第一節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1、磨礦工藝

磨礦作業(yè)是在磨機筒體內(nèi)進行的，筒體內(nèi)裝有磨礦介質(zhì)。磨礦介質(zhì)隨著筒體的旋轉(zhuǎn)而被帶到一定的高度后，由于介質(zhì)的自重而下落。于是裝在筒體內(nèi)的礦石就受到介質(zhì)沖擊力的作用；另一方面由于磨礦介質(zhì)在筒體內(nèi)沿筒體軸心的公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)，在磨礦介質(zhì)之間及其與筒體接觸區(qū)又產(chǎn)生對礦石的擠壓和磨剝力，從而將礦石磨碎。

一般一段或兩段磨礦，便可經(jīng)濟地把礦石磨至選礦所需要的任何粒度。兩段以上的磨礦，通常是由進行階段選別的要求決定的。

2、紅土鎳礦處理工藝

目前根據(jù)紅土鎳礦床不同的分層，處理工藝有所不同，但不外乎火法和濕法兩種處理工藝。

第二節(jié) 產(chǎn)品生產(chǎn)工藝特點或流程

1、磨礦工藝

一段和兩段流程相比較，一段磨礦流程的主要優(yōu)點是：設(shè)備少，投資低，操作簡單，不會因一個磨礦段停機影響到另一磨礦段的工作，停工損失少。但磨機的給礦粒度范圍寬，合理裝球困難，不易得到較細的最終產(chǎn)物，磨礦效益低。當要求最終產(chǎn)物最大粒度為0.2~0.15mm（即60%~79%-200目），一般都采用一段磨礦流程。小型工廠，為簡化流程和設(shè)備配置，當磨礦細度要求80%—200目時，也可用一段磨礦流程。

兩段磨礦的突出優(yōu)點是能夠得到較細的產(chǎn)品，能在不同磨礦段進行粗磨和細磨，特別適用于階段處理。在大、中型工廠，當要求磨礦細度小于0.15mm自磨流程

自磨工藝有干磨和濕磨兩種。選礦廠多采用濕磨。為了解決自磨中的難磨粒子問題，提高磨礦效率，在自磨機中加入少量鋼球，這時稱為半自磨。

自磨常與細碎、球磨、礫磨等破磨設(shè)備聯(lián)合工作，根據(jù)其聯(lián)結(jié)方式可組成很多種工藝流程。

2、紅土鎳礦處理工藝

1）火法處理工藝

火法處理工藝流程

火法處理工藝根據(jù)最終產(chǎn)品的不同，又分為鎳鐵工藝和鎳锍工藝。

（1）鎳鐵工藝

首先將礦石破碎至50-150mm，送入干燥窯干燥到礦石既不黏結(jié)又不太粉化，再送鍛燒回轉(zhuǎn)窯，在700℃溫度下干操、預(yù)熱和煅燒，得到焙砂，然后將焙砂加入電爐，并加入10-30mm的揮發(fā)性煤，經(jīng)過1000℃的還原熔煉，產(chǎn)出粗鎳鐵合金。在電爐還原熔煉的過程中幾乎所有的鎳和鉆的氧化物都被還原成金屬，而鐵的還原則通過焦炭的加入量加以調(diào)整，最后將粗鎳鐵合金經(jīng)過吹煉產(chǎn)出成品鎳鐵合金。

采用該法生產(chǎn)鎳鐵合金的工廠主要有法國鎳公司的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠、哥倫比亞塞羅馬托莎廠、日本住友公司的八戶冶煉廠，產(chǎn)出的產(chǎn)品中鎳質(zhì)量分數(shù)為20%～30%，鎳回收率90%-95%，鈷不能回收。從目前實際的生產(chǎn)情況看，鎳生產(chǎn)大多采用工藝簡單、易于控制的電爐熔煉生產(chǎn)鎳鐵合金，但電爐熔煉能耗高，污染嚴重，這對節(jié)能減排是十分不利的。

（2）鎳锍工藝

鎳锍生產(chǎn)工藝是在鎳鐵工藝的基礎(chǔ)上，在電爐熔煉過程中加入硫化劑，產(chǎn)出低鎳锍，然后再通過轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高鎳锍。鎳锍的成分可以通過還原劑焦粉和硫化劑的加入量加以調(diào)整。還原硫化熔煉的硫化劑可供選擇的有黃鐵礦(FeS2)、石膏(CaSO4。2H2O)、硫磺和含硫的鎳原料。選擇的原則是:來源方便、充足，價格合理。

目前國際大公司多采用硫磺做硫化劑。生產(chǎn)高鎳锍的主要工廠有法國鎳公司的新喀里多尼亞多尼安博冶煉廠、印度尼西亞的蘇拉威西·梭羅阿科冶煉廠。高鎳锍產(chǎn)品一般鎳質(zhì)量分數(shù)為79%，硫質(zhì)量分數(shù)為19.5%。全流程鎳回收率約70%?；鸱üに囂幚砑t土鎳礦，最大的缺點是能源消耗高，采用電爐熔煉僅電耗就約占操作成本的50%，再加上氧化鎳礦熔煉前的干燥、焙燒預(yù)處理工藝的燃料消耗，操作成本中的能耗成本可能要占65%以上。另外，火法處理工藝對處理的紅土礦鎳品位有一定要求，礦石含鎳每降低1%，生產(chǎn)成本大約提高3%-4%。

2）濕法處理工藝

濕法處理紅土鎳礦主要的工藝是浸出，目前主要有氨浸法、高壓酸浸法、常壓酸浸法、微生物浸出等工藝流程。

（1）氨浸法

還原焙燒-氨浸工藝(RRAL)是由Caron教授發(fā)明的，因此又稱Craon流程，基本流程如下圖所示：

還原焙燒-氨浸工藝基本流程

氨浸法是濕法處理紅土鎳礦工藝中最早應(yīng)用的，還原焙燒-氨浸的一般工藝是:先將紅土礦干燥，然后在600-700℃溫度下還原焙燒，使鎳、鈷和部分鐵還原成合金，然后再經(jīng)過多級逆流氨浸。由于鎳和鈷可與氨形成配和物，鎳、鈷等有價金屬進入浸出液。浸出液經(jīng)硫化沉淀，沉淀母液再除鐵、蒸氨，產(chǎn)出堿式硫酸鎳，堿式硫酸鎳再經(jīng)煅燒轉(zhuǎn)化成氧化鎳，也可以經(jīng)還原生產(chǎn)鎳粉。還原焙燒的目的是使硅酸鎳和氧化鎳最大限度地被還原成金屬，同時控制還原條件，使大部分Fe還原成Fe3O4，只有少部分Fe被還原成金屬。氨浸是將焙燒礦用NH3及CO2將金屬鎳和鉆轉(zhuǎn)為鎳氨及鉆氨絡(luò)合物進人溶液。

氨浸法是最早的濕法處理工藝。目前，世界上采用該工藝處理紅土礦的僅有澳大利亞QNI公司的雅布魯精煉廠和古巴的尼加羅冶煉廠。一般生產(chǎn)的鎳塊中鎳質(zhì)量分數(shù)達90%，全流程鎳的回收率達到75%-80%。與火法冶煉流程相比，鈷可以部分回收，回收率約40%-50%。氨浸法只適合處理紅土鎳礦床上層的紅土礦，不適合處理下層硅鎂含量高的礦層，這就極大的限制了氨浸法的發(fā)展，從上世紀70年代以后就沒有新建工廠選用該工藝。

（2）高壓酸浸法

高壓酸浸工藝(HPAL)的基本流程下圖：

高壓酸浸工藝(HPAL)基本流程

高壓酸浸法處理紅土鎳礦是從上世紀50年代發(fā)展起來的，一般流程為:在250-270℃、4-5MP的高溫高壓條件下，用稀硫酸將鎳、鉆等與鐵、鋁礦物一起溶解，在隨后的反應(yīng)中，控制一定的pH值等條件，使鐵、鋁和硅等雜質(zhì)元素水解進入渣中，鎳、鉆選擇性進入溶液。浸出液用硫化氫還原中和、沉淀，得到高質(zhì)量的鎳鉆硫化物，再通過傳統(tǒng)的精煉工藝配套產(chǎn)出最終產(chǎn)品。

高壓酸浸法最大的優(yōu)點是鈷的浸出率高，可達90%以上，大大高于其他流程。但這種工藝只適合處理含鎂低的紅土鎳礦，因為，鎂含量高會加大酸耗量并影響工藝流程。另外，高壓、高溫的操作條件也限制了高壓酸浸法的應(yīng)用。

（3）常壓酸浸法

常壓酸浸工藝是目前紅土鎳礦處理工藝 研究 較為熱門方向，其基本流程如圖：

常壓酸浸法流程

常壓酸浸法處理紅土鎳礦的一般工藝為:對鎳紅土礦先進行磨礦和分級處理，將磨細后的礦漿與洗滌液和硫酸按一定的比例在加熱的條件下反應(yīng)，將礦石中的鎳浸出進入溶液，再采用碳酸鈣進行中和處理，過濾進行液固分離，得到的浸出液用CaO或Na2S做沉淀劑進行沉鎳。

羅仙平等用硫酸在常壓條件下對某含鎳蛇紋石礦進行了浸出試驗 研究 ，在磨礦細度-0.074mm占87.1%、硫酸濃度1.5mol/L、礦漿濃度167g/L、浸出時間8小時、浸出溫度60℃的條件下，鎳的浸出率超過85%。浸出液經(jīng)過黃鐵膽礬法除鐵、硫化法除重金屬、中和沉鎳分離堿金屬和堿土金屬后，得到含鎳41.24%的Ni(OH)2鎳精礦，綜合回收率達到75.93%。劉瑤采用常壓浸出工藝對低含量鎳紅土礦進行了試驗，磨礦粒度在-0.074mm(-200目)占80%、浸出溫度95℃和酸料比0.85∶1條件下，鎳浸出率為85%左右。浸出液通過氫氧化鎳沉淀、碳酸鎳沉淀和硫化鎳沉淀等多種方法回收鎳。其中采用硫化鈉沉淀，鎳沉淀物中含鎳量可達20%以上，鎳回收率可達80%以上。

常壓浸出方法具有工藝簡單、能耗低、不使用高壓釜、投資費用少、操作條件易于控制等優(yōu)點，但是浸出液分離困難，浸渣中鎳含量仍較高。

（4）微生物浸出

微生物浸出有真菌衍生有機酸浸出、異樣微生物直接浸出等工藝。真菌衍生有機酸浸出的工藝為:先培養(yǎng)真菌，在培養(yǎng)液pH值降低到2-3時，將培養(yǎng)液抽濾得到清液，再用清液浸出紅土鎳礦。

劉學(xué)等利用黑曲菌產(chǎn)生的有機酸對紅土鎳礦進行了浸出試驗，在礦漿濃度為2.5%、溫度33℃、轉(zhuǎn)速120r/min時，鎳的浸出率達到73.5%，鈷的浸出率達到53.2%，而鐵的浸出率僅為47.2%，這大大低于使用硫酸浸出時鐵的浸出率。Castro等對異樣微生物從硅鎂鎳礦中浸出鎳進行了 研究 ，他們用含微生物的培養(yǎng)基100mL在磨礦細度-100目、溫度30℃、搖瓶速率300r/min，對在121℃滅菌20min的5g礦樣進行了浸出試驗，鎳的浸出率大于80%。

真菌衍生有機酸對鎳、鈷有良好選擇浸出功能，不僅浸出時間短而且浸出條件溫和，比傳統(tǒng)工藝更為環(huán)保，工藝易操作。但是，浸出液中鎳鈷分離、有機酸的循環(huán)利用是目前還沒有解決的問題。異樣微生物浸出也存在微生物培養(yǎng)成本高等問題。

第三節(jié) 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展趨勢 分析

1、磨礦

近年來一些選礦廠已由兩段磨礦改為三段磨礦。采用的磨礦設(shè)備一般比較小，最大球磨機3.6ｍ×6ｍ，最大棒磨機3.2ｍ×4.5ｍ，最大自磨機5.5ｍ×1.8ｍ，礫磨機2.7ｍ×3.6ｍ。

磨礦后的分級基本上使用的是螺旋分級機。為了提高效率，部分選礦廠用水力旋流器取代二次螺旋分級機。

2、紅土鎳礦處理工藝

1）未來幾年，金屬鎳的消費將繼續(xù)保持快速增長，而世界上可開發(fā)利用的硫化鎳礦越來越少，開發(fā)利用紅土鎳礦是鎳工業(yè)發(fā)展的方向。

2）火法冶煉工藝是處理紅土鎳礦效果比較好的工藝，但存在能耗高、污染重等問題，這不符合未來社會發(fā)展的方向。

3）濕法工藝中，氨浸法和高壓酸浸都存在明顯缺點，它們對入選礦石有嚴格要求，氨浸法只適合處理紅土鎳礦床上層的紅土鎳礦，高壓酸浸法只適合處理含鎂低的紅土鎳礦，這對資源的綜合利用是十分不利的。

4）微生物浸出雖然更環(huán)保，但也存在浸出液中鎳、鈷困難、異樣微生物培養(yǎng)成本高、有機酸不能循環(huán)利用等問題。

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