镍产品种类及生产工艺.docx

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镍产品种类及生产工艺

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。

图1.我国电解镍采用的两种典型工艺流程

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。

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2000t，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,主要分为以下几个工序:

①物料预处理:

磨矿、混合与制团;②冶炼工艺:

回转窑焙烧、金属氧化物还原与还原金属的聚集;③分离处理:

回转窑产出的熟料采用重选与磁选,分离出镍铁合金。

（3）高炉冶炼工艺

2005年底开始利用高炉冶炼镍红土矿。

目前,300m3的高炉已应用于镍铁合金的生产,可以得到含镍5%左右的镍铁,这类镍铁稍加精炼即可满足不同类型钢材。

该工艺主要分为以下几个工序。

①将原矿破碎筛分，其中粒径10～60mm的原矿块为高炉冶炼原料,小于10mm的矿粉与焦粉、生石灰、石灰石混合配料进行烧结,得烧结矿块。

②将烧结矿块破碎筛分，粒径10～50mm的烧结矿块为高炉冶炼原料,粒径小于10mm的矿粉重新烧结。

③将烧结矿块、原矿块、焦炭、石灰石、生石灰、白云石和萤石混配进行高炉冶炼得到镍铁。

由于近两年镍价格高涨和镍市场的繁荣,国内出现了很多采用小高炉,以含镍低的红土矿冶炼含镍生铁的工厂，成为了我国主要镍铁生产工艺,而其他冶炼方法由于投资大，技术工艺复杂等原因在我国应用较少。

我国的镍产品比较单一,主要为电解镍,氧化镍和镍铁产量极少。

电解镍的价格极其昂贵,削弱了其在不锈钢产品市场的竞争力。

国外将镍铁作为冶炼不锈钢、合金钢和合金铸铁的镍合金剂已经非常普遍,镍铁消耗量约为40%。

镍铁合金的使用可以减少金属镍的消耗。

我国的含镍生铁行业2005年下半年崭露头角,2006年在不断上涨的镍价拉动下,此行业得到了跳跃似的发展。

据安泰科估计,2007年含镍生铁提供了我国不锈钢近1/3的镍,在2005年之前,国内几乎不生产含镍生铁。

镍的主要用途就是用于不锈钢的生产,作为主要镍产品之一的镍铁,全部用于不锈钢及其他合金的生产。

镍在不锈钢厂生产成本中所占比例达47%,而且由于镍价持续大幅上扬,一些不锈钢工厂正在更多使用镍铁生产不锈钢而不是精炼镍。

从地区看,亚洲尤其是中国和印度的不锈钢产量在大幅度增加。

2000年以来,中国不锈钢的需求呈快速上升趋势。

不锈钢表观消费量由1992年的54万t增长到2006年的510万t。

2007年中国不锈钢冶炼产能已经达到904万。

据中国特钢企业协会不锈钢分会统计数据显示，2009年前三季度，中国不锈钢粗钢产量同比增长37%至657万吨。

同时，表观消费量同比增长45.8%至624万吨；进口量近100万吨，同比增长4.3%；出口量为47.68万吨，同比下降45.5%。

预计未来10a中,中国、印度等新兴发展中国家的不锈钢产量从高速增长期转入了平稳增长期,不锈钢产量也将进入平稳增长期。

因此,不锈钢产量的长期增长必将继续拉动镍铁消费量的持续增长。

随着镍铁在不锈钢冶炼中扮演着越来越重要的角色，我国每月镍铁及镍矿进口量的走势显得越来越重要。

从海关数据统计可以看出，今年1月～6月我国共进口镍矿980万t，比去年同期增加440万t，同比增加81.5%；而今年1月～6月我国共进口镍铁7.06万t，较去年同期减少5.48万t，同比减少43.7%。

而从每个月的进口数据走势来看，镍矿、镍铁进口量走势也基本呈两极分化现状。

自今年2月以来我国每月进口镍矿数量连续攀升，至6月单月进口量更是达到了200万t以上，而与此相反的是我国镍铁进口非但与去年同期比呈下降走势，单月进口量在3月达到1.86万t以后就在走下坡路，5月单月进口量已下降至0.97万t，仅比去年及今年1月进口量略高。

镍铁进口量下降一方面是受到国内性价比更高的含镍生铁产量的冲击，另外也是受上半年国际市场镍价高于国内市场有关。

随着国内不锈钢行业的回暖，国内镍铁生产也重新走上了复苏的道路，并且面对硫化镍矿的过渡开采以及我国红土镍矿资源的匮乏，国内不少不锈钢相关企业纷纷采取走出去战略，积极投资开发国外红土镍矿；部分不锈钢厂也自建镍铁冶炼设备，采取“国外进口镍矿——自己生产——自己消耗”的自产自销模式，与直接外购镍铁相比，自产自销模式显然更有利于节省成本，此外国内镍铁产能的快速释放必然带来激烈竞争以及对国内镍铁价格一定程度上的打压，以上种种因素均导致了目前我国镍铁、镍矿进口量出现一降一增的局面。

从2005年下半年开始,中国生产商从菲利宾、印尼、新喀里多利亚进口红土镍矿生产低品位镍铁,这种镍铁含镍低（3%-5%）,含磷高。

新喀里多尼亚的红土镍矿品位高（含镍2%）,水分少,可以加工成含镍10%的镍铁,但是由于运费高、新国政府禁止出口原矿等原因,目前运到中国的红土镍矿数量不多;菲利宾的红土镍矿品位低（含镍1%）,运费低,可以加工成含镍2%-4%的镍铁,但矿的含水量高达30%,不利于装船。

印尼矿品位高且含水量少，将成为中国镍铁的主要原料来源。

红土镍矿是镍资源的主要形式,因此以红土镍矿为原料生产镍铁将成为未来发展趋势。

目前的镍铁冶炼工艺都存在一定的问题,中国现有的镍铁生产工艺多为高炉冶炼或矿热电炉等高能耗高污染的落后工艺,而相对成熟先进的生产工艺掌握在少数发达国家手中。

目前电炉炼镍铁的成本为2.1万元/吨,很显然此行业发展与我国节能降耗、遏制高耗能产业盲目扩张的中长期任务相矛盾。

国家发改委出台的政策提出淘汰300m3以下炼铁高炉,而多数含镍生铁就是利用钢铁产业政策中淘汰下来的小高炉生产的,这种盲目地扩张被多数分析者认为是高耗能产业的死灰复燃。

2007年8月中旬,国家发布《关于禁止落后镍铁高炉等淘汰设备转为它用有关问题》重新对该行业的企业规模、设备能力、环保等提出了新的要求,使得这个行业重新恢复到冷静的状态。

同时高炉生产的镍铁镍含量较低,一般不超过5%,而且低镍生铁中的P、S含量也难以控制,这些都增加了不锈钢厂的使用难度,使得镍铁产品的市场竞争力非常弱。

四、镍盐

迄今为止，能大规模工业生产并得到广泛应用的镍的盐类主要是硫酸镍和氯化镍。

它们主要用于镀镍行业，同时它们也是生产其他镍盐和镍产品的主要原料，例如可用于生产氟化镍、氨基磺酸镍、硝酸镍、氧化镍、氧化亚镍等，上述产品在金属着色、精密电镀、触媒制造、高级合金的生产等方面也得到了重要应用。

以高品质硫酸镍生产的氢氧化亚镍是制造绿色能源-镍氢电池的重要原料，而电子、信息及相关高科技产业的发展也大大地促进了电池行业的发展与进步。

目前，金川公司、金柯公司和吉恩镍业公司是我国镍盐主要生产企业，其产品硫酸镍和氯化镍的产量大，质量高，占国内市场80%以上。

由于受到镍原料的制约，国内其他厂家的生产能力均较小，一些炼铜厂也副产少量的镍盐产品。

（1）硫酸镍

因含镍原料的不同，硫酸镍的生产方法也不尽相同。

主要方法如下：

1采用电镍熔化-水淬或羰基镍粉经硫酸溶解，得到高纯镍液蒸发结晶得硫酸镍。

2采用低铜高镍锍或高锍磨浮镍精矿及废镍合金为原料，用加压浸出-净化除杂质的方法生产硫酸镍。

3以电铜生产过程中产生的粗硫酸镍或镍电解生产过程中的废碳酸镍等为原料，经硫酸溶解、净化、除杂过程，生产硫酸镍。

4以转炉水淬高镍锍为原料，采用硫酸常压-加压选择性氧化浸出生产硫酸镍。

该方法具有消耗少，成本低，无污染，产品质量高等优点。

其原则工艺流程如图3。

5

图3.以高镍锍为原料生产硫酸镍的工艺流程

（2）氯化镍

氯化镍的生产工艺主要有盐酸溶解法和氯浸-萃取法两种。

盐酸溶解法生产氯化镍的工艺与硫酸溶解法生产硫酸镍的工艺相似，先将镍盐溶液中的镍转化成硫酸镍沉淀，热水洗涤以排除钠盐，然后将碳酸镍沉淀用盐酸溶解，并经净化除杂、蒸发、结晶等工序，最终产出结晶氯化镍产品。

生产工艺流程如图4所示。

图4.盐酸法生产氯化镍工艺流程

氯浸-萃取法是将含镍原料以氯气浸出后，采用阴离子萃取剂进行萃取除杂，然后蒸发结晶生产氯化镍。

其工艺流程见图5。

图5.氯浸-萃取法制取氯化镍工艺流程

五、氧化镍

烧结氧化镍原料为镍红土矿，基本工艺流程为:

将90%粒度小于74m的矿石放在多膛炉内进行还原焙烧。

红土矿中的镍和钴基本上呈铁酸盐形式存在,经还原焙烧后,镍、钴转变为金属或合金。

焙砂用氨-碳酸铵混合溶液浸出,经浓密机处理,溢流为富液,净化、蒸氨后产出碳酸镍浆料,经回转窑干燥和煅烧后,得到氧化镍产品,并用磁选法从浸出渣中选出铁精矿。

为此,还原焙烧时既要使与铁结合的镍和钴充分还原,又要防止铁过分还原。

当前镍的消费以钢铁和有色金属冶炼业为主，约占总消费量的65%~70%；其次是轻工行业，包括自行车、医疗器皿、生活用品的电镀都需要镍，用量约占总消费量的12%-15%；再次是机械制造、化工、石油和电力行业，这些行业需用镍制造各种机器和容器，用量约占总消费量10%-12%。

高新技术领域应用的充电电池、泡沫镍、镀镍钢带、活性氢氧化亚镍等产品，对镍的需求也很旺盛。

中国是近几年镍消费量增速最快的国家，年均递增率达到25.93%，消费量仅低于日本，居世界第2位。

总的来看，世界镍的消费量呈上升趋势，增幅达4.55%，其中不锈钢行业对镍需求增长明显，近年约占镍消费量的60-65%，国内电解镍质量优良，尤其是金川公司金驼牌1号电解镍在伦敦金属交易所注册后，在国际市场上享有较高的声誉。

但中国镍产品比较单一，今后应开发镍的盐类、镍箔、镍材、镍纤维、镍粉、泡沫镍、镍浆料、球状活性氢氧化亚镍、氧化亚镍、锂酸镍等产品，以满足国内不少行业的需求，同时提高镍行业经济效益。