相较于其他金属,原生镍产品种类比较多,我们简单认为镍产业链的供应端产品有三个:镍铁、纯镍和硫酸镍,对应有三条产业分支,即红土镍矿生产镍铁、 硫化镍矿生产纯镍,以及多种方式生产硫酸镍。下文介绍多种方式生产硫酸镍。

硫酸镍主要应用于电镀行业和电池行业,是电镀镍和化学镍的主要镍盐,近年 来随着动力电池三元正极材料需求大增以及电池高镍化,硫酸镍在电池工业的需求呈现爆发式增长。市售硫酸镍一般含 6 个结晶水,化学式 NiSO4·6H2O, 镍含量为 22.3%。

根据安泰科统计,2020 年我国硫酸镍产量 60 万吨(折镍金属量 13 万吨),其 中由原生物料生产的硫酸镍产量为 6.4 万吨,镍豆溶解生产的硫酸镍产量 3 万 吨,废料生产的量为 3.7 万吨。

镍产业链的三条分支之三:多种方式生产硫酸镍

生产硫酸镍的工艺多样,对应的原材料也多样,有高冰镍、湿法中间品、镍豆/ 镍粉等。生产工艺方面,既可以把镍豆或者镍粉直接酸溶得到硫酸镍,也可以 使用 HPAL 工艺的湿法中间品生产硫酸镍,还可以通过高冰镍酸浸生产硫酸镍。 其中主流工艺是是通过硫化镍矿冶炼高冰镍和红土镍矿湿法冶炼中间品两种方 法制备硫酸镍,其余两种方法只有在硫酸镍对电解镍或镍生铁有高溢价的时候 才具备经济性。由于 HPAL 工艺近年来发展迅猛,我们着重介绍 HPAL 工艺。

高压酸浸工艺 HPAL(High Pressure Acid Leach)

目前高压酸浸工艺主要处理红土镍矿,而红土镍矿矿床特点:位于矿床上部的 是褐铁矿层,高铁、低镍,硅、镁较低,但钴含量相对较高;位于矿床下部的 是腐殖土层,硅、镁含量较高,铁、钴含量较低,镍含量较高;中间是过渡层。 不同矿层适用不同冶炼工艺,矿床上部的褐铁矿层低镍高钴,适用湿法技术处 理并回收钴。

HPAL 工艺适用范围

HPAL 工艺是在高温高压酸性环境下实现对镍钴的选择性 浸出,镍、钴回收率均可达 90%以上,从经济角度考虑,目前工业上 HPAL 工 艺主要用于处理含铁高、含钴高、含硅镁较低的低品镍矿。

HPAL 工艺发展历程

根据相关文献总结,自上世纪 50 年代以来,HPAL 技术在红土镍矿的开发应用 经历了三个阶段。第一代 HPAL 技术以古巴 MOA 工厂为代表,古巴 MOA 厂 作为世界上第一家采用 HPAL 技术处理红土镍矿的工厂,典型特征为采用立式无机械搅拌高压浸出釜;第二代 HPAL 技术典型特征为卧式多隔室机械搅拌釜 加压氧浸;第三代 HPAL 技术,特点是对工艺过程和工艺参数进行优化、对关 键设备进行改进、对材料进行优化选择以及对工艺控制系统进行完善,使得工 业生产更稳定、工厂作业率更高、生产运行成本更低、金属回收率更高。

每个 HPAL 项目处理的镍矿品位差异较大,各个项目 采用的具体技术路线也不尽相同。在第一代、第二代项技术中,由于对矿石性 质调研不充分、设备选型和材料选择错误、配套设施不完善等原因,造成多个 项目最终停产,如澳大利亚 Murrin Murrin 工厂、Bulong 工厂、Ravensthorpe 工厂都因矿石性质与工艺设计相差较大,导致投产后未达到预期产量或者停产, 但为后来 HPAL 的工艺改进提供了宝贵经验。而自 Ramu、Ambatovy 等项目顺 利投产并稳定运行后,HPAL 技术已日渐成熟,无论对矿石性质的认知,还是 工艺流程、关键设备及材料均积累了大量经验,证明了采用 HPAL 工艺可以经 济、有效地处理含铁高、含镍钴镁低的镍红土镍矿资源,可以在预计的工艺操 作条件下实现连续、稳定生产并获得稳定的工艺技术指标。

HPAL 的沉淀工艺。无论是生产中间产品还是最终产品 ,都需要采用沉淀工艺 从浸出液中富集镍、钴。根据生成沉淀物的性质,一般可归纳为硫化物沉淀 (MSP)和氢氧化物沉淀(MHP)两种技术。目前世界上有工业应用经验的硫化物 沉淀技术主要有高温硫化沉淀 (HMSP)、中温硫化沉淀 (MMSP)和低温硫化沉 淀三种 (LMSP)。与其它沉淀技术相比 ,硫化沉淀技术一般需配套建设氢气厂、 硫化氢气体厂,对工厂管理、人员素质要求很高,投资和运行成本相对较高, 硫化沉淀技术应用比较成功的项目是住友金属在菲律宾的 Taganito 等项目。氢 氧化物沉淀技术方面,常规氢氧化物沉淀工艺主要有氢氧化钠沉淀和氧化镁沉 淀两种技术。和硫化物沉淀技术相比,氢氧化物沉淀技术生产简单,投资及运 行成本低,缺点是沉淀物粒度小、含水分高。中资在印尼的红土镍矿湿法项目 一般考虑采用氢氧化物沉淀。

HPAL 工艺或成为湿法冶炼红土镍矿的主流工艺

由于 HPAL 工艺相对复杂,且高温、高压、酸性环境对设备选型和材料选择具 有高要求,需使用特殊材质高压釜、隔膜泵、阀门等,以及钛合金、双相钢等 特殊材质。整体来看,HPAL 工艺资本开支较大,已投产的 Goro 工厂、中冶瑞 木、Taganito 工厂吨镍投资高达 5-7 亿美元。而当前中资在印尼规划的项目投 资成本均偏低,集中在 1.5-2 亿美元/金属吨,投资下降的原因之一是新建项目 位于较成熟的工业园区,配套项目投资减少,二是新投建项目设备国产化率提 高,三是有瑞木项目经验减少一些多余的投入等。

稳定运行的 HPAL 工艺项目成本偏低,抵扣钴的收益后,具有明显的成本优势, 如古巴 MOA 工厂以及巴新瑞木项目。根据安泰科数据,瑞木项目完全成本为 12000 美元/吨,现金成本为 9000 美元/吨,折算掉钴的价值仅有 4800-4900 美 元/吨。

随着高品位红土镍矿资源越来越少,具有能处理低品位矿石、成本低、能耗低、 碳排放量少以及有价金属综合利用率高特点的 HPAL 技术将越来越受到人们的 重视,近年来新建的红土矿湿法项目几乎全部采用 HPAL 工艺。

镍铁转产高冰镍取决于硫酸镍对镍铁溢价

镍供应链原本存在“镍生铁-不锈钢”和“纯镍-电池镍”两条平行的二元供应结 构,RKEF 项目大量投产导致镍生铁相对过剩,而电池用镍高增长导致纯镍相 对短缺。自 2020 年下半年以来,全球新能源汽车产销量大增,动力电池三元 正极材料对镍金属(硫酸镍)需求随之增加,而新增镍钴湿法中间品产能在 2022-2023 年才能放量,在此之前硫酸镍产量增长更多依赖镍豆、镍粉溶解。 而近些年全球原生镍增量主要是 NPI,NPI 供应相对充足,这就导致了硫酸镍 较 NPI 溢价不断增加,激励企业将“NPI→高冰镍→硫酸镍”工艺路线打通。

今年 3 月初,青山宣布与华友钴业、中伟股份签订高冰镍供应协议。三方共同 约定青山实业将于 2021 年 10 月开始一年内向华友钴业供应 6 万吨高冰镍,向 中伟股份供应 4 万吨高冰镍,市场担心原有的二元供应结构打破,过剩的镍铁 可以通过硫化工艺生产高冰镍,进而生产硫酸镍,从而使镍价的定价依据从相 对短缺的纯镍转为相对充裕的镍生铁,引发镍价暴跌。

如上所述,镍铁企业转产高冰镍的动力在于硫酸镍对镍生铁的高溢价。根据相 关机构的数据,镍生铁经过转炉吹炼生产高冰镍的成本约为 1000 美元/吨,高冰镍通过酸浸生产硫酸镍的成本约 2500 美元/吨,即镍生铁到硫酸镍的成本是 3500 美元/吨。只有硫酸镍对镍生铁的溢价超过 3500 美元/吨,镍生铁企业才有动力转产高冰镍。

根据相关咨询机构在今年 4 月份测算的静态数据,使用红土镍湿法中间品 MHP 生产硫酸镍最具成本优势,溶解镍豆、镍粉生产硫酸镍成本最高,高冰镍生产硫酸镍成本介于两者之间。

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