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红土镍矿是如何变成电池级硫酸镍的?

 Bond72 2022-06-23 发布于海南

据美国地质勘查局(USGS)2022年发布的报告,全球探明的陆地基础储量至少有3亿吨镍(平均约0.5%或以上镍含量)。

陆基镍矿主要分为硫化镍矿和氧化镍矿。硫化镍矿约占陆基镍资源储量的40%,主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚等国家,硫化镍矿品位较高,成分相对简单,处理工艺也相对成熟,但资源量较少;氧化镍矿约占陆基镍资源储量的60%,主要分布在赤道南北纬30度以内的印度尼西亚、菲律宾、巴西等热带国家,因矿石中富含Fe2O3而显红色,所以又称红土镍矿。

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红土镍矿垂直分带

红土镍矿垂直分带明显,以印尼红土镍矿为例,按化学元素成分和内部地质结构区分,自上而下,依次为红土带--腐岩带--岩带,各带的特征如下:

(1)红土带:上部为紫红色铁帽层,出现大量胶结成粘粒状或团块状的铁氧化物,主要矿物有褐铁矿、赤铁矿以及少量的次生石英和高岭土等。中下部为疏松多孔状的发育黄色铁质矿层,主要矿物有针铁矿、褐铁矿以及少量基岩的风化残留碎块。红土带整体上主要由褐铁矿组成,具有高铁低镁的特点。

(2)腐岩带:主要呈现为绿色,上部为粒度较细的风化矿物层,向下混杂的基岩风化-半风化碎块逐渐增多,主要矿物有蛇纹石等镁铁层状硅酸盐类矿物,沿裂隙或节理多见浸染状翠绿色硅镁镍矿。腐岩带是主要的含镍矿层。

(3)基岩带:为暗绿色、棕灰色、灰黑色橄榄岩。岩石裂隙和节理中可见少量的浅绿色硅酸镍细脉,主要矿物有橄榄石、蛇纹石。

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硫酸镍简介

工业硫酸镍行业标准HG/T28242009中,将硫酸镍按用途分成两类:

I类:主要用于镀镍和其他工业用

II类:主要用于蓄电池的生产(允许有一定的含钴量)

硫酸镍的生产原料主要有以下5种:(1)高冰镍;(2)红土镍矿冶炼中间产品氢氧化镍钴(MHP)和镍钴混合硫化物(MSP);(3)镍粉和镍豆;(4)废料回收,包括冶炼、电镀、机械加工、废旧电池(镍氢电池、镍镉电旭、理离子电池、镍酸锂电池等;(5)铜冶炼副产硫酸镍。

红土镍矿生成电池级硫酸镍

红土镍矿生成电池级硫酸镍的方法主要有2大类:火法工艺、湿法工艺。火法工艺适于处理镍品位较高的腐岩型红土镍矿;湿法工艺适于红土带中的镁含量较低、镍含量较低的褐铁矿型红土镍矿。

现有工业化生产中,上述两种工艺具体表现为4种路径:

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红土镍矿生成硫酸镍的四种供应路径

(1)以瑞木、华友为代表的湿法高压酸浸路径:上层低品位红土镍矿的湿法冶炼-MHP等湿法中间品-硫酸镍 硫酸钴(湿法工艺)。

红土镍矿湿法工艺中钴作为副产物,抵扣镍的成本。中冶端木公司产品为MHP,华友印尼项目资源的镍品位约1.2%,钴0.15%,显著优于瑞木在巴新的资源(1%左右),在冶炼成本端具备显著优势。

(2)以PT Vale为代表的下层高品位红土镍矿的火法冶炼硫化到低冰镍-高冰镍-硫酸镍,火法前硫化路径(火法工艺)。

该路径下层高品位红土镍矿为原料,包括回转窑干燥-回转窑预还原焙烧-电炉还原熔炼-P-S转炉硫化-吹炼等核心步骤。该路径在回转窑出料口喷入熔融硫进行硫化,该反应为放热反应,得以使矿热炉 P-S转炉中对起始反应温度的要求更低,可以相较青山系路径节省电力。

(3)以青山系为代表的下层高品位红土镍矿的火法冶炼-镍铁-高冰镍-硫酸镍,火法后硫化路径(火法工艺)。

以下层高品位红土镍矿为原料,包括回转窑干燥-回转窑预还原焙烧-电炉还原熔炼-P-S转炉硫化-吹炼等核心步骤。青山自身、盛屯友山项目、华友华科项目,均是采取该路径。

(4)以中伟为代表的富氧侧吹方式,用熔炼炉替代电炉,对原材料的适用度高,增加热反应效率,核心在于硫化方式的改变(火法工艺)。

结语

过去十年红土镍矿火法冶炼-镍铁-不锈钢一体化通路成就青山,华友则将在红土镍矿-锂电材料领域塑造超高壁垒。

红土镍矿湿法冶炼、富氧侧吹、火法-高冰镍路径均有利于补充电池用镍来源,作为红土镍矿资源利用的有效方式,创造收益并有望为产业链降本。相较而言,红土镍矿湿法冶炼-电池用镍钴方向具备更突出的优势。湿法路径在成本(以及潜在成本上涨方面)显著优于火法,并且在碳排放方面较火法有巨大优势。未来火法-高冰镍-硫酸镍路径定义硫酸镍边际成本,而低成本的湿法路径至少赚取低于火法路径成本部分的超额收益。

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