Thời gian xuất bản:Tháng Mười Hai 17, 2019
Abstract: Complying with the reduction of resources of nickel sulfide ore, it’s really urgent to high efficiently develop the laterite-nickel ore which occupies 72% of worldwide nickel resources. This article introduces the characteristics of worldwide laterite-nickel ore resources & domestic developing situation and expounds traditional wet process production process & progress. Atmospheric pressure leaching & bacterial leaching, etc. new leaching process has the characteristics of simple process, low consumption, easy to control the operation and low investment, etc, they will have very good developing foreground.
Keywords: laterite-nickel ore wet process refining technology development status
According to geologic origin, the nickel ore could be divided into two kinds: magma type nickel sulfide ore & weathering type laterite-nickel ore, while the laterite-nickel ore reserves occupies 72% of worldwide nickel resources. In recent years, due to the leading of stainless steel industry, the nickel demand in the worldwide keeps increasing, the stainless steel output of China has reached 10 million tons in 2008, while actual output is only 5.35 million tons and one of the important reasons is the short supply of nickel.
Hiện nay, khoảng 60% niken được khai thác từ quặng niken sunfua trong khi tài nguyên niken sunfua đang giảm nhanh chóng, chất lượng giảm trong khi độ sâu khai thác ngày càng sâu, khó khai thác ngày càng tăng và chi phí ngày càng tăng. Trong khi chi phí điều tra và khai thác quặng đá ong-niken thấp hơn, có thể trực tiếp sản xuất niken oxit, polydymit và ferronickel, do đó, việc phát triển hiệu quả cao tài nguyên quặng đá ong-niken thực sự cấp bách. Vào những năm 1950, khai thác niken từ quặng đá ong-niken chiếm 10% sản lượng niken trên toàn thế giới, trong khi năm 2008, phần trăm này đã đạt 455 và năm 2012, ước tính là 510 000 tấn, tỷ lệ này sẽ tăng lên 51%。
The process of extracting nickel from laterite-nickel ore could be divided into fire process and wet process. Due to its high consumption and investment during refining process, fire process is mainly used for high quality laterite-nickel ore. However, though wet process has complicated process, long flow and high requirements on equipments, etc., compared to fire process, it has the advantages of lower consumption and high recovery rate of metal. Especially the progress of atmospheric pressure leaching and the appearance of new flow of wet process makes the center of developing & utilizing laterite-nickel ore has moved to wet process from fire process during tens years of development of wet process.
一、The categories & characteristics of worldwide laterite-nickel ore resources
Phần trên của mỏ khoáng sản oxit niken là quặng sắt nâu đá ong thích hợp cho quá trình xử lý ướt; thấp hơn là quặng niken axit silicic magiê (chủ yếu là serpentinite) thích hợp cho quá trình cháy. Phần chuyển tiếp giữa phù hợp với hai phương pháp. Theo ước tính, trữ lượng quặng niken-đá ong (limonit, nontronit, turface) thích hợp cho quá trình ướt nhiều hơn hai lần so với (garnierite, quặng humic) phù hợp cho quá trình cháy.
Tuân thủ sự phát triển dần dần và sử dụng các nguồn tài nguyên quặng niken-đá ong, người ta có kiến thức mới về chức năng và loại của nó: một quá trình được gọi là quá trình ướt chủ yếu phân phối xích đạo gần đó, chẳng hạn như New Caledonia, Indonesia, Philippines, Papua New guinea, Khu vực Caribe, cấp độ của nó cao hơn, đất sét ít hơn dễ điều trị; Loại còn lại là quá trình khô, chủ yếu phân bố ở khu vực Nam bán cầu cách xa xích đạo, và thành phần của nó phức tạp, hàm lượng đất sét cao hơn không dễ điều trị.
Mặc dù quặng niken đá ong có nhiều loại khác nhau, nhưng nhìn từ tổng quát; Họ có các ký tự sau:
1 、 Hàm lượng niken là 1,0 ~ 3%, cấp của nó thấp hơn và thành phần phức tạp hơn so với quặng Niken sunfua, và rất khó để đạt được quặng niken cô đặc với hàm lượng niken cao hơn là hơn 6%, trong khi quặng niken có hàm lượng niken thấp hơn khó được sử dụng trực tiếp cho quá trình luyện kim đơn giản.
2、Fluctuation of component content is larger, not only the change of valuable elements content such as nickel is larger, meanwhile the composition change of gangue such as SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3 and water is larger, even in same mineral bed, the composition of laterite ore (Ni，Co，Fe & MgO) will gradually change complying with the depth of different mineral layers.
3 、 Có ít coban, không chứa lưu huỳnh, không có giá trị nhiệt trong quặng.
4、The storage of ore is larger meanwhile it is on earth’s surface which is easy for collecting and it could be operated in the open-air and it has advantage for development.
Tình trạng phát triển của quặng đá ong-niken trên toàn thế giới
From the mark of laterite nickel ore development of New Caledonia, metal nickel production from laterite nickel has been over 100 year’s history so far. For recent years, due to huge requirements of nickel for stainless steel industry, many countries producing nickel actively enlarge the development and utilization of laterite nickel ore.
As we have less laterite nickel-ore resource, some large enterprises of China has caught the chances to enlarge the investment of laterite nickel-ore project of foreign countries. At present developed or been developed foreign laterite nickel ore projects are: 1) Bao-steel group and Jinchuan group invested 1 billion USD for nickel iron resource development in Philippines, 2) China Minmetals and Cuba set up nickel production with annual production of 22.5thousands t, 3) CNMC developed Myanmar nickel ore, its average grade of nickel ore is 2% which includes about 700 thousand t nickel; 4) CHINA METALLURGICAL CONSTRUCTION(GROUP)CORPORATION cooperated with Ji’en Nickel Company for nickel iron development whose average grade is about 1%; 5) China Campbell mineral company signed the contract with Myanmar Moweitang Nickel ore for cooperation, etc. In future laterite nickel project, wet process occupies large percent, and it is estimated to be 2012, the percent of wet process nickel production of total nickel production will increase from 62% to 80%.
三、Tình trạng công nghệ tinh chế của quặng đá ong-niken quá trình ướt
1 、 Giảm rang - quá trình lọc amoniac (RRAL)
Reducing roasting - ammonia leaching process (RRAL) is developed by Carson, thus it is called Caron process. Guba Nijialuo nickel plant utilizes reducing roasting – ammonia leaching process to treat Nickel laterite high-magnesium has been over half centuries, suitable for utilizing Ammonia Alkali leaching method to treat typical mineral composition which is 1.4％Ni，8％MgO，14％SiO2.
Để cải thiện tốc độ lọc niken, cục khoáng sản Mỹ đã phát triển quy trình mới để giảm quá trình rang - lọc amoniac và tên viết tắt của nó là USBM. Tầm quan trọng của phương pháp này là thêm FeS2 để tạo ra hạt và sử dụng carbon monoxide tinh khiết để khử.
2 、 Quá trình lọc axit điều áp axit sulfuric (HPAL)
Quá trình lọc axit điều áp axit sunfuric thích hợp để xử lý quặng đá ong loại quặng sắt nâu bao gồm magiê thấp hơn, nguyên tắc áp suất quá trình lọc axit như hình sau, ưu điểm lớn nhất của quá trình này là tỷ lệ hoàn vốn của kim loại có thể đạt trên 90%,
Hình ảnh 1: Quy trình quy trình của nguyên lý quá trình lọc axit điều áp
This technology begins from 50s of 20th century; first it is used for Cuba Moa Bay ore calling A-MAX-PAL technology. Since after, in 70s Australia QNI Company sets up Yabula nickel plant, acid leaching process treats laterite nickel ore in New Caledonia, Indonesia & Queensland of Australia. On second half year of 1998, Murrin of Australia, Cawse, Bulong utilizes new process of pressurizing acid leaching of laterite ore to put developing project into operation and absorb large attention. The acid pressurizing leaching technology for these three processes is similar to Cuba Mo’ao Company, just utilizing horizontal autodave to replace the vertical autodave of Mo’ao Company. However, the return program has following difference:
1、In Cawse process, mixed metal hydroxides is precipitated from high pressure lixivium, then utilizes ammonia leaching them, and then have solvent exhaustion & electro-deposition.
2 、 Trong quá trình Bulong, sử dụng H2S để kết tủa các sunfua hỗn hợp từ lixivium áp suất cao, sau đó lixiviate sulfide trong điều kiện hiếu khí, sau đó cạn kiệt dung môi, khử hydro, tạo viên, v.v.
3 、 Trong quá trình Murrin, trực tiếp có sự cạn kiệt dung môi và lắng đọng điện từ lixivium áp suất cao.
The resources, annual production，achieving rate and design production of these three laterite nickel plant is shown in form 3. Seen from form 3, the process of three laterite ore HPAL project of Australia is not very satisfying, just the Cawse could reach 74% of the design production, manufacturing cost decrease from USD 4.1 to USD 1.54; the production of Murrin is 1/3 of the design production, however this conditions is reached under the situation of pushing again & again, Bulong plant is forced to be bankrupt in 2004 due to technology & fund problem.
Form 3 Simple situations of three HAPL nickel plants of west Australia
There are lots of problems on technology, mechanical design and cost calculation of these three projects, for example: the material chosen on equipment is not proper or the configuration is out of joint, etc. Though these three projects haven’t reaches the expected target, but the setting up of them has supplied precious experiences on the development of pressurizing acid leaching technology.
3 、 Dòng chảy khác của quá trình ướt
Atmospheric pressure leaching (AL): it is suitable for treating laterite nickel ore including lower iron content and higher magnesia content. At present Skye resource company is researching on developing Atmospheric pressure leaching for Guatemala laterite ore development, the residual acid leached from brown ore & acid released after precipitating of rubinglimmer which will be used for the composition of humus soil ore.
Dump leaching: it is mainly suitable for humus soil ore. The abundant results showing that: utilizing dump leaching technology, the leaching rate of nickel in 3 months could reach over 75%, the leaching rate of cobalt could reach over 60%. European Nickel company is having large-scale leaching experiment in Turnkey at present and it is expected to set up first dump leaching plant extracting nickel & cobalt.
Microwave sintering—pressurizing leaching method: to have micronwave sintering to disturb the crystal grating of mineral, then pressurize and leach under low temperature to make the iron ion be precipitated as the hematite type then strengthen the leaching and decrease the temperature and pressure of high pressure acid leaching.
Phân tách clorua - lọc amoniac: Thêm một số chất khử cacbon và chất clo hóa (natri clorua hoặc canxi clorua), nhiệt trong môi trường khử oxy yếu hoặc làm cho kim loại có giá trị bay hơi từ quặng đồng thời làm giảm bề mặt hạt carbon thành hạt kim loại. Sau đó, sản phẩm rang sẽ được xử lý trực tiếp trong quá trình lọc amoniac. Wang Chengyan sử dụng phương pháp này để xử lý quặng oxit niken của pin Yuanjiang, kết quả thử nghiệm là: tỷ lệ lọc niken là hơn 80%, trong khi tỷ lệ lọc coban là hơn 50%.
Bioleaching: via oxido-reduction of Microorganism makes metal dissolve effectively from low grade ore. Castro etc. has researched the bioleaching. The sample comes from Acesita mineral company, its chemical composition is 43.2％SiO2、0.09％Ni。The grinded grain size should be less than 147μm，while mineral leaching utilizes 5 kinds of auxohetertrophs. The Leaching conditions is: the weight of mineral sample should be 5kg (pre-sterilized under 121℃)，there is medium including microbe, temperature should be 30℃，the rotating rate of bottle should be 200r/min and the leaching rate of Ni is more than 80％。
Keywords: laterite-nickel ore wet process refining technology development status
According to geologic origin, the nickel ore could be divided into two kinds: magma type nickel sulfide ore & weathering type laterite-nickel ore, while the laterite-nickel ore reserves occupies 72% of worldwide nickel resources. In recent years, due to the leading of stainless steel industry, the nickel demand in the worldwide keeps increasing, the stainless steel output of China has reached 10 million tons in 2008, while actual output is only 5.35 million tons and one of the important reasons is the short supply of nickel.
Hiện nay, khoảng 60% niken được khai thác từ quặng niken sunfua trong khi tài nguyên niken sunfua đang giảm nhanh chóng, chất lượng giảm trong khi độ sâu khai thác ngày càng sâu, khó khai thác ngày càng tăng và chi phí ngày càng tăng. Trong khi chi phí điều tra và khai thác quặng đá ong-niken thấp hơn, có thể trực tiếp sản xuất niken oxit, polydymit và ferronickel, do đó, việc phát triển hiệu quả cao tài nguyên quặng đá ong-niken thực sự cấp bách. Vào những năm 1950, khai thác niken từ quặng đá ong-niken chiếm 10% sản lượng niken trên toàn thế giới, trong khi năm 2008, phần trăm này đã đạt 455 và năm 2012, ước tính là 510 000 tấn, tỷ lệ này sẽ tăng lên 51%。
The process of extracting nickel from laterite-nickel ore could be divided into fire process and wet process. Due to its high consumption and investment during refining process, fire process is mainly used for high quality laterite-nickel ore. However, though wet process has complicated process, long flow and high requirements on equipments, etc., compared to fire process, it has the advantages of lower consumption and high recovery rate of metal. Especially the progress of atmospheric pressure leaching and the appearance of new flow of wet process makes the center of developing & utilizing laterite-nickel ore has moved to wet process from fire process during tens years of development of wet process.
一、The categories & characteristics of worldwide laterite-nickel ore resources
Phần trên của mỏ khoáng sản oxit niken là quặng sắt nâu đá ong thích hợp cho quá trình xử lý ướt; thấp hơn là quặng niken axit silicic magiê (chủ yếu là serpentinite) thích hợp cho quá trình cháy. Phần chuyển tiếp giữa phù hợp với hai phương pháp. Theo ước tính, trữ lượng quặng niken-đá ong (limonit, nontronit, turface) thích hợp cho quá trình ướt nhiều hơn hai lần so với (garnierite, quặng humic) phù hợp cho quá trình cháy.
Tuân thủ sự phát triển dần dần và sử dụng các nguồn tài nguyên quặng niken-đá ong, người ta có kiến thức mới về chức năng và loại của nó: một quá trình được gọi là quá trình ướt chủ yếu phân phối xích đạo gần đó, chẳng hạn như New Caledonia, Indonesia, Philippines, Papua New guinea, Khu vực Caribe, cấp độ của nó cao hơn, đất sét ít hơn dễ điều trị; Loại còn lại là quá trình khô, chủ yếu phân bố ở khu vực Nam bán cầu cách xa xích đạo, và thành phần của nó phức tạp, hàm lượng đất sét cao hơn không dễ điều trị.
Mặc dù quặng niken đá ong có nhiều loại khác nhau, nhưng nhìn từ tổng quát; Họ có các ký tự sau:
1 、 Hàm lượng niken là 1,0 ~ 3%, cấp của nó thấp hơn và thành phần phức tạp hơn so với quặng Niken sunfua, và rất khó để đạt được quặng niken cô đặc với hàm lượng niken cao hơn là hơn 6%, trong khi quặng niken có hàm lượng niken thấp hơn khó được sử dụng trực tiếp cho quá trình luyện kim đơn giản.
2、Fluctuation of component content is larger, not only the change of valuable elements content such as nickel is larger, meanwhile the composition change of gangue such as SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3 and water is larger, even in same mineral bed, the composition of laterite ore (Ni，Co，Fe & MgO) will gradually change complying with the depth of different mineral layers.
3 、 Có ít coban, không chứa lưu huỳnh, không có giá trị nhiệt trong quặng.
4、The storage of ore is larger meanwhile it is on earth’s surface which is easy for collecting and it could be operated in the open-air and it has advantage for development.
Tình trạng phát triển của quặng đá ong-niken trên toàn thế giới
From the mark of laterite nickel ore development of New Caledonia, metal nickel production from laterite nickel has been over 100 year’s history so far. For recent years, due to huge requirements of nickel for stainless steel industry, many countries producing nickel actively enlarge the development and utilization of laterite nickel ore.
As we have less laterite nickel-ore resource, some large enterprises of China has caught the chances to enlarge the investment of laterite nickel-ore project of foreign countries. At present developed or been developed foreign laterite nickel ore projects are: 1) Bao-steel group and Jinchuan group invested 1 billion USD for nickel iron resource development in Philippines, 2) China Minmetals and Cuba set up nickel production with annual production of 22.5thousands t, 3) CNMC developed Myanmar nickel ore, its average grade of nickel ore is 2% which includes about 700 thousand t nickel; 4) CHINA METALLURGICAL CONSTRUCTION(GROUP)CORPORATION cooperated with Ji’en Nickel Company for nickel iron development whose average grade is about 1%; 5) China Campbell mineral company signed the contract with Myanmar Moweitang Nickel ore for cooperation, etc. In future laterite nickel project, wet process occupies large percent, and it is estimated to be 2012, the percent of wet process nickel production of total nickel production will increase from 62% to 80%.
三、Tình trạng công nghệ tinh chế của quặng đá ong-niken quá trình ướt
1 、 Giảm rang - quá trình lọc amoniac (RRAL)
Reducing roasting - ammonia leaching process (RRAL) is developed by Carson, thus it is called Caron process. Guba Nijialuo nickel plant utilizes reducing roasting – ammonia leaching process to treat Nickel laterite high-magnesium has been over half centuries, suitable for utilizing Ammonia Alkali leaching method to treat typical mineral composition which is 1.4％Ni，8％MgO，14％SiO2.
Để cải thiện tốc độ lọc niken, cục khoáng sản Mỹ đã phát triển quy trình mới để giảm quá trình rang - lọc amoniac và tên viết tắt của nó là USBM. Tầm quan trọng của phương pháp này là thêm FeS2 để tạo ra hạt và sử dụng carbon monoxide tinh khiết để khử.
2 、 Quá trình lọc axit điều áp axit sulfuric (HPAL)
Quá trình lọc axit điều áp axit sunfuric thích hợp để xử lý quặng đá ong loại quặng sắt nâu bao gồm magiê thấp hơn, nguyên tắc áp suất quá trình lọc axit như hình sau, ưu điểm lớn nhất của quá trình này là tỷ lệ hoàn vốn của kim loại có thể đạt trên 90%,
Hình ảnh 1: Quy trình quy trình của nguyên lý quá trình lọc axit điều áp
This technology begins from 50s of 20th century; first it is used for Cuba Moa Bay ore calling A-MAX-PAL technology. Since after, in 70s Australia QNI Company sets up Yabula nickel plant, acid leaching process treats laterite nickel ore in New Caledonia, Indonesia & Queensland of Australia. On second half year of 1998, Murrin of Australia, Cawse, Bulong utilizes new process of pressurizing acid leaching of laterite ore to put developing project into operation and absorb large attention. The acid pressurizing leaching technology for these three processes is similar to Cuba Mo’ao Company, just utilizing horizontal autodave to replace the vertical autodave of Mo’ao Company. However, the return program has following difference:
1、In Cawse process, mixed metal hydroxides is precipitated from high pressure lixivium, then utilizes ammonia leaching them, and then have solvent exhaustion & electro-deposition.
2 、 Trong quá trình Bulong, sử dụng H2S để kết tủa các sunfua hỗn hợp từ lixivium áp suất cao, sau đó lixiviate sulfide trong điều kiện hiếu khí, sau đó cạn kiệt dung môi, khử hydro, tạo viên, v.v.
3 、 Trong quá trình Murrin, trực tiếp có sự cạn kiệt dung môi và lắng đọng điện từ lixivium áp suất cao.
The resources, annual production，achieving rate and design production of these three laterite nickel plant is shown in form 3. Seen from form 3, the process of three laterite ore HPAL project of Australia is not very satisfying, just the Cawse could reach 74% of the design production, manufacturing cost decrease from USD 4.1 to USD 1.54; the production of Murrin is 1/3 of the design production, however this conditions is reached under the situation of pushing again & again, Bulong plant is forced to be bankrupt in 2004 due to technology & fund problem.
Form 3 Simple situations of three HAPL nickel plants of west Australia
There are lots of problems on technology, mechanical design and cost calculation of these three projects, for example: the material chosen on equipment is not proper or the configuration is out of joint, etc. Though these three projects haven’t reaches the expected target, but the setting up of them has supplied precious experiences on the development of pressurizing acid leaching technology.
3 、 Dòng chảy khác của quá trình ướt
Atmospheric pressure leaching (AL): it is suitable for treating laterite nickel ore including lower iron content and higher magnesia content. At present Skye resource company is researching on developing Atmospheric pressure leaching for Guatemala laterite ore development, the residual acid leached from brown ore & acid released after precipitating of rubinglimmer which will be used for the composition of humus soil ore.
Dump leaching: it is mainly suitable for humus soil ore. The abundant results showing that: utilizing dump leaching technology, the leaching rate of nickel in 3 months could reach over 75%, the leaching rate of cobalt could reach over 60%. European Nickel company is having large-scale leaching experiment in Turnkey at present and it is expected to set up first dump leaching plant extracting nickel & cobalt.
Microwave sintering—pressurizing leaching method: to have micronwave sintering to disturb the crystal grating of mineral, then pressurize and leach under low temperature to make the iron ion be precipitated as the hematite type then strengthen the leaching and decrease the temperature and pressure of high pressure acid leaching.
Phân tách clorua - lọc amoniac: Thêm một số chất khử cacbon và chất clo hóa (natri clorua hoặc canxi clorua), nhiệt trong môi trường khử oxy yếu hoặc làm cho kim loại có giá trị bay hơi từ quặng đồng thời làm giảm bề mặt hạt carbon thành hạt kim loại. Sau đó, sản phẩm rang sẽ được xử lý trực tiếp trong quá trình lọc amoniac. Wang Chengyan sử dụng phương pháp này để xử lý quặng oxit niken của pin Yuanjiang, kết quả thử nghiệm là: tỷ lệ lọc niken là hơn 80%, trong khi tỷ lệ lọc coban là hơn 50%.
Bioleaching: via oxido-reduction of Microorganism makes metal dissolve effectively from low grade ore. Castro etc. has researched the bioleaching. The sample comes from Acesita mineral company, its chemical composition is 43.2％SiO2、0.09％Ni。The grinded grain size should be less than 147μm，while mineral leaching utilizes 5 kinds of auxohetertrophs. The Leaching conditions is: the weight of mineral sample should be 5kg (pre-sterilized under 121℃)，there is medium including microbe, temperature should be 30℃，the rotating rate of bottle should be 200r/min and the leaching rate of Ni is more than 80％。