镍产品种类及生产工艺

～段左侧片石混凝土挡土墙第部分页脚内容镍工业产品种类及其生产工艺与市场需求分析镍由于具有良好的机械强度、延展性和很高的化学稳定性而广泛应用于不锈钢、电镀、电池、化工等领域，基本涵盖了从民用产品到航天航空、导弹、潜艇、原子能反应堆等各个行业，成为发展现代航空工业、国防工业和建立人类高水平物质文化生活的现代化体系不可缺少的金属。由于镍矿石和精矿具有品位低、成分复杂、伴生脉石多、属难熔物料等特点，因而使镍的生产方法比较复杂。根据矿石的种类、品味和用户要求的不同，可以生产多种不同形态的产品。通常有纯金属镍、工业镍（普通镍）、烧结氧化镍、镍铁合金、镍的盐类产品以及少量的特殊制品如泡沫镍、镍纤维、镍箔等。在纯金属镍中又有电解镍、粉末镍、镍丸、镍块等。目前世界镍产品的大致结构比例如表1所示。

表1. 世界镍产品的结构比例

产品种类 电解镍 镍粉、镍丸 工业镍 镍铁合金 氧化镍 镍盐及其它

比例/% 40 19 9 24 7 1

镍主要以合金元素的方式用于生产不锈钢、高温合金钢、高性能特种合金和镍基喷镀材料；镍钴合金是重要的磁性材料，镍基合金用于制造喷气机涡轮、发电涡轮机、轧钢机的轧辊；镍盐和镍的深加工产品广泛用于石油催化剂、充电电池等。上述产品与市场需求、生产原料、生产的工艺和技术紧密联系。随着市场需求的变化，生产原料的改变以及工艺技术的进步，这些产品所占的比例会发生较大的变化。预计在未来5年内随氧化镍处理量的扩大，镍块、镍粉、镍丸、烧结氧化镍、镍铁合金等产品的比例会发生较大的变化。

一、电解镍

电解镍产品具有纯度高、杂质含量低、熔点高、抗腐蚀性强，在冷、热状态下，压力加工等机械性能良好，同时还具有特殊物理性能：磁性、磁伸、缩性、高的电真空性能等特点，因而在工业上得到广泛应用。电解镍的生产原料目前主要来自陆地的硫化镍矿和氧化镍矿。根据原料的不同，电解工艺也不尽相同。针对硫化镍矿，主要有硫酸选择性浸出-黑镍除钴-电解沉积法，磨浮-硫化镍电解～段左侧片石混凝土挡土墙第部分页脚内容精炼法，这是我国镍冶金目前采用的最典型的两种工艺流程，如图1所示。其他还有氯化浸出-电解沉积法等。 ～段左侧片石混凝土挡土墙第部分页脚内容

图1.我国电解镍采用的两种典型工艺流程 铜镍硫化精矿

鼓风炉 闪速炉

镍 锍

转炉吹炼

高镍锍

缓 冷

磨 浮

铜精矿 二次镍精矿

反射炉熔化

阳极浇铸

电解精炼

阳极泥 电解镍 阳极液

氧化中和除铁

流态化除铜

通氯除钴

电解阴极液 电 炉

金属化高镍锍

磨 碎

硫酸选择性浸出

过 滤

铜 渣 浸出液

黑镍除钴

除钴后液

电 积

电解镍 钴 渣

（回收贵金属） （送铜厂） （送铜厂） ～段左侧片石混凝土挡土墙第部分页脚内容氯化浸出-电解沉积法的基本过程是在110℃条件下通氯气控制电位，对置换浸出渣进行完全氧化浸出。浸出液脱除部分多余的Cu2+后，在一段置换浸出过程中，控制低电位，加入新的镍精矿进行置换浸出，两段浸出过程是逆流进行的，同时将Cu+降低至较低水平，置换脱铜浸出液，用碳酸镍中和除铁、铅、砷等后以溶剂萃取法分离镍钴，氯化镍钴液分别电积得阴极镍和阴极钴。在阳极上产生的氯气可返回浸出。

由氧化镍矿制备电解镍目前主要采用还原焙烧-氨浸-电解沉积法。其简要工艺流程为：还原焙烧-氨浸-净化-分离钴-蒸氨沉碳酸镍-硫酸溶解-电解。为了提高镍钴浸出率, 美国矿物局发展了还原焙烧- 氨浸法处理红土矿的新流程, 简称USBM法。该法的要点在于还原焙烧前加入了黄铁矿 (FeS2)进行制粒, 还原时用的是纯一氧化碳。浸出液用LIX64-N作为萃取剂实现钴、镍的分离, 整个系统为闭路循环,有效地利用了资源。

2009年1～11月，我国共出口电解镍2.58万吨，同比大幅增加938%，出口目的地要是韩国、 中国台湾和新加坡， 其中出口新加坡的电解镍可能是再次回到了LME库， 而出口到韩国和中国台湾是因为当地不锈钢产量逐步增加，对镍的需求开始回升。据有色协会统计数据显示，2010年6月我国电解镍产量为14943t，上半年累计产量为82731t，同比增加7.19%。增加的部分主要来自江锂科技和广西银亿这两家利用湿法冶炼红土镍矿生产电解镍的企业。

二、羰基镍

羰基镍工业化生产出现在20世纪初，经过100多年的发展，无论是产业化还是产品开发都已非常完善，羰基镍及其衍生的镍金属产品具有品种多、纯度高、成本低、用途极为广泛等优点，是许多高新技术必备的基础原材料。发展羰基镍技术并开发羰基镍系列产品，会给企业带来显著的经济效益和发展的后劲，进一步增强了市场竞争力。

目前世界上羰基法生产的镍约占镍总产量的五分之一，而我国与世界产量相比相差太远。羰基镍粉的生产，目前以加拿大的生产规模最大，其工艺先进、成本低，质量稳定，产量和出口量均占世界第一，其次为英国、美国，而俄罗斯生产的种类和品种多、用途广。根据目前资料，国外羰基法镍精炼现在拥有的年生产能力约14.4万吨精炼镍，其中90％以上为国际镍公司所拥有。在14.4万吨／年～段左侧片石混凝土挡土墙第部分页脚内容的生产能力中，镍丸的生产能力为12.3万吨／年，占全部羰基镍产品的约85％，羰基镍粉的生产能力约2.1万吨／年，其中俄罗斯北方镍公司的羰基镍粉产量是0．5万吨／年，约占羰基镍粉总产量的24％，其余几乎全部是国际镍公司的产品。国内只有西南金属制品厂有小规模生产，原设计规模为40吨／年，经改扩建后形成设计规模500吨／年的能力。但因原料、技术、质量与价格诸多因素的影响，并未完全达产，其实际产量一直徘徊在100—200吨／年的水平。现生产的主要品种有羰基镍粉、羰基铁粉、镍铁合金粉、复合镍粉系列以及电池基片、微孔过滤器等产品。据对国内几家镍镉或镍氢电池主要生产厂家的调查表明，1999年国内仅用于镍氢电池行业的羰基镍粉就达2200—2300吨的水平，几乎全部依靠进口。

目前在国外，羰基镍粉生产主要有国际镍公司及俄罗斯北方镍公司，而俄罗斯生产的镍粉主要供其国内消费。故世界羰基镍粉市场一直为国际镍公司所垄断，近年来，尽管电镍的价格波动较大，但羰基镍粉的价格一直稳定在11000～13000美元／吨左右，起伏不大。镍丸在伦敦金属交易所没有上市交易，其价格属商业秘密，据材料表明，纯度较高的俄罗斯镍丸，售价约为同期电解镍的2倍，高于一般羰基镍粉的价格。在国内市场，因近年能源、信息增长迅速．羰基镍粉的消费需求也增长较快，尤其在电池行业，应用前景令人鼓舞。镍丸的消费国内外相差较大，目前国际上羰基镍丸的生产能力约是羰基镍粉的3.5倍，而国内尚无生产，且目前用量也相当有限，这主要是由于国内材料工业相对落后，优质特钢生产品种及产量偏低所致。随着国民经济的进一步发展，增加与扩大优质特殊钢的生产是必然趋势。

羰基法经过上百年的发展，现已形成以常压、中压、高压生产的三种工艺，其主要区别在于合成压力上的差异，而羰基镍热解后所得的产品结构基本相似，包括镍丸、镍铁丸、纯镍粉、镍包覆粉及镍铁合金粉、镍纤维、镍箔、镍铁箔等上千种产品，还有近年来为能源和通讯行业开发的海绵镍和球镍。

高压羰基镍生产工艺主要包括下列工序：备料、合成、精馏、分解。其原则工艺流程如图2所示。

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图2.高压合成羰基镍的原则工艺流程

备料，原料在电炉或其它炉内熔化、配硫及水淬，将其制成一定粒径的粒子。适用于羰基法处理的含镍物料，按化学成分划分，可分为镍、铜镍、铁镍与铁铜镍等四种物料。物料来源也十分广泛，有处理硫化镍矿或氧化镍矿不同阶段的产品，也有二次物料。

合成，一氧化碳气体和原料颗粒在一定温度和压力的条件下，镍及部分铁在合成釜内反应生成挥发性的Ni(CO)一和Fe(cO)5气体，然后将气体冷凝成液态的粗羰基镍。原料中的铜、钴及贵金属则几乎全部留在羰化残渣中，进一步处理即残极、废镍

熔化加硫

粒 化

合成羰基镍

固体残渣

电炉熔炼

高钴镍锍 炉 渣

（湿法精炼） 粗羰基镍

精 馏

精羰基镍 残 渣

过 滤 固体羰基钴

（回收钴） 热 分 解

CO 镍丸 镍粉 特殊镍粉 热分解

Ni-Fe粉 Co+NH3

洗 涤

CO气 氨水 NH3 预 热 合成CO 氧气 焦炭

H2O ～段左侧片石混凝土挡土墙第部分页脚内容可回收其中的有价金属。

精馏，粗羰基镍在精馏塔内利用两种羰基物的沸点差异，将Ni(CO)和Fe(CO)，进行分离提纯，得到纯净的液态羰基镍和羰基镍与羰基铁的混合物。

分解，液态纯羰基镍经蒸发器加热蒸发后，通入到不同的分解器中就可产出不同的镍产品：镍粉、镍丸、镍箔等；CO循环使用。

为了补偿生产过程中损失的CO，还有一氧化碳制造工序和氧气站，用氧气在煤气炉内与焦炭反应生成一氧化碳。

羰基法发展的远景取决于两方面的因素：羰基镍的主要优点是纯度高，可在各种状态下生产出各种具有唯一特性的羰基镍产品，从而能够促进生产，因为它适合于最新技术领域蓬勃发展的要求，特别是化学工业中对羰基镍的需要。因此，为羰基镍的发展提供了有利条件。在镍的消费结构中，约有四分之一甚至更多的是使用致密镍生产钢材与合金，这不仅是对镍有特殊的要求，也是镍的主要生产厂家生产这种镍，所以，羰基法不仅是垄断的，同时也是一种竞争的工艺。

三、镍铁

近年来不锈钢的旺盛需求刺激了对金属镍的需求,导致镍价持续高涨。在高镍价的推动下,国内外厂家纷纷上马镍铁项目, 使镍铁在全球镍产量中所占的比重越来越大。中国镍铁生产是从2005年开始出现的,镍铁产品中镍金属含量仅2

000t，2006年达到3万t，2007年剧增到13万t，从而引起了全世界镍行业人士的高度关注。

目前镍铁的火法生产工艺主要有以下三类。

（1）传统的 RKEF流程

RKEF流程是目前红土镍矿冶炼厂普遍采用的一种火法冶炼工艺流程,其工序为:干燥、焙烧-预还原、电炉熔炼、精炼等。

①干燥。采用回转干燥窑, 主要脱出矿石中的部分自由水和结晶水。

②焙烧-预还原。预热矿石, 选择性还原部分镍和铁。

③电炉熔炼。还原金属镍和部分铁, 将渣和镍铁分开,生产粗镍铁。

④精炼。一般采用钢包精炼, 脱出粗镍铁中的杂质,如硫、 磷等。

(2)回转窑直接还原法

该方法是世界上唯一采用回转窑直接还原熔炼氧化镍的方法,主要分为以下