紅土鎳礦是如何變成電池級硫酸鎳的?

據美國地質勘查局(USGS)2022年發佈的報告,全球探明的陸地基礎儲量至少有3億噸鎳(平均約0.5%或以上鎳含量)。

陸基鎳礦主要分為硫化鎳礦和氧化鎳礦。硫化鎳礦約占陸基鎳資源儲量的40%,主要分佈在加拿大、俄羅斯、澳大利亞等國傢,硫化鎳礦品位較高,成分相對簡單,處理工藝也相對成熟,但資源量較少;氧化鎳礦約占陸基鎳資源儲量的60%,主要分佈在赤道南北緯30度以內的印度尼西亞、菲律賓、巴西等熱帶國傢,因礦石中富含Fe2O3而顯紅色,所以又稱紅土鎳礦。

紅土鎳礦是如何變成電池級硫酸鎳的?,文章圖片2,第1张

紅土鎳礦垂直分帶

紅土鎳礦垂直分帶明顯,以印尼紅土鎳礦為例,按化學元素成分和內部地質結構區分,自上而下,依次為紅土帶--腐巖帶--巖帶,各帶的特征如下:

(1)紅土帶:上部為紫紅色鐵帽層,出現大量膠結成粘粒狀或團塊狀的鐵氧化物,主要礦物有褐鐵礦、赤鐵礦以及少量的次生石英和高嶺土等。中下部為疏松多孔狀的發育黃色鐵質礦層,主要礦物有針鐵礦、褐鐵礦以及少量基巖的風化殘留碎塊。紅土帶整體上主要由褐鐵礦組成,具有高鐵低鎂的特點。

(2)腐巖帶:主要呈現為綠色,上部為粒度較細的風化礦物層,向下混雜的基巖風化-半風化碎塊逐漸增多,主要礦物有蛇紋石等鎂鐵層狀矽酸鹽類礦物,沿裂隙或節理多見浸染狀翠綠色矽鎂鎳礦。腐巖帶是主要的含鎳礦層。

(3)基巖帶:為暗綠色、棕灰色、灰黑色橄欖巖。巖石裂隙和節理中可見少量的淺綠色矽酸鎳細脈,主要礦物有橄欖石、蛇紋石。

紅土鎳礦是如何變成電池級硫酸鎳的?,文章圖片3,第2张

硫酸鎳簡介

工業硫酸鎳行業標準HG/T28242009中,將硫酸鎳按用途分成兩類:

I類:主要用於鍍鎳和其他工業用

II類:主要用於蓄電池的生產(允許有一定的含鈷量)

硫酸鎳的生產原料主要有以下5種:(1)高冰鎳;(2)紅土鎳礦冶煉中間產品氫氧化鎳鈷(MHP)和鎳鈷混合硫化物(MSP);(3)鎳粉和鎳豆;(4)廢料回收,包括冶煉、電鍍、機械加工、廢舊電池(鎳氫電池、鎳鎘電旭、理離子電池、鎳酸鋰電池等;(5)銅冶煉副產硫酸鎳。

紅土鎳礦生成電池級硫酸鎳

紅土鎳礦生成電池級硫酸鎳的方法主要有2大類:火法工藝、濕法工藝。火法工藝適於處理鎳品位較高的腐巖型紅土鎳礦;濕法工藝適於紅土帶中的鎂含量較低、鎳含量較低的褐鐵礦型紅土鎳礦。

現有工業化生產中,上述兩種工藝具體表現為4種路徑:

紅土鎳礦是如何變成電池級硫酸鎳的?,文章圖片4,第3张

紅土鎳礦生成硫酸鎳的四種供應路徑

(1)以瑞木、華友為代表的濕法高壓酸浸路徑:上層低品位紅土鎳礦的濕法冶煉-MHP等濕法中間品-硫酸鎳 硫酸鈷(濕法工藝)。

紅土鎳礦濕法工藝中鈷作為副產物,抵扣鎳的成本。中冶端木公司產品為MHP,華友印尼項目資源的鎳品位約1.2%,鈷0.15%,顯著優於瑞木在巴新的資源(1%左右),在冶煉成本端具備顯著優勢。

(2)以PT Vale為代表的下層高品位紅土鎳礦的火法冶煉硫化到低冰鎳-高冰鎳-硫酸鎳,火法前硫化路徑(火法工藝)。

該路徑下層高品位紅土鎳礦為原料,包括回轉窯幹燥-回轉窯預還原焙燒-電爐還原熔煉-P-S轉爐硫化-吹煉等核心步驟。該路徑在回轉窯出料口噴入熔融硫進行硫化,該反應為放熱反應,得以使礦熱爐 P-S轉爐中對起始反應溫度的要求更低,可以相較青山系路徑節省電力。

(3)以青山系為代表的下層高品位紅土鎳礦的火法冶煉-鎳鐵-高冰鎳-硫酸鎳,火法後硫化路徑(火法工藝)。

以下層高品位紅土鎳礦為原料,包括回轉窯幹燥-回轉窯預還原焙燒-電爐還原熔煉-P-S轉爐硫化-吹煉等核心步驟。青山自身、盛屯友山項目、華友華科項目,均是采取該路徑。

(4)以中偉為代表的富氧側吹方式,用熔煉爐替代電爐,對原材料的適用度高,增加熱反應效率,核心在於硫化方式的改變(火法工藝)。

結語

過去十年紅土鎳礦火法冶煉-鎳鐵-不銹鋼一體化通路成就青山,華友則將在紅土鎳礦-鋰電材料領域塑造超高壁壘。

紅土鎳礦濕法冶煉、富氧側吹、火法-高冰鎳路徑均有利於補充電池用鎳來源,作為紅土鎳礦資源利用的有效方式,創造收益並有望為產業鏈降本。相較而言,紅土鎳礦濕法冶煉-電池用鎳鈷方向具備更突出的優勢。濕法路徑在成本(以及潛在成本上漲方面)顯著優於火法,並且在碳排放方面較火法有巨大優勢。未來火法-高冰鎳-硫酸鎳路徑定義硫酸鎳邊際成本,而低成本的濕法路徑至少賺取低於火法路徑成本部分的超額收益。

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