公開時刻:2019年12月17日
要旨:ニッケル硫化鉱石の資源削減に対応するため、世界のニッケル資源の72%を占めるラテライト・ニッケル鉱石を高効率に開発することが非常に緊急です。本記事では、世界のラテライト・ニッケル鉱石資源の特徴と国内開発状況を紹介し、従来の湿式プロセス生産プロセスと進展について解説します。大気圧浸出や細菌浸出など。新しい浸出工程は、シンプルなプロセス、消費量が少なく、操作の制御が容易で、投資も少ないという特徴を持ち、非常に良好な発展の前景が見られます。
キーワード:ラテライト-ニッケル鉱石の湿式プロセス精錬技術開発状況
地質学的起源によれば、ニッケル鉱石はマグマ型ニッケル硫化鉱石と風化型ラテライト-ニッケル鉱の2種類に分けられますが、ラテライト-ニッケル鉱石埋蔵量は世界のニッケル資源の72%を占めています。近年、ステンレス鋼産業の先導により、世界のニッケル需要は増加し続けており、中国のステンレス鋼生産量は2008年に1,000万トンに達しましたが、実際の生産量はわずか535万トンであり、その重要な理由の一つはニッケルの供給不足です。
現在、ニッケル硫化鉱石から約60%のニッケルが抽出されていますが、ニッケル硫化物資源は急速に減少し、採掘深度は深まり、採掘の難しさは増し、コストも上昇しています。ラテライトニッケル鉱石の調査および採掘コストは低く、直接ニッケル酸化物、ポリダイマイト、フェロニッケルを生産できるため、ラテライトニッケル鉱石資源を高効率に開発することは非常に緊急です。1950年代には、ラテライト・ニッケル鉱石からのニッケル採掘が世界のニッケル生産の10%を占めていましたが、2008年には455%に達し、2012年には51万トンと推定されており、この割合は51%に増加する見込みです。
ラテライト・ニッケル鉱石からニッケルを抽出する工程は、火処理と湿式プロセスに分けられます。精錬過程での消費量と投資が大きいため、主に高品質のラテライト・ニッケル鉱石に用いられています。しかし、湿式プロセスは複雑なプロセス、長い流量、高い設備の要求などがあるものの、火災プロセスと比べて消費量が低く、金属の回収率が高いという利点があります。特に大気圧浸出の進展と新たな湿式プロセスの流れの出現により、ラテライト・ニッケル鉱石の開発・利用の中心は、数十年にわたる湿式プロセスの開発期間中に火災プロセスから湿式プロセスへと移行しました。
一、世界のラテライト・ニッケル鉱石資源の分類と特徴
ニッケル酸化物鉱床の上部は褐鉄鉱石ラテライトで、湿式処理に適しています。下層はマグネシウムシリ酸ニッケル鉱石(主に蛇紋石)で、火災処理に適しています。中間遷移区画は2つの方法に適しています。推定によれば、湿式処理に適したラテライト・ニッケル鉱石(リモナイト、ノントロナイト、ターフェイス)の埋蔵量は、火災処理に適した(ガルニエライト、腐植鉱石)の2倍以上です。
ラテライトニッケル鉱石資源の段階的な開発と利用により、人々はその機能や種類について新たな知識を得ています。湿式プロセスと呼ばれるものは主にニューカレドニア、インドネシア、フィリピン、パプアニューギニア、カリブ海地域など赤道周辺に分布し、品位が高く粘土は処理が容易です。もう一つは乾燥プロセスで、主に赤道より遠い南半球地域に分布し、その組成は複雑で粘土含有量が高く、処理が困難です。
ラテライト・ニッケル鉱石にはいくつかの異なるタイプがありますが、一般的に見ると;以下のキャラクターが登場します:
1、ニッケル含有量は1.0~3%で、品位は低く組成もニッケル硫化鉱石より複雑です。また、ニッケル含有量が6%を超えるニッケル鉱石濃縮物の獲得が困難です。一方、ニッケル含有量が低いニッケル鉱石は単純な冶金プロセスに直接使用するのが困難です。
2. 成分成分の変動が大きくなり、ニッケルなどの価値元素の含有量変化だけでなく、SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3などの脈石や水の組成変化も大きくなり、同じ鉱床でもラテライト鉱石(Ni、Co、Fe、MgO)の組成は鉱物層の深さに応じて徐々に変化します。
3、コバルトはほとんどなく、硫黄はなく、鉱石に熱はありません。
4、鉱石の貯蔵量は大きい一方で地表にあり、採集が容易で屋外でも操縦でき、開発に有利である。
二、世界的なラテライト・ニッケル鉱石の開発状況
ニューカレドニアのラテライトニッケル鉱石開発の痕跡から、ラテライトニッケルからの金属ニッケル生産はこれまでに100年以上の歴史があります。近年、ステンレス鋼産業におけるニッケルの巨大な需要により、多くのニッケル生産国がラテライトニッケル鉱石の開発と利用を積極的に拡大しています。
ラテライトニッケル鉱石資源が減少しているため、中国の大企業の一部は外国のラテライトニッケル鉱石プロジェクトへの投資拡大の機会を捉えています。現在開発または開発されている外国のラテライトニッケル鉱石プロジェクトは以下の通りです。1) 宝鋼グループと金川グループがフィリピンでニッケル鉄鉱開発に10億米ドルを投資、2) 中国小金属とキューバが年間22,500トンのニッケル生産を開始した、3) 中国商工会社がミャンマーのニッケル鉱石を開発し、平均ニッケル鉱石品位は2%で約70万トンのニッケルを含む。4) 中国冶金建設(グループ)株式会社は、平均品位約1%のニッケル鉄開発において吉恩ニッケル会社と協力しました。5) 中国キャンベル鉱物会社はミャンマー・モウェイタン・ニッケル鉱石と協力契約を締結しました。 将来のラテライトニッケルプロジェクトでは湿式プロセスが大部分を占め、2012年にはウェットプロセスニッケル生産の総ニッケル生産の割合が62%から80%に増加すると見込まれています。
三、湿式プロセスラテライトニッケル鉱石の精製技術現状
1、焙煎削減 - アンモニア浸出プロセス(RRAL)
ロースト削減法(アンモニア浸出法RRAL)はカーソンによって開発され、カロンプロセスと呼ばれています。グバニジャロオニッケル工場は、ニッケルラテライトの高マグネシウム処理に還元焙煎・アンモニア浸出法を用いており、1.4%のNi、8%MgO、14%SiO2の典型的な鉱物組成を処理するためにアンモニアアルカリ浸出法を用いています。
ニッケル掘削の浸出率を改善するために、アメリカ鉱物局は焙煎削減の新しいプロセスであるアンモニア浸出法を開発し、略称はUSBMです。この方法の重要性は、FeS2を加えて穀物を作り、純粋な一酸化炭素を用いて還元することです。
2、硫酸加圧酸浸出プロセス(HPAL)
硫酸加圧酸浸出法は、低マグネシアを含む褐鉄鉱石タイプのラテライト鉱石の処理に適しています。加圧酸浸出法の原理は以下の図のように、最大の利点は金属のリターン率が90%を超えることです。
図1:加圧酸浸出プロセスの原理のプロセスフロー
この技術は20世紀50年代に始まりました。最初はキューバ・モア湾鉱石のA-MAX-PAL技術に使用されました。その後、1970年代にオーストラリアQNI社がヤブラニッケル工場を設立し、酸浸出プロセスによりニューカレドニア、インドネシア、オーストラリアのクイーンズランド州でラテライトニッケル鉱石を処理しています。1998年後半、オーストラリアのMurrin(カウズ、ブロン)は、ラテライト鉱石の酸浸出加圧新法を用いて開発プロジェクトを稼働させ、大きな関心を集めました。これら3つのプロセスにおける酸加圧浸出技術は、キューバ・モアオ社に似ており、モアオ社の垂直オートデイブに代わって水平オートデイブを使用しています。しかし、帰還プログラムには以下の違いがあります。
1、カウズ法では、高圧リキシビウムから混合金属水酸化物を沈殿させ、アンモニア浸出を用いて溶媒枯渇と電気沈着を行います。
2、ブロンプロセスでは、高圧リキシビウムから混合硫化物をH2Sで沈殿させ、好気条件下で硫化物をリキシビ化し、その後溶媒枯渇、水素還元、錠剤処理などを行います。
3、ムリン法では、高圧リキシビウムによる溶媒の枯渇と電気沈着が直接起こります。
これら3つのラテライトニッケル工場の資源、年間生産量、達成率、設計生産は3の形で示されています。3段階から見ると、オーストラリアの3ラテライト鉱石のHPALプロジェクトのプロセスはあまり満足のいくものではなく、カウズだけで設計生産の74%に達し、製造コストは4.1米ドルから1.54米ドルに削減されました。ムリンの生産量は設計生産の3分の1に過ぎませんが、この条件は繰り返し押し進められた状況のもとで達成され、ブロン工場は技術と資金の問題により2004年に倒産を余儀なくされました。
フォーム3 西オーストラリアの3つのHAPLニッケル工場の単純な状況
これら3つのプロジェクトには、技術、機械設計、コスト計算に多くの問題があります。例えば、機器に選ばれた材料が適切でなかったり、構成が不一致であるなどです。これら3つのプロジェクトは期待された目標には到達していませんが、その設置は加圧酸浸出技術の開発に関する貴重な経験をもたらしました。
3、湿式プロセスの他の流れ
大気圧浸出(AL):鉄含有量が低くマグネシア含有量が高いラテライトニッケル鉱石の処理に適しています。現在、Skye Resource Companyはグアテマラのラテライト鉱石開発のための大気圧浸出技術の開発を研究中で、褐色鉱石から浸出される残留酸とrubinglimmerの沈殿後に放出される酸を利用し、腐植質土壌鉱石の組成に利用される予定です。
ダンプ浸出:主に腐植土壌鉱石に適しています。豊富な結果は、ダンプ浸出技術を用いることで、3か月でニッケルの浸出率が75%を超え、コバルトの浸出率が60%を超える可能性があることを示しています。ヨーロピアン・ニッケル社は現在ターンキーで大規模な浸出実験を行っており、ニッケルとコバルトを抽出する初のダンプ浸出プラントの設置が期待されています。
マイクロ波焼結—加圧浸出法:鉱物の結晶格子を乱すためにマイクロン波焼結を行い、低温で加圧・浸出して鉄イオンを赤鉄鉱型として沈殿させ、浸出を強化し、高圧酸浸出の温度と圧力を下げる方法です。
塩化物分離 - アンモニア浸出:炭素還元剤と塩化剤(塩化ナトリウムまたは塩化カルシウム)を加え、酸化または弱い脱酸化気圧で加熱し、鉱石から貴金属を揮発させ、炭素粒の表面を金属粒に変えます。その後、焙煎製品はアンモニア浸出で直接処理されます。王承炎はこの方法を元江ピンのニッケル酸化鉱石処理に用いており、検査結果としてニッケルの浸出率は80%を超え、コバルトの浸出率は50%を超えています。
生物浸出:微生物の酸化還元により、低品位鉱石から金属を効果的に溶解させます。カストロらは生物浸出について研究しています。サンプルはAcesita鉱物会社から提供され、化学組成は43.2%SiO2、0.09%Niです。粉砕された粒径は147μm未満であるべきであり、鉱物浸出では5種類の補助ヘテルトロフが利用されます。浸出条件は以下の通りです:鉱物試料の重量は5kg(121°Cで事前滅菌済み)、培地は微生物、温度は30°C、ボトルの回転速度は200r/min、溶出速度は80%以上である必要があります。
キーワード:ラテライト-ニッケル鉱石の湿式プロセス精錬技術開発状況
地質学的起源によれば、ニッケル鉱石はマグマ型ニッケル硫化鉱石と風化型ラテライト-ニッケル鉱の2種類に分けられますが、ラテライト-ニッケル鉱石埋蔵量は世界のニッケル資源の72%を占めています。近年、ステンレス鋼産業の先導により、世界のニッケル需要は増加し続けており、中国のステンレス鋼生産量は2008年に1,000万トンに達しましたが、実際の生産量はわずか535万トンであり、その重要な理由の一つはニッケルの供給不足です。
現在、ニッケル硫化鉱石から約60%のニッケルが抽出されていますが、ニッケル硫化物資源は急速に減少し、採掘深度は深まり、採掘の難しさは増し、コストも上昇しています。ラテライトニッケル鉱石の調査および採掘コストは低く、直接ニッケル酸化物、ポリダイマイト、フェロニッケルを生産できるため、ラテライトニッケル鉱石資源を高効率に開発することは非常に緊急です。1950年代には、ラテライト・ニッケル鉱石からのニッケル採掘が世界のニッケル生産の10%を占めていましたが、2008年には455%に達し、2012年には51万トンと推定されており、この割合は51%に増加する見込みです。
ラテライト・ニッケル鉱石からニッケルを抽出する工程は、火処理と湿式プロセスに分けられます。精錬過程での消費量と投資が大きいため、主に高品質のラテライト・ニッケル鉱石に用いられています。しかし、湿式プロセスは複雑なプロセス、長い流量、高い設備の要求などがあるものの、火災プロセスと比べて消費量が低く、金属の回収率が高いという利点があります。特に大気圧浸出の進展と新たな湿式プロセスの流れの出現により、ラテライト・ニッケル鉱石の開発・利用の中心は、数十年にわたる湿式プロセスの開発期間中に火災プロセスから湿式プロセスへと移行しました。
一、世界のラテライト・ニッケル鉱石資源の分類と特徴
ニッケル酸化物鉱床の上部は褐鉄鉱石ラテライトで、湿式処理に適しています。下層はマグネシウムシリ酸ニッケル鉱石(主に蛇紋石)で、火災処理に適しています。中間遷移区画は2つの方法に適しています。推定によれば、湿式処理に適したラテライト・ニッケル鉱石(リモナイト、ノントロナイト、ターフェイス)の埋蔵量は、火災処理に適した(ガルニエライト、腐植鉱石)の2倍以上です。
ラテライトニッケル鉱石資源の段階的な開発と利用により、人々はその機能や種類について新たな知識を得ています。湿式プロセスと呼ばれるものは主にニューカレドニア、インドネシア、フィリピン、パプアニューギニア、カリブ海地域など赤道周辺に分布し、品位が高く粘土は処理が容易です。もう一つは乾燥プロセスで、主に赤道より遠い南半球地域に分布し、その組成は複雑で粘土含有量が高く、処理が困難です。
ラテライト・ニッケル鉱石にはいくつかの異なるタイプがありますが、一般的に見ると;以下のキャラクターが登場します:
1、ニッケル含有量は1.0~3%で、品位は低く組成もニッケル硫化鉱石より複雑です。また、ニッケル含有量が6%を超えるニッケル鉱石濃縮物の獲得が困難です。一方、ニッケル含有量が低いニッケル鉱石は単純な冶金プロセスに直接使用するのが困難です。
2. 成分成分の変動が大きくなり、ニッケルなどの価値元素の含有量変化だけでなく、SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3などの脈石や水の組成変化も大きくなり、同じ鉱床でもラテライト鉱石(Ni、Co、Fe、MgO)の組成は鉱物層の深さに応じて徐々に変化します。
3、コバルトはほとんどなく、硫黄はなく、鉱石に熱はありません。
4、鉱石の貯蔵量は大きい一方で地表にあり、採集が容易で屋外でも操縦でき、開発に有利である。
二、世界的なラテライト・ニッケル鉱石の開発状況
ニューカレドニアのラテライトニッケル鉱石開発の痕跡から、ラテライトニッケルからの金属ニッケル生産はこれまでに100年以上の歴史があります。近年、ステンレス鋼産業におけるニッケルの巨大な需要により、多くのニッケル生産国がラテライトニッケル鉱石の開発と利用を積極的に拡大しています。
ラテライトニッケル鉱石資源が減少しているため、中国の大企業の一部は外国のラテライトニッケル鉱石プロジェクトへの投資拡大の機会を捉えています。現在開発または開発されている外国のラテライトニッケル鉱石プロジェクトは以下の通りです。1) 宝鋼グループと金川グループがフィリピンでニッケル鉄鉱開発に10億米ドルを投資、2) 中国小金属とキューバが年間22,500トンのニッケル生産を開始した、3) 中国商工会社がミャンマーのニッケル鉱石を開発し、平均ニッケル鉱石品位は2%で約70万トンのニッケルを含む。4) 中国冶金建設(グループ)株式会社は、平均品位約1%のニッケル鉄開発において吉恩ニッケル会社と協力しました。5) 中国キャンベル鉱物会社はミャンマー・モウェイタン・ニッケル鉱石と協力契約を締結しました。 将来のラテライトニッケルプロジェクトでは湿式プロセスが大部分を占め、2012年にはウェットプロセスニッケル生産の総ニッケル生産の割合が62%から80%に増加すると見込まれています。
三、湿式プロセスラテライトニッケル鉱石の精製技術現状
1、焙煎削減 - アンモニア浸出プロセス(RRAL)
ロースト削減法(アンモニア浸出法RRAL)はカーソンによって開発され、カロンプロセスと呼ばれています。グバニジャロオニッケル工場は、ニッケルラテライトの高マグネシウム処理に還元焙煎・アンモニア浸出法を用いており、1.4%のNi、8%MgO、14%SiO2の典型的な鉱物組成を処理するためにアンモニアアルカリ浸出法を用いています。
ニッケル掘削の浸出率を改善するために、アメリカ鉱物局は焙煎削減の新しいプロセスであるアンモニア浸出法を開発し、略称はUSBMです。この方法の重要性は、FeS2を加えて穀物を作り、純粋な一酸化炭素を用いて還元することです。
2、硫酸加圧酸浸出プロセス(HPAL)
硫酸加圧酸浸出法は、低マグネシアを含む褐鉄鉱石タイプのラテライト鉱石の処理に適しています。加圧酸浸出法の原理は以下の図のように、最大の利点は金属のリターン率が90%を超えることです。
図1:加圧酸浸出プロセスの原理のプロセスフロー
この技術は20世紀50年代に始まりました。最初はキューバ・モア湾鉱石のA-MAX-PAL技術に使用されました。その後、1970年代にオーストラリアQNI社がヤブラニッケル工場を設立し、酸浸出プロセスによりニューカレドニア、インドネシア、オーストラリアのクイーンズランド州でラテライトニッケル鉱石を処理しています。1998年後半、オーストラリアのMurrin(カウズ、ブロン)は、ラテライト鉱石の酸浸出加圧新法を用いて開発プロジェクトを稼働させ、大きな関心を集めました。これら3つのプロセスにおける酸加圧浸出技術は、キューバ・モアオ社に似ており、モアオ社の垂直オートデイブに代わって水平オートデイブを使用しています。しかし、帰還プログラムには以下の違いがあります。
1、カウズ法では、高圧リキシビウムから混合金属水酸化物を沈殿させ、アンモニア浸出を用いて溶媒枯渇と電気沈着を行います。
2、ブロンプロセスでは、高圧リキシビウムから混合硫化物をH2Sで沈殿させ、好気条件下で硫化物をリキシビ化し、その後溶媒枯渇、水素還元、錠剤処理などを行います。
3、ムリン法では、高圧リキシビウムによる溶媒の枯渇と電気沈着が直接起こります。
これら3つのラテライトニッケル工場の資源、年間生産量、達成率、設計生産は3の形で示されています。3段階から見ると、オーストラリアの3ラテライト鉱石のHPALプロジェクトのプロセスはあまり満足のいくものではなく、カウズだけで設計生産の74%に達し、製造コストは4.1米ドルから1.54米ドルに削減されました。ムリンの生産量は設計生産の3分の1に過ぎませんが、この条件は繰り返し押し進められた状況のもとで達成され、ブロン工場は技術と資金の問題により2004年に倒産を余儀なくされました。
フォーム3 西オーストラリアの3つのHAPLニッケル工場の単純な状況
これら3つのプロジェクトには、技術、機械設計、コスト計算に多くの問題があります。例えば、機器に選ばれた材料が適切でなかったり、構成が不一致であるなどです。これら3つのプロジェクトは期待された目標には到達していませんが、その設置は加圧酸浸出技術の開発に関する貴重な経験をもたらしました。
3、湿式プロセスの他の流れ
大気圧浸出(AL):鉄含有量が低くマグネシア含有量が高いラテライトニッケル鉱石の処理に適しています。現在、Skye Resource Companyはグアテマラのラテライト鉱石開発のための大気圧浸出技術の開発を研究中で、褐色鉱石から浸出される残留酸とrubinglimmerの沈殿後に放出される酸を利用し、腐植質土壌鉱石の組成に利用される予定です。
ダンプ浸出:主に腐植土壌鉱石に適しています。豊富な結果は、ダンプ浸出技術を用いることで、3か月でニッケルの浸出率が75%を超え、コバルトの浸出率が60%を超える可能性があることを示しています。ヨーロピアン・ニッケル社は現在ターンキーで大規模な浸出実験を行っており、ニッケルとコバルトを抽出する初のダンプ浸出プラントの設置が期待されています。
マイクロ波焼結—加圧浸出法:鉱物の結晶格子を乱すためにマイクロン波焼結を行い、低温で加圧・浸出して鉄イオンを赤鉄鉱型として沈殿させ、浸出を強化し、高圧酸浸出の温度と圧力を下げる方法です。
塩化物分離 - アンモニア浸出:炭素還元剤と塩化剤(塩化ナトリウムまたは塩化カルシウム)を加え、酸化または弱い脱酸化気圧で加熱し、鉱石から貴金属を揮発させ、炭素粒の表面を金属粒に変えます。その後、焙煎製品はアンモニア浸出で直接処理されます。王承炎はこの方法を元江ピンのニッケル酸化鉱石処理に用いており、検査結果としてニッケルの浸出率は80%を超え、コバルトの浸出率は50%を超えています。
生物浸出:微生物の酸化還元により、低品位鉱石から金属を効果的に溶解させます。カストロらは生物浸出について研究しています。サンプルはAcesita鉱物会社から提供され、化学組成は43.2%SiO2、0.09%Niです。粉砕された粒径は147μm未満であるべきであり、鉱物浸出では5種類の補助ヘテルトロフが利用されます。浸出条件は以下の通りです:鉱物試料の重量は5kg(121°Cで事前滅菌済み)、培地は微生物、温度は30°C、ボトルの回転速度は200r/min、溶出速度は80%以上である必要があります。
