據美國地質勘查局(USGS)2022年發布的報告,全球探明的陸地基礎儲量至少有3億噸鎳(平均約0.5%或以上鎳含量)。
陸基鎳礦主要分為硫化鎳礦和氧化鎳礦。硫化鎳礦約占陸基鎳資源儲量的40%,主要分布在加拿大、俄羅斯、澳大利亞等國家,硫化鎳礦品位較高,成分相對簡單,處理工藝也相對成熟,但資源量較少;氧化鎳礦約占陸基鎳資源儲量的60%,主要分布在赤道南北緯30度以內的印度尼西亞、菲律賓、巴西等熱帶國家,因礦石中富含Fe2O3而顯紅色,所以又稱紅土鎳礦。
全球陸基鎳資源儲量分布情況(來源:米寰鵬等,《印度尼西亞鎳礦資源及利用概況》)
紅土鎳礦垂直分帶
紅土鎳礦垂直分帶明顯,以印尼紅土鎳礦為例,按化學元素成分和內部地質結構區分,自上而下,依次為紅土帶--腐巖帶--巖帶,各帶的特征如下:
(1)紅土帶:上部為紫紅色鐵帽層,出現大量膠結成粘粒狀或團塊狀的鐵氧化物,主要礦物有褐鐵礦、赤鐵礦以及少量的次生石英和高嶺土等。中下部為疏松多孔狀的發育黃色鐵質礦層,主要礦物有針鐵礦、褐鐵礦以及少量基巖的風化殘留碎塊。紅土帶整體上主要由褐鐵礦組成,具有高鐵低鎂的特點。
(2)腐巖帶:主要呈現為綠色,上部為粒度較細的風化礦物層,向下混雜的基巖風化-半風化碎塊逐漸增多,主要礦物有蛇紋石等鎂鐵層狀硅酸鹽類礦物,沿裂隙或節理多見浸染狀翠綠色硅鎂鎳礦。腐巖帶是主要的含鎳礦層。
(3)基巖帶:為暗綠色、棕灰色、灰黑色橄欖巖。巖石裂隙和節理中可見少量的淺綠色硅酸鎳細脈,主要礦物有橄欖石、蛇紋石。
印度尼西亞紅土鎳礦垂直分布(來源:米寰鵬等,《印度尼西亞鎳礦資源及利用概況》)
硫酸鎳簡介
工業硫酸鎳行業標準HG/T28242009中,將硫酸鎳按用途分成兩類:
I類:主要用于鍍鎳和其他工業用
II類:主要用于蓄電池的生產(允許有一定的含鈷量)
硫酸鎳的生產原料主要有以下5種:(1)高冰鎳;(2)紅土鎳礦冶煉中間產品氫氧化鎳鈷(MHP)和鎳鈷混合硫化物(MSP);(3)鎳粉和鎳豆;(4)廢料回收,包括冶煉、電鍍、機械加工、廢舊電池(鎳氫電池、鎳鎘電旭、理離子電池、鎳酸鋰電池等;(5)銅冶煉副產硫酸鎳。
紅土鎳礦生成電池級硫酸鎳
紅土鎳礦生成電池級硫酸鎳的方法主要有2大類:火法工藝、濕法工藝?;鸱üに囘m于處理鎳品位較高的腐巖型紅土鎳礦;濕法工藝適于紅土帶中的鎂含量較低、鎳含量較低的褐鐵礦型紅土鎳礦。
現有工業化生產中,上述兩種工藝具體表現為4種路徑:
紅土鎳礦生成硫酸鎳的四種供應路徑(來源:研之有財,《公司研究|小金屬系列之華友鈷業的“押注”》)
(1)以瑞木、華友為代表的濕法高壓酸浸路徑:上層低品位紅土鎳礦的濕法冶煉-MHP等濕法中間品-硫酸鎳+硫酸鈷(濕法工藝)。
紅土鎳礦濕法工藝中鈷作為副產物,抵扣鎳的成本。中冶端木公司產品為MHP,華友印尼項目資源的鎳品位約1.2%,鈷0.15%,顯著優于瑞木在巴新的資源(1%左右),在冶煉成本端具備顯著優勢。
(2)以PT Vale為代表的下層高品位紅土鎳礦的火法冶煉硫化到低冰鎳-高冰鎳-硫酸鎳,火法前硫化路徑(火法工藝)。
該路徑下層高品位紅土鎳礦為原料,包括回轉窯干燥-回轉窯預還原焙燒-電爐還原熔煉-P-S轉爐硫化-吹煉等核心步驟。該路徑在回轉窯出料口噴入熔融硫進行硫化,該反應為放熱反應,得以使礦熱爐+P-S轉爐中對起始反應溫度的要求更低,可以相較青山系路徑節省電力。
(3)以青山系為代表的下層高品位紅土鎳礦的火法冶煉-鎳鐵-高冰鎳-硫酸鎳,火法后硫化路徑(火法工藝)。
以下層高品位紅土鎳礦為原料,包括回轉窯干燥-回轉窯預還原焙燒-電爐還原熔煉-P-S轉爐硫化-吹煉等核心步驟。青山自身、盛屯友山項目、華友華科項目,均是采取該路徑。
(4)以中偉為代表的富氧側吹方式,用熔煉爐替代電爐,對原材料的適用度高,增加熱反應效率,核心在于硫化方式的改變(火法工藝)。
中偉股份在印尼投建的火法高冰鎳項目中青新能源或采用富氧側吹技術。而后偉明集團、盛屯礦業紛紛宣布將在印尼投資相似路線的工藝。富氧側吹與傳統的紅土鎳礦火法-高冰鎳的技術路徑核心區別在于用熔煉爐替代電爐,改變硫化方式。通過富氧側吹方式將氧氣、硫化、煤等噴入熔煉爐中,替代了傳統用電來進行加熱的方式。
結語
過去十年紅土鎳礦火法冶煉-鎳鐵-不銹鋼一體化通路成就青山,華友則將在紅土鎳礦-鋰電材料領域塑造超高壁壘。
紅土鎳礦濕法冶煉、富氧側吹、火法-高冰鎳路徑均有利于補充電池用鎳來源,作為紅土鎳礦資源利用的有效方式,創造收益并有望為產業鏈降本。相較而言,紅土鎳礦濕法冶煉-電池用鎳鈷方向具備更突出的優勢。濕法路徑在成本(以及潛在成本上漲方面)顯著優于火法,并且在碳排放方面較火法有巨大優勢。未來火法-高冰鎳-硫酸鎳路徑定義硫酸鎳邊際成本,而低成本的濕法路徑至少賺取低于火法路徑成本部分的超額收益。
參考資料:
1、電池百人會-電池網 ,《擁鎳為王!一周內全球兩大動力電池上市公司印尼巨資謀鎳》
2、李慶榮,《印尼紅土鎳礦開采工藝技術的完善與優化》,印尼金川WP有限公司
3、米寰鵬等,《印度尼西亞鎳礦資源及利用概況》,中國有色金屬建設股份有限公司
4、杜光焱,《硫酸鎳生產工藝及市場前景分析》,金川集團股份有限公司
5、研之有財,《公司研究|小金屬系列之華友鈷業的“押注”》
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