红土镍矿冶炼技术及应用

本书基于红土镍矿的冶金方法——火法、湿法冶炼工艺展开,对红土镍矿的镍冶炼技术进行了深入、全面的介绍，包括火法镍冶炼工艺与装备的知识和湿法冶炼的工艺技术；对红土镍矿的镍产品、中间品 (如镍铁、镍锍、混合氢氧化镍钴 MHP、混合硫化镍钴 MSP等)及奥氏体不锈钢、新能源电池正极材料前驱体等结合生产实例，进行了详细阐述。本书作者长期从事红土镍矿冶炼技术方面的研发与技术指导，书中内容结合作者多年来的实践经验，通过丰富的案例，全面介绍了目前国内外红土镍矿的冶炼生产工艺与产品现状，会为业内技术人员提供有益的借鉴。
本书可供镍冶炼相关领域技术人员，设计、研发人员以及不锈钢、新能源电池前驱体等镍冶炼相关产业的技术人员阅读，也可供高等院校相关专业师生参考。

本书基于红土镍矿的冶金方法——火法、湿法冶炼工艺展开，融合火法、湿法冶炼产品细分阐述，进而基于产品项下引出不同的冶炼工艺装备技术，如火法只能生产出镍铁（进一步生产不锈钢）、镍锍，不能直接生产出金属镍，而火法的冶炼工艺装备有高炉法、矿热炉法、鼓风炉法、转炉、直接还原法等；湿法不仅可以生产镍中间品（如混合氢氧化镍钴（MHP）、混合硫化镍钴（MSP）），还可以生产镍金属，而湿法的冶炼工艺装备有不同压力、不同浸出液的浸出法（配合萃取法、电解法等方法）等。给读者呈现一幅红土镍矿冶炼技术与产品的全景图，读者可以按需索骥，找到解决实际问题的方法。

随着红土镍矿资源量的不断发现及其冶炼技术的不断发展，以及全球对镍需求的不断 增长，特别是奥氏体不锈钢、新能源电池对镍的巨大需求，使原生镍（金属镍、镍铁及其他镍中间产品）的产量不断攀升，其生产成本不断下降。利用红土镍矿经火法冶炼镍铁，进而冶炼奥氏体不锈钢，尤其以热镍铁水为母料直接经 AOD 精炼炉冶炼工艺的完美实现，使得不锈钢生产成本得到大幅度的降低，故这又进一步催长了社会对不锈钢的需求量，进而又增加了对红土镍矿的需求。中国镍消费约75%用于不锈钢生产。 
近年来，快速发展的新能源电池，尤其是二次三元锂离子电池，其正极材料使用大量的硫酸镍，该硫酸镍可利用红土镍矿经火法冶炼镍锍或经湿法冶炼混合氢氧化镍钴、硫化镍钴等镍中间产品作原料获得。中国镍消费约 15%左右用于电池制造。 
本书涵盖了从红土镍矿的起源到镍的火法、湿法全部提取方法原理及工艺过程，并列举了典型的5个矿山和29个冶炼厂。全书共分6章，第1章概述，讲述了镍的发现、发展、性质、用途，概述了镍矿资源，镍冶金技术以及利用红土镍矿冶炼奥氏体不锈钢、制备锂离子电池正极材料前驱体；第2章红土镍矿，讲述了红土镍矿石分类、矿床分类、成矿地质特征、矿床形成过程与各种矿物特征，列举了“菲律宾棉兰老岛TUBAY地区红土镍矿床”等5个典型矿床；第3章红土镍矿的火法冶金，讲述了镍铁的冶炼、镍锍的冶炼、奥氏体不锈钢的冶炼；第4章红土镍矿的湿法冶金，讲述了红土镍矿湿法冶金工艺、原理与产品工艺，红土镍矿制备锂离子电池正极材料前驱体；第5章红土镍矿的火法与湿法联合冶金，讲述了高镍锍的湿法精炼，高镍铁的湿法提取，红土镍矿还原焙烧-氨浸，红土镍矿还原焙烧-盐酸浸出-熔炼镍铁；第6章红土镍矿冶炼工厂及生产实例，列举了“多尼安博冶炼厂”等29个典型冶炼厂。
在本书著述过程中借鉴了15年来我们与国内外设计院、科学院、红土镍矿矿山、镍冶炼厂、不锈钢厂和三元正极材料前躯体制造厂等的访问、调研、往来技术交流资料，在此，谨向帮助过我们的各位学者、老师、作者、同仁致以深深的谢意。希望能列出所有提供帮助的单位及人员名字予以致谢，显然这是不切实际的。但还是要感谢中国中钢集团有限公司（黄天文、刘安栋、宫敬升、康忠先生）、冶金工业规划研究院(李新创、范铁军、肖邦国、姜晓东、刘晓民先生及鹿宁女士)、乌克兰钛科设计研究院（АЛександров先生）、乌克兰国家冶金学院（виличкр、萨道夫尼克先生）、乌克兰帕布什镍厂（Nikita Novikov先生）、中国恩菲工程技术有限公司（刘诚、卢笠渔、李曰荣、付建国、陈学刚先生）、中国瑞林工程技术有限公司（吴润华、徐赤农、刘雪珂，唐尊球、叶逢春、王玮先生）、加拿大赫氏公司（HATCH）（王友、戴刘韵、邓华、黄卫华先生及庄燕女士）、芬兰奥图泰公司（Outotec）(Olli Jarinen、周立先生)、韩国浦项集团(Posco)新事业发展部（李英龙、全戴佑先生）、中国科学院过程工程研究所（曲景奎先生及魏广叶女士）、北京矿冶研究总院有限公司（孙留根先生）、中冶东方工程技术有限公司（徐启文、于港、王世喜、王小功、王艳彪、王荣先生）、东北大学（薛向欣先生）、广东佳纳能源科技有限公司（文定强、张晨先生）、山西达康科工贸集团有限公司（王小峰先生）、罕王实业集团有限公司（杨敏女士）、青岛陆洋兴达国际贸易有限公司（李保坡先生），以及印尼能矿部研究与发展中心、印尼安塔姆公司、印尼青山工业园、印尼德龙工业园、印尼罕王-富域产业园、PT HANKING MAKMUR NICKELSEMLT。
谨以此书，向我们的母校——东北大学建校100周年（1923—2023）献礼。
限于作者水平及镍冶金工艺技术的快速发展，书中难免有不足之处，殷切希望读者批评指导。

周建男 周天时

第1章镍及冶炼技术概述001
1.1镍的性质及主要用途002
1.1.1镍的性质002
1.1.2镍的主要用途002
1.2红土镍矿资源002
1.3镍的冶炼技术003
1.3.1火法冶炼005
1.3.2湿法冶炼014
1.3.3气化冶金-羰基法炼镍020
1.3.4红土镍矿的其他处理工艺021
1.4红土镍矿火法和湿法联合冶炼022
1.4.1高品位镍铁的生产022
1.4.2金属镍的生产022
1.4.3铁的生产023
1.4.4钢的生产023
1.4.5“半钢”的冶炼023
1.5红土镍矿冶炼奥氏体不锈钢024
1.6红土镍矿制备锂离子电池正极材料前驱体024

第2章红土镍矿026
2.1红土镍矿石及矿床分类026
2.1.1红土镍矿矿石分类027
2.1.2红土镍矿矿床分类028
2.2红土镍矿成矿地质特征029
2.2.1红土镍矿的成矿条件029
2.2.2红土镍矿垂向分带规律030
2.2.3红土镍矿矿化剖面岩石元素的分布031
2.3红土镍矿矿床形成过程032
2.3.1腐岩化阶段032
2.3.2红土化阶段033
2.3.3次生富集阶段033
2.4红土镍矿矿物033
2.4.1氧化物、氢氧化物矿物034
2.4.2硅酸盐、含水硅酸盐矿物034
2.5红土镍矿矿床举例038
2.5.1菲律宾棉兰老岛TUBAY地区红土镍矿床038
2.5.2菲律宾迪纳加特群岛瓦伦西亚镍矿床043
2.5.3印尼北科纳威镍矿床044
2.5.4印尼摩落湾利（Morowali）县镍矿床053
2.5.5缅甸达贡山镍矿床054

第3章红土镍矿的火法冶金058
3.1镍铁的冶炼058
3.1.1高炉法熔炼镍铁060
3.1.2矿热炉熔炼镍铁106
3.1.3回转窑粒铁法冶炼镍铁127
3.1.4镍铁精炼132
3.1.5镍铁粒化144
3.1.6高品位镍铁冶炼149
3.2镍锍的冶炼149
3.2.1造锍熔炼目的及原理150
3.2.2造锍熔炼造渣152
3.2.3造锍熔炼工艺154
3.2.4鼓风炉镍锍熔炼155
3.2.5矿热炉镍锍熔炼155
3.2.6矿热炉熔炼镍铁+转炉熔炼镍锍156
3.2.7射流熔炼-电热分离炉冶炼镍锍156
3.2.8低镍锍的吹炼原理158
3.2.9低镍锍的吹炼工艺160
3.2.10造锍熔炼中硫的行为162
3.2.11低锍吹炼中硫的行为163
3.2.12硫化镍、粗镍和镍铁合金电解阳极工艺165
3.2.13高镍锍生产氧化镍、金属镍168
3.2.14关于高镍锍分离168
3.3红土镍矿奥氏体不锈钢的冶炼169
3.3.1不锈钢的冶炼原理172
3.3.2传统的不锈钢冶炼工艺181
3.3.3利用镍铁作母料的奥氏体不锈钢冶炼工艺184

第4章红土镍矿的湿法冶金188
4.1红土镍矿湿法冶金工艺188
4.1.1红土镍矿的加压酸浸工艺(HPAL)189
4.1.2还原焙烧-氨浸工艺(RRAL)198
4.2红土镍矿湿法冶金原理203
4.2.1电势-pH图204
4.2.2电势-pH图在镍冶炼中的应用205
4.3浸出206
4.3.1浸出的化学反应206
4.3.2酸类浸出207
4.3.3氨浸208
4.3.4加压酸性浸出209
4.3.5浸出流程209
4.4固液分离210
4.4.1重力沉降分离210
4.4.2过滤分离212
4.4.3离心分离213
4.4.4浸出矿浆的洗涤及流程213
4.5富集214
4.5.1水解沉淀法214
4.5.2硫化物沉淀法217
4.5.3碳酸盐沉淀法218
4.5.4共沉淀法218
4.5.5置换沉淀法219
4.5.6有机溶剂萃取法220
4.5.7离子交换法222
4.6提取223
4.6.1电解沉积法、电解精炼法224
4.6.2加压氢还原法226
4.6.3羰基法227
4.7红土镍矿湿法冶金产品工艺229
4.7.1氢氧化镍钴混合物（MHP）提取230
4.7.2硫化镍钴混合物（MSP）提取231
4.7.3金属镍的电积提取231
4.7.4金属镍的氢还原提取233
4.7.5硫酸镍提取233
4.8红土镍矿制备锂离子电池正极材料前驱体234
4.8.1锂离子电池及其正极材料237
4.8.2三元锂离子电池正极材料的制备246
4.8.3红土镍矿制备硫酸镍（NiSO4·6H2O）、硫酸钴（CoSO4·7H2O）251
4.8.4红土镍矿制备锂离子电池正极材料LiFePO4前驱体研究253

第5章红土镍矿的火法与湿法联合冶金255
5.1高镍锍的湿法精炼255
5.1.1硫化镍阳极电解精炼提镍256
5.1.2粗镍阳极电解精炼提镍258
5.1.3硫酸浸出-电解沉积提镍260
5.1.4盐酸浸出-氢还原提镍264
5.1.5加压氨浸-氢还原提镍268
5.1.6浸出制取硫酸镍272
5.2高镍铁的湿法提取273
5.2.1镍铁阳极电解精炼提镍273
5.2.2高镍铁浸出提镍或制取硫酸镍274
5.3红土镍矿还原焙烧-氨浸275
5.4红土镍矿还原焙烧-盐酸浸出-熔炼镍铁275

第6章红土镍矿冶炼工厂及生产实例281
6.1多尼安博冶炼厂281
6.2勒阿弗尔镍精炼厂287
6.3日向冶炼厂288
6.4中宝滨海镍业有限公司291
6.5中色镍业有限公司298
6.6宝钢德盛不锈钢有限公司300
6.7山西达康科工贸集团公司镍冶炼厂302
6.8新发田镍铁冶炼厂305
6.9佐贺关镍铁冶炼厂307
6.10大江山冶炼厂308
6.11北海诚德镍业有限公司312
6.12华乐合金股份公司313
6.13福建鼎信实业有限公司314
6.14利德冶炼厂315
6.15毛阿湾镍厂318
6.16镍港精炼厂318
6.17中冶瑞木镍钴有限公司318
6.18考斯镍冶炼厂322
6.19布隆镍冶炼厂324
6.20莫林莫林镍冶炼厂325
6.21中冶瑞木新能源科技有限公司325
6.22拉瑞姆纳镍冶炼厂326
6.23尼加罗镍厂329
6.24雅布卢镍冶炼厂329
6.25志村镍冶炼厂330
6.26别子镍冶炼厂332
6.27哈贾伐尔塔镍精炼厂332
6.28克里斯蒂安松镍精炼厂332
6.29克维拉纳镍精炼厂332

参考文献333