鎳礦加工製程及技術
鎳是一種戰略性金屬，在現代工業中扮演著日益重要的角色。除了用於製造不銹鋼外，鎳也是電動車電池、航空航天特種合金甚至電鍍的關鍵原料。隨著全球需求的成長，鎳礦加工製程和技術也在快速發展，以生產具有特定等級、高效率且環境影響可控的產品。本文將探討鎳礦加工從開採到精煉的一般階段和關鍵技術。
鎳礦種類：紅土鎳礦和硫化鎳礦
鎳礦通常分為兩大類：紅土鎳礦和硫化鎳礦。紅土鎳礦形成於熱帶地區超鎂鐵質岩的風化作用，通常位於地表附近。紅土中鎳主要存在於褐鐵礦和腐泥土等礦物中。硫化鎳礦則由岩漿作用形成，鎳主要存在於鎳黃鐵礦等硫化物礦物中。這些礦物特徵的差異顯著影響鎳礦的加工方法。
硫化物礦石通常更容易透過浮選製程進行富集，而紅土礦則更具挑戰性，因為鎳分散在氧化物/氫氧化物礦物基質中，因此許多紅土礦需要透過火法冶金（冶煉）或高壓濕法冶金路線進行處理。
初始階段：採礦和礦石準備
鎳的加工過程始於採礦，根據礦床的深度和類型，可採用露天開採或地下開採的方式。開採後，礦石被運送到加工廠進行預處理，這些預處理步驟通常包括：
1. 破碎：縮小礦石的尺寸，使其更容易處理和加工。
2. 研磨：產生細小的顆粒尺寸，以增加有價值礦物質的釋放。
3. 篩選和分級：依照下一道工序的需要，將顆粒大小進行分離。
4. 乾燥：特別是對於含水量高的紅土礦，在火法冶金製程之前進行乾燥非常重要。
預處理階段對後續製程的效率有顯著影響。顆粒大小、水分含量和礦石均勻性將決定能耗和鎳回收率。
硫化鎳礦石加工技術
對於硫化鎳礦，最常見的加工路線是礦物選礦和冶煉相結合。
1. 浮選（泡沫浮選）
浮選是根據礦物表面性質分離礦物的過程。將磨碎的礦石與水、化學試劑和空氣混合。硫化物礦物在加入捕收劑後通常會變得更疏水，因此它們會附著在氣泡上形成泡沫。這些泡沫被回收為富鎳精礦，而剩餘的材料則成為尾礦。
浮選的優點在於，它可以在進入冶煉階段之前顯著提高鎳含量，從而降低後續製程的能源負荷。
2. 冶煉和轉化
鎳精礦隨後在熔爐中熔化，生成鎳冰銅——一種含有鎳、銅和鐵的液態硫化物。下一步是將鐵和硫氧化，使冰銅中的鎳含量更高。最終產品可進一步加工成純鎳或中間產物，例如用於電池的硫酸鎳。
3. 高級精煉
精煉可透過電解或濕式冶金製程進行。在一些工廠中，採用選擇性溶解、溶劑萃取和沈澱技術溶解和分離冰銅，以生產高品位產品。
鎳紅土礦加工技術
紅土礦在世界鎳儲量中佔很大比例，尤其是在熱帶地區。其加工過程較為複雜，通常分為兩大類：火法冶金和濕式冶金。
1. 火法冶金：RKEF 用於鎳鐵或 NPI
紅土冶煉最常用的技術之一是迴轉窯電爐（RKEF）。此製程通常用於生產鎳鐵或鎳生鐵（NPI），這是不銹鋼產業的原料。
這些階段包括：
– 在迴轉窯中進行乾燥和煅燒：降低水分含量並去除揮發性物質。礦石與還原劑（通常是煤）和特定的助熔劑混合後加熱。
– 在電爐中冶煉：將煅燒後的礦石在高溫下熔化，以將金屬（鐵鎳混合物）與爐渣分離。
– 產品精煉：將熔融金屬依照規格鑄造或加工成產品。
RKEF製程的優點在於其技術穩定性以及產品適用於不銹鋼。然而，此製程需要消耗大量能源，通常更適用於鎳含量相對較高的風化層礦石。
2. 濕式冶金：高壓酸浸法製備混合氫氧化物沉澱物（MHP）
對於通常品位較低但儲量豐富的褐鐵礦，濕式冶金技術通常是首選，特別是高壓酸浸 (HPAL)。
在高壓酸浸（HPAL）製程中，礦石與酸（通常是硫酸）混合，並在高壓釜中於高溫高壓下進行處理。鎳和鈷溶解於溶液中，然後與固體殘渣分離。鎳和鈷隨後可沉澱為中間產物，例如：
– MHP（混合氫氧化物沉澱）：鎳鈷混合氫氧化物沉澱。
– MSP（混合硫化物沉澱）：混合硫化物沉澱。
然後，MHP 或 MSP 產品可以進一步提煉成硫酸鎳和硫酸鈷，用作電池原料。
高壓酸洗（HPAL）的優點在於能夠處理低品位礦石並生產適用於電池供應鏈的產品。其挑戰包括需要耐腐蝕的設備材料、殘渣處理、操作複雜性和試劑消耗。
3. 大氣淋濾及其他工藝
除了高壓酸浸（HPAL）之外，還有低壓常壓浸出法，其溶解速率通常較慢，但製程可能更簡單。目前的研究也正在探索生物浸出（利用微生物）以及火法冶金與濕式冶金結合的工藝，以提高經濟效益。
中間產品和最終產品：從新產品導入硫酸鎳
鎳加工產品並非總是純鎳。根據產業需求，加工產品可能包括：
– NPI 和鎳鐵合金：通常用於不銹鋼。
– 鎳鍬：冶煉廠的中間產品，可以進一步提煉。
– MHP/MSP：鎳鈷精煉的中間產品，尤其適用於電池。
– 硫酸鎳（NiSO₄）：電池正極的重要原料。
– 純金屬鎳：用於特殊合金和其他工程應用。
製程路線的選擇取決於礦石類型、能源供應、試劑成本、基礎設施、環境法規和目標產品。
環境因素與能源效率
鎳加工面臨許多環境挑戰，需要認真管理，包括火法冶金產生的氣體排放、高能耗、濕式冶金中使用酸以及尾礦和爐渣的處理。現代技術旨在提高能源效率、利用廢熱、處理循環水並穩定殘渣，以確保長期安全。
在一些國家，環境標準的實施鼓勵各行業使用更清潔的能源，減少碳排放，並確保更負責任的採礦和復墾做法。
關閉
鎳礦加工和技術很大程度上取決於礦石類型和所需最終產品。硫化物鎳礦通常採用浮選和冶煉製程加工，最終生產出冰銅鎳或純鎳，以及化學產品。而紅土鎳礦則通常採用精煉氧化鐵製程（RKEF）生產鎳鐵/鎳基鎳（NPI），或採用高壓酸浸製程（HPAL）生產適用於電池應用的金屬氫氧化物鎳（MHP）/金屬矽酸鹽鎳（MSP）。隨著能源轉型對鎳的需求不斷增長，加工技術的創新和永續發展實踐的改進是鎳產業蓬勃發展並最大限度減少其環境影響的關鍵因素。
