美國：新型還原焙燒－氨浸法回收率提高

　　還原焙燒-氨浸工藝又稱為Caron流程，屬于濕法冶煉工藝。其主要流程為：礦石經(jīng)破碎、篩分后在多膛爐或回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行選擇性還原焙燒，還原焙砂用氨-碳酸銨溶液進(jìn)行逆流浸出，經(jīng)濃密機(jī)處理后得到的浸出液經(jīng)凈化、蒸氨后產(chǎn)出碳酸鎳漿料，再經(jīng)回轉(zhuǎn)窯干燥和煅燒后，得到氧化鎳產(chǎn)品，并用磁選法從浸出渣中選出鐵精礦。焙燒過程采用的還原劑主要是煤或還原性氣體，其主要目的是將礦石中的鎳和鈷還原，而三價鐵大部分被還原為磁性的Fe3O4，少數(shù)被還原成金屬鐵。氨浸的主要目的是將焙砂中的鎳和鈷以絡(luò)氨離子的形式進(jìn)入溶液，而鐵、鎂等主要雜質(zhì)仍以單質(zhì)或氧化物的形式留在浸出渣中，從而實(shí)現(xiàn)鎳、鈷與鐵等雜質(zhì)的初步分離。該工藝的優(yōu)點(diǎn)是常壓操作，浸出液雜質(zhì)含量較少，浸出劑中的氨可回收；主要缺點(diǎn)是鎳、鈷回收率較低，鎳的回收率為75%~80%，鈷的回收率低于50%。截止到目前,全球只有少數(shù)幾家工廠采用該法處理紅土鎳礦。

　　為提高鎳、鈷回收率，美國礦物局最近發(fā)展了還原焙燒－氨浸法處理紅土礦回收鎳的新流程，簡稱USBM法。該法的要點(diǎn)在于還原焙燒前加入了黃鐵礦（FeS2）進(jìn)行制粒，還原時用的是純CO。浸出液用LIX64-N作為萃取劑實(shí)現(xiàn)鈷、鎳分離，整個系統(tǒng)為閉路循環(huán)，有效地利用了資源。據(jù)報道，用該法處理含鎳1%、鈷0.2%的紅土礦時，鎳、鈷的回收率分別為90%和85%。若處理含鎳0.53%、鈷0.06%的低品位紅土礦時，鈷的回收率亦能達(dá)到76%。與原來的氨浸工藝相比較，新工藝大大提高了鎳鈷的回收率，降低了過程的能耗。

　　澳大利亞和古巴：硫酸加壓酸浸法回收率高

　　硫酸加壓酸浸工藝適合處理含氧化鎂低的褐鐵礦型紅土礦，此流程最大的優(yōu)勢在于金屬的回收率都能達(dá)到90%以上。該技術(shù)首次用于古巴毛阿灣鎳廠，被稱為A-MAX-PAL技術(shù)。

　　古巴毛阿灣鎳廠采用加壓酸浸法處理低氧化鎂含鎳紅土礦，其是世界上唯一采用高溫高壓直接酸浸紅土礦提取鎳和鈷的工廠。該廠采用的工藝較先進(jìn)，工廠布置較緊湊，占地面積小，廠內(nèi)環(huán)境清潔。

　　該廠處理的含鎳紅土礦如果在常壓和常溫下用硫酸溶液浸出，那么存在于礦石中大量的鐵（該礦含68%氧化鐵）容易進(jìn)入含鎳和鈷的溶液。然而，采用同樣濃度的硫酸溶液，在高溫高壓（246℃，3.6MPa）下浸出，鐵只有少量進(jìn)入溶液中而鎳和鈷的浸出率都超過95%。礦石中堿性氧化物的含量相當(dāng)?shù)停瑹o須消耗大量的硫酸中和礦石中含量高的堿性氧化物。加壓浸出硫酸用量為每噸干精礦量的22.5%，浸出渣含鐵51%，可作為煉鐵原料。浸出液送沉淀高壓釜（118℃～121℃，壓力為1MPa），通H2S沉淀出鎳、鈷、銅等硫化物沉淀，產(chǎn)出含Ni55%、Co5.9%、Cu1.0%的硫化物精礦，送精煉廠用于進(jìn)一步精煉。

　　由于約70%的紅土礦資源屬于褐鐵礦型，高壓酸浸技術(shù)廣受關(guān)注，在技術(shù)上得到了較多改進(jìn)。從2000年以來，幾家大公司，包括必和必拓、巴西國有礦業(yè)公司（CVRD）、加拿大的鷹橋公司（FalconBridge）等都進(jìn)行了該技術(shù)的開發(fā)研究。必和必拓公司和巴西國有礦業(yè)公司都傾向于用新流程生產(chǎn)混合硫化物或氫氧化物。鷹橋公司采用了兩步溶劑萃取法，鎳從硫酸介質(zhì)轉(zhuǎn)入鹽酸介質(zhì)，然后將溶液高溫水解，得到氧化鎳產(chǎn)品和鹽酸，鹽酸可循環(huán)利用。

　　澳大利亞的莫林莫林（MurrinMurrin）、科斯（Cawse）和布隆（Bulong）3家公司采用加壓酸浸新工藝的紅土礦開發(fā)項目陸續(xù)投產(chǎn)運(yùn)營，引起很大的關(guān)注。這3家企業(yè)采用的酸性加壓浸出技術(shù)與古巴莫奧公司生產(chǎn)中應(yīng)用的工藝相近，只不過用臥式高壓釜取代了莫奧公司的立式高壓釜而已。然而，回收步驟有以下區(qū)別：第一，在Cawse工藝中，混合氫氧化物是從高壓浸出液中沉淀出來的，然后用氨浸出它們，接著再進(jìn)行溶劑萃取和電積；第二，在Bulong工藝中，用H2S從高壓浸出液中沉淀出混合硫化物，然后在有氧條件下浸出硫化物，接著再進(jìn)行溶劑萃取、氫還原、壓片等作業(yè)；第三，在Murrin工藝中，直接對高壓浸出液進(jìn)行溶劑萃取和電積。

　　而SGSLakefileld公司研究出一種高壓酸浸方案，其特點(diǎn)為：在高壓釜內(nèi)加入元素硫和氧，就地產(chǎn)生硫酸。這就不必在礦漿進(jìn)入高壓釜前進(jìn)行預(yù)熱，從而顯著節(jié)約了設(shè)備成本。

　　加拿大：鹽酸常壓浸出工藝實(shí)現(xiàn)試劑循環(huán)使用

　　鎳紅土礦鹽酸常壓浸出比較成熟的工藝是加拿大切斯巴爾資源公司(ChesbarResources)開發(fā)的切斯巴爾法-氯化物常壓酸浸工藝。該工藝的主要特點(diǎn)是通過噴霧熱解工藝使浸出劑（鹽酸）和中和劑（氧化鎂）在流程中循環(huán)使用，從而大幅度降低了試劑消耗，廢水排放量也大幅度減少，同時礦石中的鎂得到綜合回收。

　　常壓酸浸法處理紅土鎳礦的一般工藝流程為：對鎳紅土礦先進(jìn)行磨礦和分級處理，將磨細(xì)后的礦漿與洗滌液和酸按一定的比例在加熱的條件下反應(yīng)，使礦石中的鎳浸出進(jìn)入溶液，再采用碳酸鈣進(jìn)行中和處理，過濾進(jìn)行液固分離，得到的浸出液用硫化物做沉淀劑進(jìn)行沉鎳。近年來，國外主要是針對紅土鎳礦中不同礦相在常壓酸浸中的浸出行為進(jìn)行了研究，如針鐵礦相、蛇紋石礦相、蒙脫石礦相等礦相在常壓酸浸過程中的反應(yīng)動力學(xué)和反應(yīng)活性等，得出了一系列相關(guān)的研究成果。有研究采用提高浸出溫度、控制還原電位、加入催化劑鹽、強(qiáng)化礦的前處理、加入硫化劑和預(yù)焙燒等方法強(qiáng)化鎳和鈷的浸出和抑制鐵、鎂等雜質(zhì)金屬的浸出，在減少酸耗的同時提高浸出的選擇性，取得了較好的效果。

　　有實(shí)驗室研究了稀鹽酸溶液還原浸出紅土鎳礦的工藝。試驗采用抗壞血酸作還原劑，用稀鹽酸浸出低品位鎳紅土礦，在抗壞血酸用量與礦料質(zhì)量比為3：l、浸出溫度為60℃、浸出酸料質(zhì)量比為2：7、固液比為1：4、反應(yīng)時間為l小時的情況下，鎳的浸出率達(dá)到95%，鐵的浸出率也達(dá)到了95%以上。同時，他們對鹽酸直接浸出低品位鎳紅土礦也進(jìn)行了試驗研究。試驗結(jié)果表明，采用鹽酸直接浸出低品位鎳紅土礦，其鎳的浸出率可以達(dá)到90%，而鐵的浸出為55%左右。可見，鹽酸常壓浸出工藝雖然鎳的浸出率可以達(dá)到90%以上，但同時礦石中的鐵也被大量浸出，給后續(xù)的浸出液處理工序帶來較大困難。因此，該工藝應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，還須解決鐵被大量浸出的問題。

　　鹽酸常壓浸出工藝對于褐鐵礦型和腐植土型紅土礦都較適用，因此可簡化采礦方案、增加采礦的經(jīng)濟(jì)性。

　　日本：回轉(zhuǎn)窯還原-磁選生產(chǎn)鎳鐵工藝最經(jīng)濟(jì)

　　日本冶金工業(yè)公司投資的大江山冶煉廠采用回轉(zhuǎn)窯高溫（約1350℃）半熔融還原焙燒－水淬－跳汰重選－尾礦球磨－磁選的工藝直接生產(chǎn)含鎳大于20%的鎳鐵合金用來生產(chǎn)不銹鋼。該工藝被稱為大江山法，即回轉(zhuǎn)窯還原-磁選法（又稱克虜伯-雷恩法）。

　　日本大江山冶煉廠采用克虜伯－雷恩法處理新喀里多利亞的紅土鎳礦，主要工藝流程為：原礦經(jīng)干燥、破碎、篩分處理后與石灰石、石英砂以及焦炭按比例混合制團(tuán)，團(tuán)礦經(jīng)干燥和高溫還原焙燒，生成海綿狀的鎳鐵合金，合金與渣的混合物經(jīng)水淬冷卻、破碎、篩分、磁選或重選等處理，得到粗鎳鐵粒，而夾雜有金屬微粒的爐渣再返回處理，然后將此產(chǎn)品運(yùn)往川崎鋼廠作為不銹鋼生產(chǎn)的原料。這也是世界上唯一采用回轉(zhuǎn)窯直接還原熔煉氧化鎳的方法。該方法的特點(diǎn)是冶煉溫度較低，因此產(chǎn)出的鎳鐵粒中C、Si、Cr、P等雜質(zhì)含量較低。其最大的優(yōu)點(diǎn)是能耗小、生產(chǎn)成本低，這主要是由于回轉(zhuǎn)窯的能效很高，且使用廉價燃料，能耗中85%的能源由煤提供。

　　日本大江山冶煉廠開發(fā)的殘積型紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯高溫（約1350℃）半熔融還原焙燒生產(chǎn)粒鐵工藝是截至目前被認(rèn)為最為成功的技術(shù)，也被業(yè)界公認(rèn)為是最為經(jīng)濟(jì)的殘積型紅土鎳礦處理方法。該工藝的實(shí)質(zhì)是以礦物自身被還原的金屬鐵作為鎳的捕收劑，實(shí)現(xiàn)鎳的高效回收。

　　與回轉(zhuǎn)窯干燥預(yù)還原-電爐熔煉法相比較，大江山法不消耗焦炭（用煤還原），用電負(fù)荷僅為前者的40%，投資也只有前者的50%。與常壓硫酸直接浸出工藝相比較，大江山法基本不消耗化學(xué)試劑，無廢水排放，對環(huán)境影響小，且鎳回收率高。但大江山法的關(guān)鍵———半熔融物料在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的結(jié)圈控制技術(shù)，掌控難度很大，加之日方的技術(shù)封鎖，多年來一直沒有推廣應(yīng)用。但從節(jié)能、低成本和綜合利用（處理低品位氧化鎳礦）鎳資源的角度分析，這一工藝是值得進(jìn)一步研究和推廣的。

　　隨著不銹鋼產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，全球硫化鎳礦資源的逐漸減少和開采難度的增加勢必推高電解鎳的生產(chǎn)成本，不銹鋼冶煉成本難免水漲船高，而加強(qiáng)紅土鎳礦的利用成為必然趨勢。

　　我國紅土型鎳礦主要分布在云南、四川以及青海等地區(qū)，目前只有部分礦山得到開發(fā)利用，且基本為中小型礦山。紅土鎳礦資源主要以中低品位為主，因此研究開發(fā)清潔高效的低品位鎳紅土礦資源處理技術(shù)十分必要。

　　根據(jù)國內(nèi)企業(yè)目前所掌控的紅土礦資源，借鑒并深入研究國外先進(jìn)的紅土鎳礦冶金技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)新工藝方法的研究和系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)紅土鎳礦中伴生元素的綜合利用，對緩解我國資源的供需矛盾、保障國家經(jīng)濟(jì)安全，意義重大。