合采用火法冶金的方法处理，主要生产镍铁合金和镍锍，而含镍量相对较低的矿物类型适合采用浸出等湿法冶金工艺。红土镍矿的分类，组成与目前的提取技术见表 2。

3  红土镍矿处理工艺

红土镍矿处理工艺主要分为火法冶金和湿法冶金两种。不同的处理方法均有各自的适应性，需要根据矿石镍、钴含量和矿石类型的差异，以及当地燃料、水、电和基础设施等状况不同，选用适宜的冶炼工艺。

3.1  火法工艺

火法冶金主要处理含镍1.5%-3%、Fe10%-40%、MgO5%-35%、Cr2O31%-2%的含镍品位较高的变质橄榄岩。主要的生产工艺有矿热炉法、高炉法、鼓风炉法，矿热炉法和回转窑粒铁法等。

3.1.1  回转窑干燥预还原-电炉还原熔炼法（1-2）

回转窑干燥预还原-电炉还原熔炼是处理红土镍矿的经典工艺。含水约30%的红土镍矿经回转窑在800℃干燥脱水和预还原处理后，再送入矿热电炉，在约1550-1600℃的高温下还原熔炼产出含镍>15%的镍铁，供生产不锈钢。国外已有多个生产厂家采用该工艺，所使用的矿热电炉功率最大为85000KV•A。中国有色矿业集团有限公司拟在缅甸投资建运的达贡山镍冶炼厂也采用该冶炼工艺，设计年生产规模为3万t镍，设计的矿热电炉功率为80000KV•A。

由于工艺能耗高，从经济角度上考虑，适宜于处理镍含量大于2%，钴含量小于0.05%的矿石，且要求当地要有充沛的电力或燃料供应。

3.1.2  烧结鼓风炉硫化熔炼法

烧结鼓风炉硫化熔炼也是经典工艺。红土镍矿在配入适量的CaO和SiO2后，在约1100℃下烧结成块（或挤压成团、自然晾干），再配入20%左右的黄铁矿和20%-30%的焦炭，在鼓风炉内约1350℃的温度下熔炼，产出含镍8%-15%的低冰镍产品。镍回收率通常可以达到85%以上，并可以回收钴，由于镍回收率低，适用于处理含镍大于1%的红土镍矿。

3.1.3  烧结-高炉还原冶炼法

烧结高炉还原冶炼工艺是具有中国特点的我国独创的工艺。随着国家产业政策的调整，大量500m3以下的炼铁高炉被淘汰。但由于国内不锈钢用镍紧张，红土镍矿大量进口，加之当地政府为了解决就业问题和创造税收，这些被淘汰的高炉又被用于红土镍矿的处理，生产含镍1.5%~5%的镍生铁。

3.1.4  回转窑直还原生产镍铁粉法

     在红土镍矿回转窑直还原生产镍铁粉的生产工艺中，混合料压球从窑尾给入，随着窑体转动，向前行进，与窑头的高温烟气形成逆流，发生热交换；物料依次经过预热、分解过渡、高温还原、冷凝段，回转窑的还原带温度约1250～1450℃；

3.1.5  印尼新建镍铁产能分布

3.2  湿法处理工艺

    湿法处理工艺的主要优点是金属回收率高，能够综合回收镍、钴、铁等有价金属，能耗低，能够处理低品位矿石等。其中以还原焙烧-常压氨浸工艺和高压酸浸工艺为主。

3.2.1  还原焙烧-常压氨浸工艺

还原焙烧-常压氨浸工艺最早由 Caron 教授发明，因此又称Caron 工艺。古巴尼加罗厂采用的工艺是典型的氨浸工艺。还原焙烧使镍及氧化镍最大限度地还原成金属镍，同时控制反应条件，使少量的铁氧化物还原成金属铁，大部分铁仅还原成三氧化二铁，然后采用氨浸出，将金属镍溶解成镍氨络合物，氨浸液经蒸馏塔蒸馏后为浆状碱式碳酸镍，送入煅烧窑内进行干燥和煅烧后得到NiO,NiO可以作为产品出售，也可以进一步还原成金属镍。

3.2.2  加压酸浸工艺

加压酸浸法最早应用于古巴的毛阿镍厂，原理是在240～265 ℃、4~5MP的高温高压条件下用稀硫酸浸出,随后通过控制一定的pH值,使Ni、Co、Cu、Zn等氧化物与H2SO4反应形成易溶的二价硫酸盐进入溶液,而铁则形成难溶的三价氧化物与Al2O3等留在渣中。其处理过程是:红土矿在高压釜内经硫酸浸出,Ni、Co进入溶液,Fe则留在渣中。浸出矿浆经浓密机逆流洗涤后,在加压釜内通入硫化氢,沉淀出Ni、Co、Cu等,镍钴硫化物再经精炼处理。

3.3  常见红土镍矿处理工艺优缺点对比表

3.4  其它红土镍矿处理技术的研究进展

3.4.1  生物浸出法

生物浸出工艺有真菌衍生物有机酸浸出、异样微生物直接浸出等工艺，真菌衍生物有机酸浸出又称为酸溶液络合浸出、微生物增值过程中产生的有机酸与金属氧化物反应生成络合物而被微生物浸出。真菌衍生有机酸对镍浸出时间短且浸出环境温和，相对于传统工艺污染量少、工艺操作简单。其工艺为先培养真菌、待其培养液的值处在适宜的范围时抽滤后，取其上清液对红土镍矿浸出。牟文宁（3）等采用黑曲霉菌对红土镍矿进行生物浸出，发现通过黑曲霉菌衍生物有机酸浸出后，镍的浸出率为73.5%。

3.4.2   微波冶金应用

     微波对矿物的加热具有选择性，通过微波对红土镍矿进行加热时，会直接加热矿中含镍的矿物，而不加热矿物中的矿石。且微波预处理能去除一部分水分，使矿中矿相发生改变，减轻后续处理负荷，达到一定的预还原目的。黄丹丹等采用微波对红土镍矿预处理后进行镍铁冶炼，发现经过微波处理后镍的还原率比未经微波处理的镍还原率高出5%-10%；苏秀珠（4）等发现采用微波对硫酸酸浸镍矿预处理后，镍矿中的矿相发生明显改变，其矿相中的XRD图中具有明显的铁磁矿峰值，利于后续处理。

3.4.3 氯化离析工艺

     氯化离析法是一种气化冶金方法，是指在矿石中加入一定量的炭质还原剂（煤或者焦炭）和氯化剂（氯化钠、氯化钾、氯化钙等），在中性或者弱还原性气氛中加热，使有价金属从矿石中氯化挥发并同时在还原剂表面还原成金属颗粒的过程，它既不是单纯的氯化挥发过程，也不是单纯的还原过程，而是两者的结合过程。其目的在于使矿石中呈难选矿物形态存在的有价金属转变为金属颗粒，然后采用常规的选矿方法进行富集，得到品位比较高的金属精矿，既低品位红土镍矿及复杂的硫化镍矿。贫镍矿的共同特点是：不能用选矿的方法富集或选矿回收率很低；矿相及脉石组成复杂，且伴生有少量的贵金属，故不宜采用还原氨浸或加压酸浸等常规湿法流程。

4  影响红土镍矿处理工艺因素及研究方向

4.1  影响红土镍矿处理工艺的因素

（1）气候原因

考虑当地的地理环境因素，一是降雨量；二是温度。

（2）红土镍矿的计价金属含量及渣型

   一般来说，在成本一定的情况下，应选择计价金属越高的越好，同时，原矿的渣型选择应降低炉渣的熔点和粘度，避免需要配入大量的造渣剂。

（3）交通运输情况便利、燃料的供应充足

（4）当地的电力设施供应情况正常

（5）生产工艺的设计

   需根据原燃料及当地的设施情况来确定好；避免工艺复杂,工艺环节多,辅助配套设施多的情况，同时对生产过程中各种辅料、试剂的消耗量及对设备的要求都需要进行认真计算，考虑。

（6）环保治理

（7）产品及副产品的销售，处理

4.2  红土镍矿处理工艺研究方向

（1）综合利用资源，寻找合适的产品结构，合理开发利用红土镍矿中的高价值元素镁。

（2）对原矿的矿相进行分析研究，选择针对性的配料，促进原料工艺稳定，降低还原温度，有利于设备寿命和操作，同时降低能耗；研究利用还原的添加剂向红土镍矿中加入，如含硫酸或者有机添加剂，有利于金属的还原，提高回收率。

（3）充分发展循环经济，对电炉、回转窑、高炉余热利用，炉渣处理余热利用，炉渣的应用进行研究。

5  尾渣的利用

近年来，随着红土矿火法冶炼镍铁合金规模逐步扩大，红土镍矿冶炼镍铁废渣（简称尾渣）的排放量逐渐增多，所以，镍铁冶炼行业急需为解决镍铁尾渣的利用开路，科学系统的综合利用研究尾渣。

5.1 尾渣综合利用现状

（1）尾渣用于生产水泥混合材，国内有文献及研究表明：尾渣在细磨至微粉后，可添加至水泥

熟料中做水泥混合材，按照硅酸盐水泥国家标准的要求，其添加量可达 8%; 

（2）尾渣制作矿物棉，以尾渣纤维为主的矿棉制品的耐久性提高，比高炉渣矿物纤维具有更好的应用前景。 

5.2 尾渣的综合利用发展方向

（1）尾渣制备海底工程建筑材料或填海物料。

   （2）尾渣具备一定的抗腐蚀性能和无害性，在对防腐和毒性浸出要求比较高的海底工程建筑材料和填海物料的应用方面具备一定的潜力，尾渣制备混凝土砌块、蒸压砖、耐火砖、微晶。

6 玻璃等其他建筑材料

（1）尾渣与高炉水渣具备相似的冶炼工艺和物化特性，可以借鉴高炉水渣的综合利用成果，代替粘土、砂石或部分水泥用作胶凝材料或骨料，用尾渣制备混凝土砌块、蒸压砖、微晶玻璃等产品; 利用尾渣中镁含量高的特点，开发尾渣在耐火砖、保温材料等方面的应用。

（2）代替碎石做筑路材料与地基回填材料

（3）尾渣具有比重大、抗压强度高、耐磨、抗化学侵蚀性、抗滑等性能，是良好的道路材料和铁路道碴材料。

（4）提取尾渣中的有价金属镁，探索解决尾渣的综合利用问题。

7  结语

随着世界范围内的硫化镍矿资源的减少，红土镍矿的开发与利用日趋紧迫。在现有的工艺路线中，火法路线和氨浸路线是具有成功先例的，各地应根据自身情况，从影响红土镍矿处理技术的因素进行分析，因地制宜，选择合适的处理工艺。同时，在生产镍铁时，对大量产出的尾渣进行综合利用研究，最大限度地利用，减少废弃渣量，是今后镍铁生产企业持续发展的基础。

8  参考文献

[1]刘大星.从红土镍矿中回收镍钴技术的发展（j),有色金属（冶炼部分），2002（3）：15-19.

[2]李建华，程威，肖志海.红土镍矿处理工艺综述（j），湿法冶金，2004（12）：4-8.

[3]牟文宁，翟玉春，刘娇，红土镍矿高浓度碱浸提硅的研究（j）.材料导报:研究篇2009,23(2):109.

[4]苏秀珠，余军霞，池汝安，等. 微波辐射硫酸浸出氧化镍矿工艺条件的优化（j）. 化工矿物与加工，2009,38（12）:16.