·红土矿(氧化矿),主要分布在热带和亚热带地区;
·硫化矿,主要分布在温带到亚北极地区。
主要镍矿区的分布在地图上有标注——其中一些矿区有多个镍矿项目,而有些矿区仅有一个项目。就单个国家的原镍产量而言,印度尼西亚当前贡献了超过全球年产量50%。矿石通常会在矿区附近被加工处理,但红土镍矿的区域性和全球性矿石贸易相当活跃,也有一定数量的硫化镍精矿贸易。
红土镍矿
红土矿石以表层沉积的形式出现,传统上分为两种主要类型:褐铁矿型红土镍矿(镍含量较低)和腐殖土型红土镍矿(镍含量较高)。褐铁矿通常还含有钴作为附加的有价元素,而则腐殖土型矿主要用于镍的提取。
如今,褐铁矿主要通过浸出法处理,即将矿石与硫酸反应,溶解出的镍和钴被回收为镍钴中间体产品。这些中间体产品可以被精炼成镍金属或直接用于电池供应链。这种基于水的溶解处理工艺被称为湿法冶金。
腐殖土型红土镍矿则通过冶炼处理,即将矿石干燥并利用煤和电力(通常是基于煤的)进行熔炼,以铁镍合金形式回收镍。铁镍合金通常直接用于生产不锈钢。随着电池需求的增长,我们看到了一种既有工艺的重现,通过精炼将铁镍合金转化为更高等级的材料(镍锍/高冰镍)。这种基于高温熔炼的处理工艺被称为火法冶金。
硫化镍矿
硫化矿石可以接近地表或深藏地下,并且通常除了钴之外,还含有铜、铂和钯等伴生有价元素。这些伴生元素的总价值可能超过镍本身。
硫化矿石的处理方式与红土矿石不同。它们几乎总是能在矿区现场升级为可交付的镍精矿。镍精矿随后可以在集中设施中处理。这些设施大多是镍冶炼厂,在这些厂中,镍精矿通过电力熔化并利用矿物内含的硫,以生成高冰镍,并可以进一步精炼,但也有矿区现场直接性的湿法冶金方法在使用。
红土镍矿矿床
红土镍矿的主要加工方法有两种:冶炼和高压酸浸(HPAL)。冶炼主要用于处理腐殖土型红土镍矿,以获得铁镍合金(镍铁合金-FeNi,镍生铁-NPI),而高压酸浸主要用于处理褐铁矿或用于生产更高纯度的最终产品。
红土镍矿冶炼
目前,行业的主导工艺是回转窑电炉(RKEF-RotaryKilnElectricFurnace),而顶吹炉/高炉(blastfurnace)的使用频率较低。RKEF工艺包括三个主要步骤:烘干、还原和冶炼。腐殖土型红土镍矿矿石是常规炉料,但褐铁矿石也可以进行冶炼。大多数生产设施遵循下述工艺,但也有例外。
RKEF工艺
准备好的矿石(根据需要破碎和混合)在回转烘干机中进行烘干,通常使用煤或天然气加热到100°C以上,以去除矿石中的游离水分。目标是生产出既不粘结也不尘土飞扬的物料,以便进行下一步加工。
烘干后,矿石送入回转窑进行进一步干燥和化学处理。在回转窑中,通过燃烧化石燃料增加更多热量,将温度提高到约900°C。还会加入高碳产品,如无烟煤,作为化学还原剂——以去除铁氧化物和镍氧化物矿物中的氧,从而将其还原为金属。
还可能添加石灰石来调整冶炼化学反应。两种热滚筒设备都会产生灰尘,必须从排出气体中和回收的固体中捕集这些灰尘,这增加了灰尘捕集和将灰尘与新炉料混合的复杂性。
简化的RKEF过程
回转烘干机的直径通常为3-5米,长度为30-50米,而回转窑的长度可以远超100米。热的、部分还原的矿石接着被输入电炉,在这里完成化学还原。通过电力输入和回转窑中添加的碳的持续反应,以及逐渐消耗的碳电极的反应,矿石在约1500°C的温度时被熔化。最终得到的液态的“金属化”铁镍产品沉到底部,从那里被移除,而较轻的炉渣则漂浮在顶部。熔融态的铁镍合金经过精炼以去除对后续钢铁生产过程有害的物质,然后转换为固体形式以便运输,或者在一些近期的一体化生产项目中,直接热送到钢铁生产中。
这些大型回转设备,必须在保养良好的辊系统上保持持续高温运行。电炉需要非常大的连续电力供应,有些生产设施需要高达40MWh/tNi的电力。大多数电炉需要复杂的冷却系统以确保炉衬的长寿命。
冶炼过程能耗极高,使用化石燃料提供热能并进行化学还原,以及发电。煤燃烧产生的空气污染与电厂相似,只要含金属的粉尘得到良好控制。产生的炉渣相对稳定,通常可用作建筑材料。
全生命周期方法
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