红土镍矿冶金技术发展.ppt

2011年10月,红土镍矿冶炼技术发展现状,蒋训雄北京矿冶研究总院联系电话：13681560779/010-63299553/68317144E-mail：,1、镍资源与市场2、红土镍矿冶炼技术3、我国红土镍矿冶炼技术发展态势4、BGRIMM的红土镍矿冶炼技术,内 容,1、镍钴资源与市场,1.1 全球镍资源,2010年世界镍储量为7600万吨，较2009年增加近7%（USGS）；其中约70%为红土镍矿，平均品位为 1.28%，约30%为硫化镍矿，平均品位为0.58%；澳大利亚、新喀里多尼亚、俄罗斯、古巴、巴西五个镍资源大国的镍储量占世界比重67%。,全球新发现的镍资源,近20年全球硫化镍矿新资源勘探上没有重大突破，唯一发现的特大型硫化镍矿床是加拿大伏伊希湾镍矿床，其它都是红土镍矿。,2007年我国镍资源量分布（万吨）,1.2 我国镍资源状况,以硫化镍矿为主，约占总量90%，红土镍矿约占10%。我国镍资源分布高度集中，甘肃、陕西、吉林及新疆四省（区）的镍矿储量约占全国总量的97.7%。,1.3 全球镍生产,2010年世界原生镍产量144.86万t，其中硫化镍矿与红土镍矿的矿产镍比58:42；,2010年我国原生镍产量33万t，约占世界镍产量1/4；其中镍生铁产量约20万t，超过电镍产量，成为国内产量最大的镍产品。由红土镍矿产镍接近60%。,我国原生镍构成,我国各种镍产品主要生产企业,其他,包头锐博,其他,淄博旺达,2010年，世界镍消费量146.4万t；,2010年我国累计进口电镍17.95万t，进口镍矿（红土镍矿）2500万t。,我国镍消费53.4万t，占全球镍消费量36%左右。,1.4 镍消费及消费结构,2010年镍消费结构,全球,中国,近年我国不锈钢用镍中镍铁所占比例增加,镍生产原料供应因素：除加拿大沃伊西湾(Voiseys Bay)外，近年鲜有大型硫化镍矿发现；加大红土镍矿开发成为必然，而红土镍矿性质更适合于冶炼镍铁我国红土镍矿主要从印尼、菲律宾等进口，而这些国家的高品位红土镍矿基本被日韩等国控制，我国开采或运进的基本为中低品位红土镍矿，适于镍铁生产。,近年我国不锈钢用镍中镍铁所占比例增加,红土镍矿的大规模开采是最近几年发生的；虽然对红土镍矿的冶炼工艺进行几十年研 究，但仍没有摆脱传统技术的圈子；面对突然而来的大好市场，红土镍矿冶炼技 术储备不够。,2、红土镍矿冶炼技术,我国从2005年开始采用红土镍矿生产镍铁，并用于不锈钢生产；2006年，我国开始大面积推广，进口了350多万吨低品位和超低品位红土镍矿；2009年进口红土镍矿1600多万吨；2010年进口红土镍矿达2500万吨。,2、红土镍矿冶炼技术现状,分别为腐殖土、红色褐铁矿层、黄色褐铁矿层、残积层、含砾石的残积层及基岩,湿型红土镍矿：赤道附近，新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾、巴布亚新几内亚和加勒比海地区等国家或地区干型红土镍矿：赤道较远的南半球大陆(如西澳大利亚州、昆士兰州和新南威尔士州,1、火法冶炼 RKEF 高炉炼含镍生铁 鼓风炉熔炼低冰镍 煤基直接还原镍铁2、湿法冶炼 还原焙烧氨浸 高压酸浸(HPAL)常压浸出(AL)堆浸(HL),红土镍矿主要冶炼技术,（1）高炉熔炼含镍生铁,我国使用最广的红土镍矿冶炼技术，2004年国家淘汰一批小高炉，正好转产含镍生铁。适于“高铁低镁(低镍)”红土镍矿，如果用低铁高镁(高镍)矿，高炉渣量大、粘度大，炉况顺行难以保证。为了提高炉渣的流动性和减少炉身结瘤，需加入萤石（CaF2），形成氟化物污染。优点：投资低、工艺成熟、适合大规模生产。缺点：能耗高；污染大；钴不能回收；需要焦炭做还原剂，矿石中FeO也被大量还原，粗镍铁品位高低基本受限于入炉镍矿NiFe的比值，因此镍铁品位低（一般在28，大多在5以下）；杂质特别是磷高（已有公司掌控高炉内脱磷技术）。,技术经济指标：电耗：120kWh/t矿 焦耗：500kg/t干矿 镍铁品位：Ni 2-8%镍回收率：90%,主要冶炼厂：集中在中国，现剩60家左右，最多时200余家。400以下的小高炉要淘汰，大高炉镍铁技术尚未突破（渣量大、炉料强度低）,（2）回转窑还原-电炉熔炼,适合：含镍高、镁高的红土矿，较好的原料为镍1.5%以上，最好 2.0%以上，FeNi在610，MgO/SiO2在0.550.65优点：(1)熔池温度易于控制，冶炼温度高，可处理含难熔物较多的原料，炉渣易于过热，有利于四氧化三铁的还原，渣含有价金属较少，镍回收率高；(2)炉气量较少，含尘量较低；(3)生产容易控制，便于操作，易于实现机械化和自动化；(4)电炉熔炼可通过缺碳操作实现选择性还原，从而提高镍铁的镍品位;(5)产品含磷较高炉镍铁低；（6）工艺成熟，可大规模生产；（7）镍回收率高。缺点：投资大、能耗高、钴不能回收。不适合低品位矿冶炼。,技术经济指标：电耗：600kWh/t干矿（吨镍铁电耗7000-8000kwh）煤耗：150kg/t矿 总能耗折合电：52000kWh/tNi 镍铁品位：Ni 10-40%镍回收率：92%,（3）鼓风炉熔炼低冰镍,将红土矿、硫化剂和焦炭混合后高温还原，产出低冰镍，再通过转炉吹炼生产高镍硫适合：含镍、钴高的红土矿；优点：工艺简单、投资低、操作简便。缺点：能耗高、污染大、低浓度SO2烟气，产品需进一步精炼。属于淘汰设备主要冶炼厂：10家以上(集中在中国),技术经济指标：电耗：150kWh/t矿 煤耗：450kg/t矿 硫化剂：200kg/t矿 低冰镍品位：5-7%镍回收率：85%,（4）煤基直接还原镍铁最早开发并用于生产的是大江山回转窑还原镍铁工艺。红土镍矿首先进行干式球磨，球磨后混料制粒。制粒后原料在窑头经过自热干燥后进入回转窑进行还原，半熔融状态的镍和铁在窑尾团聚。物料从窑尾部排出后水淬冷却，然后球磨磁选，获得含镍的海绵铁。获得的海绵铁可直接采用电炉炼钢。,优点：该工艺过程简单，分为备料、还原和选矿三大工序，主要设备为回转窑和选矿设备。设备容易实现，投资低。被认为是红土镍矿冶炼最理想火法工艺。对原料适应性广，可直接使用价廉的煤做还原剂，能耗低，冶炼成本低。产品为沙状颗粒，在炼钢过程中相当有利于连续加料和作为冷却剂物料快速溶解。问题：熔炼在半熔化条件下进行，镍铁合金聚集成粒困难；窑结圈严重。关键技术和装备国内尚未掌握。,（5）还原焙烧-氨浸,将红土矿干燥、磨碎，在600700C温度下还原焙烧，使镍、钴和部分铁还原成金属，然后氨浸。适合：含硅、镁高的红土镍矿；优点：可实现选择性提取镍、钴，能耗比火法明显低。缺点：镍、钴回收率低，对操作要求高，氨氮废水的处理。主要冶炼厂：8家(部分工厂已经停产)，澳大利亚、古巴、巴西、菲律宾等国家，我国青海元石山镍矿,技术经济指标：电耗：100kWh/t矿 天然气耗：450m3/t矿 氨耗：8-10kg/t矿 产品：电镍、氧化镍、硫酸镍 镍钴回收率：75-85%，50-55%,（6）高压酸浸,在250270oC，45MPa的高温高压条件下，用稀硫酸浸出。适合：含镍高、镁铝低、铁高、泥质少的褐铁矿型红土矿。优点：镍、钴回收率高，污染相对低，可产出高 质量产品。缺点：投资大、维护费用高，反应釜结垢严重。主要冶炼厂：Moa Bay,澳大利亚Muri Muri,Cawse,Bulong，RAMU，Goro（INCO）,技术经济指标：电耗：100kWh/t矿 煤耗：60kg/t矿 酸耗：300-500kg/t矿 产品：镍钴富集物 镍钴回收率：93%，93%,（7）常压硫酸浸出,适合：易浸蛇纹石型红土镍矿；优点：设备简单，投资省。缺点：铁和镁的大量浸出，酸耗高；大量含硫酸镁废水难以处理；渣量大，需建设很大的尾矿库。主要冶炼厂：中国江西（江锂科技）（江钨在建）、广西（广西银亿）等省份已经有工业应用厂，国外尚没有大规模工厂应用的报道。,技术经济指标：电耗：150kWh/t矿 煤耗：50kg/t矿 酸耗：500-650kg/t矿 产品：镍钴富集物 镍钴回收率：85%，80%,（8）堆浸,适合：易浸且渗透性好的红土矿；优点：投资省、流程简单(省去了CCD浓密洗涤等)、生产成本低。缺点：原料适应性差，酸耗高，溶液处理困难。主要冶炼厂：目前尚处于试验阶段，没有大规模工厂应用的报道。云南元江镍矿1000tNi/a工艺流程：堆浸中和除铁铝沉淀氢氧化镍钴酸溶萃取电积。土耳其Caldag2000tNi/a镍工业试验厂，镍、钴浸出率80%和57%，而铁8%左右。Cawse厂建设了年处理20万吨矿石的堆场，用于处理低品位的红土镍矿。含Ni 0.70.8%的矿石，首先通过筛分，将镍的品位提高到1.31.4%，然后堆浸。Muri Muri,Bulong等,（9）其它冶炼方法,常压氯盐浸出加拿大切斯巴尔资源公司研究红土矿常压氯盐浸出工艺，褐铁矿型和硅镁镍矿型的浸出率都大于90%。通过高温热解回收盐酸并循环使用，同时生产氧化镁和氧化铁。该工艺浸出率高，不需高压设备，但需要稀有结构材料的设备转底炉氯化离析生物浸出：采用异养微生物从硅镁镍矿中浸出镍,（1）国内红土镍矿冶炼压力增大,镍矿来源“瓶颈”。我国红土镍矿进口主要来自东南亚，而东南亚优质红土镍矿（Ni2.0及以上）大部分都被国外公司控制，我国只能大量进口中低品位镍矿。此外，红土镍矿的水含量在35-40左右，运输成本高且困难。矿产国可能限制原矿出口，国内工厂的原料可持续供应风险增加。国家加强节能减排及环境保护。从2010年9月开始，我国加大节能减排力度，小高炉镍铁工艺加快淘汰，镍铁企业开始向内陆偏远了地区转移，运输成本进一步增加。,3、我国红土镍矿冶炼发展态势及建议,我国大量进口红土镍矿始于2006年，得益于国家钢铁行业淘汰一批小高炉；但高炉生产的环境污染重，能耗高，国家发改委2007年颁布文件，明令禁止小高炉转为冶炼含镍生铁；此外，高炉生产镍铁，需要消耗大量焦炭，成本高；高炉生产的为低品位、低质量含镍生铁市场已经饱和，含Ni4-6%的镍铁销售状况不好。,但高炉镍铁加快淘汰,（2）冶炼镍铁仍是红土镍矿冶炼主要方向,镍铁新增产能迅速，失控风险逐渐显现2010年新建及在建镍铁项目20余家，新增产能20万吨左右：山西鑫海科技、广西新合力冶金、金信利不锈钢、郑州永通特钢、中国镍资源、内蒙成丰镍铁公司；上海其昌不锈、华迪钢业、宝钢德盛镍业、中色太钢镍业（达贡山）、中宝滨海镍业、浙泰不锈、青浦合金、广西钦州恒新镍业、山西平陆昌盛、广西盛瀛、广西金川、青山福安镍铁、江苏宝丰、台湾烨联、青山印尼苏拉威西镍业、光大冶金（大连）。镍铁生产向内地转移；回转窑-电炉工艺将成为新建镍铁厂的主要方案；加大了在国外建厂的步伐。,（3）湿法冶炼工艺将得到发展目前在国内建成的红土镍矿湿法冶炼厂主要是采用硫酸浸出和还原焙烧-氨浸工艺；如江锂科技（常压酸浸）、广西银亿（常压酸浸）、元江镍业（焙烧-氨浸）等，前2个企业正在扩产；江钨在建（常压酸浸）。境外投资有中冶瑞木（高压酸浸）。湿法可以提供高品质的镍、钴产品，特别是小高炉镍铁淘汰、电炉工艺受原料和电力限制，湿法工艺的竞争力提高。但湿法工艺需加强废水、废渣的处理与综合利用研究。,（4）加强红土镍矿冶炼新技术及装备研究高效的煤基直接还原镍铁技术与装备；湿法工艺的高效、选择浸出；废水、废渣的处理与综合利用。,4、北京矿冶研究总院在红土镍矿冶炼领域的工作60-70年代，阿尔巴尼亚爱尔巴桑红土镍矿开发研究的技术方案涉及：高压酸浸技术常压酸浸堆浸还原焙烧-氨浸回转窑直接还原镍铁技术,谢 谢!,