“雙碳”目標下鎳資源的綜合利用發(fā)展趨勢

張振芳，陳秀法，李仰春，高愛紅，王楊剛，何學洲，王秋舒

（中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037）

1 碳達峰碳中和研究進展

全球氣候變化是21 世紀人類共同面臨的重大挑戰(zhàn)，隨著全球變暖和極端氣候頻發(fā)，低碳經(jīng)濟已成為世界發(fā)展的潮流。國外側(cè)重于分析碳減排政策的實施效果、方法和途徑，國內(nèi)的研究則集中在我國發(fā)展低碳經(jīng)濟的必要性和條件的論述以及相關(guān)經(jīng)驗的介紹等[1]。

2020 年“雙碳”目標提出后，國內(nèi)關(guān)于“雙碳”目標提出的背景及與中國綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)系的論述明顯增加[2-4]。此外，也有學者對“雙碳”目標達成的時間節(jié)點和技術(shù)路徑等進行了研究。余碧瑩等利用能源技術(shù)經(jīng)濟模型研究得出全國CO2排放有望于2025 年實現(xiàn)達峰且峰值約108 億t，到2060 年與能源相關(guān)的CO2排放量仍將存在3 億～31 億t，主要來自電力、鋼鐵、化工、交通等行業(yè)，需要森林、海洋、碳匯技術(shù)來吸收[5]。魯博文等[6]梳理了目前碳捕集、利用與封存（Carbon Capture,Utilization,and Storage，簡稱CCUS）技術(shù)的研究進展，并分析了CCUS 技術(shù)助力我國碳中和的前景。王燦等[7]認為我國現(xiàn)有的節(jié)能減排技術(shù)可以在一定程度上支撐應對氣候變化目標的實現(xiàn)，同時提出了未來技術(shù)清單。

2021 年，《中共中央國務院關(guān)于完整準確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意見》和《國務院關(guān)于印發(fā)2030 年前碳達峰行動方案的通知》出臺后，能源電力、鋼鐵、交通、建筑等高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)紛紛研究制定各自的減排方案，有關(guān)這些行業(yè)的碳減排潛力分析以及減排方法和路徑的研究顯著增加。鄒才能等研究提出碳替代、碳減排、碳封存、碳循環(huán)是實現(xiàn)碳中和的4 種主要途徑，其中，通過風電、光伏、水電等清潔能源替代傳統(tǒng)煤電，助力電力部門實現(xiàn)低碳排放，將成為碳中和的中堅力量?！熬G氫”作為清潔能源的后備軍將助力工業(yè)與交通等領(lǐng)域進一步降低碳排放，節(jié)能減排、地質(zhì)封存等技術(shù)將最終實現(xiàn)化石能源碳中和。通過構(gòu)建中國新的“三小一大”能源結(jié)構(gòu)，推動實現(xiàn)中國能源獨立[8]。王文等[9]通過分析美國、荷蘭等國家和湖南碳減排的經(jīng)驗教訓提出漸進式“棄煤”的主張，同時建議通過啟動碳稅、電力產(chǎn)業(yè)鏈（上游風電和光伏等清潔能源、中游特高壓輸電線路、下游新能源汽車）協(xié)同發(fā)展等措施實現(xiàn)“雙碳”目標。張時聰?shù)萚10]通過構(gòu)建建筑部門碳排放預測模型表明在基準情景下，我國建筑運行與相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施碳排放將于2040 年左右達峰，峰值為31.1 億t CO2，通過大力推行建筑節(jié)能、建筑光伏一體化、清潔取暖等措施，建筑部門碳達峰時間可提前至2030年，峰值為27 億～28 億t CO2，到2060 年建筑領(lǐng)域?qū)⑹Ｓ? 億～8 億t CO2需要完成碳中和。蒼大強等[11]通過分析對比國內(nèi)外鋼鐵行業(yè)的節(jié)能減排方案，提出鋼鐵行業(yè)應對“雙碳”目標可采取多能互補與儲能相結(jié)合的理念，包括鋼鐵二次能源與可再生能源的互補、鋼鐵不同高低品位能源的互補、儲能系統(tǒng)的創(chuàng)新應用等。

上述研究主要集中在“雙碳”目標提出的背景及與中國綠色低碳轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)系以及能源、電力、鋼鐵、交通、建筑等高耗能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和的方法路徑和時間節(jié)點，對在“雙碳”目標下具體某一金屬礦產(chǎn)綜合應用發(fā)展趨勢的研究缺乏，本文將重點分析鎳在綠色低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型中的綜合應用前景。

2 雙碳目標下金屬礦產(chǎn)行業(yè)的挑戰(zhàn)與機遇

金屬礦產(chǎn)行業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，既是落實碳減排的重要領(lǐng)域，也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要責任主體。礦業(yè)作為傳統(tǒng)的高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)通過降低資源開發(fā)的能源消耗強度、提高礦產(chǎn)資源綜合利用率、推廣綠色礦山建設(shè)等多種措施減少礦業(yè)活動的直接碳排放，促進礦業(yè)綠色低碳發(fā)展。我國礦業(yè)碳排放主要源自開發(fā)過程的電力和煤炭消耗，近年來隨著電力消耗占比增加，礦業(yè)整體碳排放強度年均下降超過6%[12]。然而，由于高碳工藝流程仍占中國金屬礦產(chǎn)行業(yè)的主導，因此鋼鐵行業(yè)年碳排放量約占全國碳排放總量的15%，有色金屬行業(yè)約占全國碳排放總量的5%[13]。

“雙碳”、“雙控”目標實施后，金屬礦產(chǎn)行業(yè)將面臨越來越嚴格的碳管控和能耗管控，既有的節(jié)能減排技術(shù)難以滿足更高的能耗和環(huán)保標準，需要進一步升級工藝流程和研發(fā)革命性技術(shù)，由此帶來的成本增加將促使鋼鐵、電解鋁等落后產(chǎn)能加速出清。目前，氫冶金工藝等綠色技術(shù)尚處于研發(fā)階段，短期內(nèi)實現(xiàn)既有冶金流程替代與優(yōu)化仍面臨較大困難，因此礦業(yè)碳減排壓力仍然存在[14]。

同時，清潔能源、新能源汽車、5G 通訊、智慧交通等新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將積極拉動金屬需求。據(jù)世界銀行《礦產(chǎn)品促氣候行動：清潔能源轉(zhuǎn)型的礦產(chǎn)消費強度》報告，與清潔能源產(chǎn)業(yè)密切相關(guān)的礦產(chǎn)品的需求量將大幅增加。據(jù)該報告預測，2050 年石墨、鋰、鈷在清潔能源產(chǎn)業(yè)的需求量將增加至2018 年產(chǎn)量的近5 倍，鎳在清潔能源產(chǎn)業(yè)的需求量將與2018 年的產(chǎn)量基本持平（表1）。然而，由于石墨、鋰、鈷在清潔能源產(chǎn)業(yè)中，主要用于動力電池領(lǐng)域，應用場景相對單一，因此需求量將極大地受技術(shù)選擇的影響，而鎳、鋁、銅、鋼鐵等則廣泛應用于動力電池、風能、太陽能、光伏、地熱能等多個清潔能源技術(shù)，故需求量的增加相對穩(wěn)定，技術(shù)替代的影響相對較小，這為金屬礦業(yè)行業(yè)的發(fā)展帶來新的機遇。本文將重點分析在“雙碳”目標下鎳資源的綜合利用前景。

表1 能源技術(shù)領(lǐng)域礦產(chǎn)品需求量預測[15]Table 1 Mineral demand forecast in energy technology field

3 鎳資源綜合利用現(xiàn)狀和前景分析

3.1 鎳資源分布及勘查開發(fā)

鎳是一種天然存在的金屬元素，廣泛分布于地殼和地核中，在地球上的豐度排名第五。鎳主要應用于鋼鐵、合金、電鍍、電池等領(lǐng)域。世界鎳礦資源主要有紅土型鎳礦和硫化物型鎳礦兩種，其中以紅土型鎳礦為主，約占總量的60%，大多數(shù)礦床分布在赤道南北緯22°范圍內(nèi)，集中產(chǎn)出在環(huán)太平洋地區(qū)的熱帶和亞熱帶國家。硫化物型鎳礦約占40%，主要分布在加拿大、俄羅斯、澳大利亞、南非、中國等國家。據(jù)美國標普數(shù)據(jù)庫不完全統(tǒng)計[16]，全球儲量資源量大于等于10 萬t的大型、超大型鎳礦240 個，以紅土型鎳礦為主。其中亞太地區(qū)73 個居首位，儲量資源量占比40%，其次是歐洲和澳大利亞（圖1）。

圖1 全球鎳礦資源分布及占比Fig.1 Distribution of nickel resources and its share in the world

鎳礦的勘查投入隨鎳價的波動而周期性波動。據(jù)美國標普的不完全統(tǒng)計[16]，過去15 年全球鎳礦勘查投入的熱點地區(qū)主要在澳大利亞、加拿大和俄羅斯，三個國家吸引了全球一半以上的鎳礦勘查投入。其次是印尼、巴西和美國，約占全球鎳礦勘查投入的4%～7%（表2）。過去30 年中，全球主要的新發(fā)現(xiàn)鎳礦以紅土型鎳礦為主，40 個紅土型鎳礦新增鎳資源7832 萬t，10 個巖漿型鎳礦新增資源僅1810 萬t。

表2 過去十五年全球主要的鎳礦勘查投入及分布/百萬美元Table 2 Distribution and trends of nickel mineral exploration budget in last 15 years

據(jù)世界金屬統(tǒng)計局數(shù)據(jù)，2018 年，全球礦山鎳產(chǎn)量241.44 萬t，主要生產(chǎn)國有印度尼西亞、菲律賓、新喀里多尼亞、俄羅斯、加拿大、澳大利亞和中國（表3）[17]。前三者主要開發(fā)紅土型鎳礦，后者以硫化物鎳礦為主。21 世紀以來，全球新增的硫化鎳礦產(chǎn)能僅約20 萬t，且增加的產(chǎn)能多為大型低品位礦，硫化鎳礦產(chǎn)量在全球鎳礦產(chǎn)量中占比不到30%[18]。近十年來礦山鎳產(chǎn)量總體呈倒“V”型結(jié)構(gòu)，變化主要源自印尼和菲律賓，俄羅斯、澳大利亞、加拿大、中國等傳統(tǒng)硫化鎳礦生產(chǎn)國的產(chǎn)量基本保持穩(wěn)定。2009 年印尼頒布鎳礦出口禁令，疊加中國大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的強勁需求，印尼的鎳礦產(chǎn)量由2009 年的19 萬t 迅猛提升至2012 年的62 萬t，位居全球首位。隨后，受2014 年1 月生效的印尼鎳礦出口禁令影響，2013 年全球鎳礦產(chǎn)量達到255 萬t 的峰值，較2009 年增加了89%。之后，全球礦山鎳的產(chǎn)量因印尼“拉抽屜”式的政策變動而波動，印尼減少的產(chǎn)量主要由菲律賓補充。

表3 主要礦山鎳生產(chǎn)國及產(chǎn)量/tTable 3 The main countries of mine nickel and its production

3.2 鎳資源供需及消費結(jié)構(gòu)分析

全球精煉鎳產(chǎn)量與礦山鎳產(chǎn)量呈現(xiàn)相似的變化趨勢，但精煉鎳的主產(chǎn)國與礦山鎳明顯不同。礦山鎳主要由印尼、菲律賓、俄羅斯、澳大利亞、加拿大等供應，而精煉鎳主要由中國、俄羅斯、日本、加拿大、澳大利亞、挪威等供應（表4）。中國精煉鎳產(chǎn)量是全球精煉鎳產(chǎn)量變化的自變量，近十年來中國產(chǎn)量的占比維持在20%～36%之間。而中國、俄羅斯和日本精煉鎳產(chǎn)量前三位國家的占比在2014 年之前超過50%。2014 年之后，由于印尼原礦出口限制和冶煉能力提升，印尼精煉鎳產(chǎn)量從2014 年的2 萬t 增加到2018 年的28 萬t，成為僅次于中國的全球第二大精煉鎳生產(chǎn)國，極大地改變了全球精煉鎳供應格局，成為另一個影響全球精煉鎳產(chǎn)量的變量。

表4 主要精煉鎳生產(chǎn)國及產(chǎn)量/tTable 4 The main countries of refined nickel and its production

2009 年以來，全球精煉鎳的消費量穩(wěn)步增長，消費主體是亞洲、歐洲和美洲。其中，中國不僅是精煉鎳的主要生產(chǎn)國，也是主要的消費國。中國精煉鎳的產(chǎn)量全球占比維持在20%-36%之間，消費量全球占比維持在45%左右，均位居全球首位，其次是日本、美國和韓國，全球精煉鎳的供需比較一致，全球礦山鎳的供需分離。

現(xiàn)階段鎳主要應用于不銹鋼、有色金屬合金、電鍍和電池等領(lǐng)域，2019 年的占比分別是70%、16%、8%和5%[19]。但在新能源汽車產(chǎn)量增長與動力電池三元材料高鎳化發(fā)展趨勢的雙重推動下，2015 年以來全球硫酸鎳需求量平均增速達到 28.58%，成為另一個極具增長潛力的鎳消費部門[20]。Benchmark Minerals Intelligence 預測電池級硫酸鎳的消費量將迎來爆發(fā)式增長，到2030年，動力電池對鎳的需求量將從2020 年的13.9萬t 飆升到140 萬t，增加超過10 倍，將占鎳總需求的30%。世界銀行預測，隨著鎳在電池、儲能、地熱、光伏、風電等清潔能源領(lǐng)域的需求快速增加，2050 年清潔能源用鎳將增加至227 萬t。

中國作為全球最大的原生鎳生產(chǎn)國和消費國，目前原生鎳主要用于不銹鋼生產(chǎn)。據(jù)萬得統(tǒng)計2014 年起中國不銹鋼產(chǎn)量的全球占比均在50%以上。然而，隨著“雙碳”目標推動的清潔能源轉(zhuǎn)型和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，鎳的消費結(jié)構(gòu)將由不銹鋼為主導的“一元結(jié)構(gòu)”轉(zhuǎn)變?yōu)橐圆讳P鋼和電池為主導的“二元結(jié)構(gòu)”。安泰科統(tǒng)計2020 年中國不銹鋼行業(yè)鎳消費量111.1 萬t，占比82.4%，電池領(lǐng)域9.7 萬t，占比7.2%。中國汽車工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計2020 中國新能源汽車市場滲透率僅5.4%，按照2020 年10 月發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》，到2035 年這一數(shù)據(jù)將達到50%，這將根本性改變中國未來鎳的消費結(jié)構(gòu)。2020 年中國原生鎳產(chǎn)量74.4 萬t，同比回落10.4%。原生鎳消費總量134.8 萬t，同比增長6.0%[21]，中國鎳資源的供不應求已使2020 年的對外依存度提升至85%，且90%以上的進口源自印尼和菲律賓兩國，供應集中度高，印尼鎳礦政策的頻繁變動給中國鎳資源的持續(xù)穩(wěn)定供應帶來一定風險。

3.3 鎳資源綜合利用現(xiàn)狀和成本

鎳資源的綜合利用按礦物的種類可分為氧化鎳礦處理和硫化鎳礦處理等。氧化鎳礦的鎳常以類質(zhì)同象形式嵌布在脈石礦物中，粒度較細，與其他礦物共生，難以通過一般的物理選礦方法富集，多直接進行冶煉[22]。硫化鎳礦的鎳主要以游離硫化鎳形態(tài)存在，易選冶，鎳含量小于3%的硫化鎳礦石直接冶煉不經(jīng)濟，通常采用選礦方法選出含鎳4%～7%以上的銅鎳混合精礦，或者進一步分選出鎳精礦，再將此種混合精礦或鎳精礦進行冶煉提取金屬鎳。

目前國內(nèi)外的冶煉工藝流程大致可分為濕法、火法和火-濕聯(lián)合法3 類。其中濕法冶煉包括高壓酸浸簡稱HPAL、常壓酸浸、生物浸出等；火法冶煉包含回轉(zhuǎn)窯-礦熱爐簡稱RKEF 還原熔煉、還原焙燒-磁選、還原硫化熔煉等；火-濕聯(lián)合法主要為還原焙燒-氨浸Caron 法[22-24]。

按照礦石的化學成分，氧化鎳礦可分為褐鐵礦型和硅鎂鎳礦型兩大類，褐鐵礦型氧化鎳礦位于紅土型鎳礦床的上部，鎳品位小于1.6%，鎂含量低，鐵、鈷含量高，宜采用濕法冶煉工藝處理，目前主流為HPAL，可以同時回收鈷。硅鎂鎳礦也稱殘積礦，位于紅土型鎳礦床的下部，鎳品位大于1.6%，鐵、鈷含量低，鎂含量高而酸耗高，且難以通過PH 值進行除雜，宜采用火法冶煉工藝，目前主流為RKEF，而處于中間過渡層的礦石兩種冶煉工藝都可以使用，依據(jù)鎳品位擇優(yōu)選擇[25]。

氧化鎳礦的火法冶煉主要用于生產(chǎn)鎳鐵，但有少量項目用來生產(chǎn)高冰鎳。鎳鐵主要用來生產(chǎn)不銹鋼，高冰鎳可通過加壓酸浸生產(chǎn)電池級硫酸鎳或精煉為金屬鎳。濕法冶煉始于20 世紀50 年代，目前發(fā)展至第三代工藝，主要用于生產(chǎn)電解鎳和硫酸鎳。濕法冶煉產(chǎn)出的鎳中間品主要包含混合硫化鎳鈷和氫氧化鎳鈷，前者經(jīng)進一步精煉得到純鎳，后者是生產(chǎn)電池級硫酸鎳的主要原料。

氧化鎳礦的兩種冶煉工藝相比，火法冶煉工藝成熟，流程短、生產(chǎn)規(guī)模大，投建周期1～2 年，前期單t 投資額約1 萬美元，尾礦處理較簡單。缺點是能耗高導致生產(chǎn)成本較高，約為1.3 萬美元/t，而且無法回收紅土鎳礦中的鈷，適用于鈷含量小于0.05% 的硅鎂鎳礦。濕法冶煉因無需高溫反應而能耗低，且因適用于低品位的表層褐鐵礦型紅土鎳礦而更易開采，原料豐富，單t 生產(chǎn)成本約1 萬美元。缺點是工藝復雜、流程長、對技術(shù)和設(shè)備要求高，尾礦處理復雜，投建周期需3 年左右，前期單t 投資額約2 萬美元。

硫化鎳礦的選礦工藝主要有階段磨選、磁浮聯(lián)合、泥砂分選和分離浮選等[26]，選礦后的精礦經(jīng)火法冶煉或濕法冶煉制成高冰鎳或電解鎳。2007 年以前硫化鎳礦是全球供給的主要來源，不銹鋼生產(chǎn)所需的鎳主要以電解鎳為原料。然而，隨著硫化鎳礦資源日趨貧乏，21 世紀以來新開硫化鎳礦項目的品位下降了40%以上，礦石回收率下降了15%，開發(fā)成本日益上升[17]。不銹鋼對電解鎳的需求與日俱增導致供不應求，鎳價高企。在此背景下，中國恩菲工程技術(shù)有限公司突破行業(yè)技術(shù)壁壘，成功開發(fā)了RKEF 冶煉工藝，使豐富的紅土型鎳礦得以大規(guī)模開發(fā)利用，逐漸成為下游產(chǎn)業(yè)的主要原料供應。青山集團繼續(xù)突破，首次把不銹鋼生產(chǎn)與RKEF 工藝緊密結(jié)合直接生產(chǎn)不銹鋼，大大降低了對鎳資源品位的要求，也將煉鋼成本節(jié)約20%以上，t 鋼能耗節(jié)約50%以上，在突破資源制約的同時極大地節(jié)能減排，促使紅土型鎳礦成為全球供給的主要來源。

3.4 鎳資源綜合利用前景分析

在碳中和的引導下，全球的“脫碳”意識不斷增強，鎳資源的綜合利用必將尋求更加低碳的生產(chǎn)方式。同時，鎳資源的消費結(jié)構(gòu)也將發(fā)生顯著變化，在清潔能源領(lǐng)域的應用大幅增加。能源清潔化應用、工藝流程改進等將是未來鎳資源綜合利的發(fā)展方向。

在“雙碳”目標下，電池級硫酸鎳將成為能源清潔化過程中鎳的主要消費領(lǐng)域之一。生產(chǎn)硫酸鎳的主要原料有高冰鎳、鎳濕法中間品、鎳豆、鎳粉和廢鎳等。目前，國際主流硫酸鎳備制工藝是通過硫化鎳礦冶煉高冰鎳和紅土鎳礦濕法冶煉中間品兩種方法（圖3）[20]。

圖3 鎳礦制備硫酸鎳的主要工藝流程Fig.3 Schematic diagram of main technological process of nickel sulphate preparation from nickel ore

硫化鎳礦火法冶煉高冰鎳的工藝主要為電爐熔煉、閃速熔煉等至低冰鎳，再轉(zhuǎn)吹至高冰鎳，國內(nèi)的吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司和金川集團股份有限公司采用以硫化鎳礦冶煉高冰鎳為原料生產(chǎn)硫酸鎳。面臨硫化鎳礦后續(xù)資源供應制約，已有少量項目采用紅土鎳礦生產(chǎn)高冰鎳，冶煉方式有三種（圖4）[27]，一種是直接生產(chǎn)工藝，在紅土鎳礦冶煉時直接加入蘭炭、硫磺、黃鐵礦進行還原硫化，生產(chǎn)低冰鎳，之后再轉(zhuǎn)吹生成高冰鎳；另一種是先用RKEF 工藝生產(chǎn)出鎳鐵，送入轉(zhuǎn)爐進行一次硫化得低冰鎳，再進行二次轉(zhuǎn)爐吹煉到高冰鎳；還有一種是富氧側(cè)吹的高冰鎳工藝，紅土鎳礦經(jīng)側(cè)吹爐熔化還原得鎳鐵或低冰鎳，再經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉到高冰鎳，高冰鎳通過加壓酸浸生產(chǎn)電池級硫酸鎳。

圖4 紅土鎳礦-高冰鎳的三種主流工藝Fig.4 Laterite nickel ore -three main processes of high nickel matte

紅土鎳礦-高冰鎳的三種工藝各有特點，KREF 鎳鐵-高冰鎳工藝可以將不銹鋼產(chǎn)業(yè)與清潔能源產(chǎn)業(yè)打通，實現(xiàn)紅土鎳礦到不銹鋼和清潔能源的自由切換，企業(yè)可根據(jù)硫酸鎳的價格靈活轉(zhuǎn)產(chǎn)。當硫酸鎳和鎳鐵的供需發(fā)生變化時，二者的價差擴大到17000 元/t 后，能夠覆蓋鎳鐵-高冰鎳-硫酸鎳的成本，企業(yè)便可轉(zhuǎn)產(chǎn)高冰鎳。富氧側(cè)吹工藝因?qū)υ虾瓦€原劑的質(zhì)量要求低于RKEF 工藝，且減少了預還原流程，用側(cè)吹爐代替電爐，因此投資成本和生產(chǎn)成本相對較低，且因能耗較低而更加低碳環(huán)保。這兩種火法工藝在紅土鎳礦生產(chǎn)高冰鎳的綜合利用中發(fā)展?jié)摿^大。

紅土鎳礦濕法冶煉生產(chǎn)硫酸鎳的主要工藝為HPLA，該工藝最早工業(yè)化應用于20 世紀50 年代古巴的Moa 紅土型鎳礦。主要流程為將紅土鎳礦破碎磨細制漿，在240～270℃、4～5 MPa 的高溫高壓環(huán)境下，以稀硫酸為浸出液，通過調(diào)整溶液pH 值等工藝參數(shù)，促使紅土鎳礦中的鎳、鈷選擇性進入浸出液，鐵、鋁、硅等進入渣中[22]。浸出液經(jīng)除雜后還原中和沉淀，加堿得氫氧化鎳鈷（Mixed Hydroxide Precipitate，簡稱MHP）中間品，用作電池級硫酸鎳原料，加硫化氫得混合硫化鎳鈷（Mixed Sulphide Precipitate，簡稱MSP）中間品，進一步精煉得純鎳和鈷（圖3）。

HPAL 冶煉工藝流程長、反應條件苛刻，閉環(huán)流程設(shè)計導致容錯率低、啟停成本大，且需要隨著礦石成分變化隨時調(diào)整反應參數(shù)，對設(shè)計和運營的綜合能力要求高。HPAL 工藝經(jīng)過多年發(fā)展在設(shè)計上取得較大改進，目前全流程鎳、鈷的回收率達90%以上[22]。隨著大型高壓反應釜制造工藝逐步成熟，裝備水平提高，高壓反應釜和閃蒸閥等關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化使HPAL 工藝優(yōu)勢愈發(fā)明顯。第三代HPAL 的投資成本、建設(shè)周期、爬坡周期均有大幅改善。目前全球應用第三代HPAL 技術(shù)已經(jīng)成功達產(chǎn)的有中國中冶巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木、日本住友金屬菲律賓CoralBay 和Taganito 三個項目。截至 2020 年底，全球 HPAL產(chǎn)能約為35.6 萬t，2026 全球 HPAL 項目產(chǎn)能合計有望達到 72.2 萬t。HPAL 工藝將是未來紅土鎳礦綜合利用的主要發(fā)展方向。

在綠色低碳經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的大背景下，火法冶煉因其高能耗而使環(huán)境成本增加。尤其在未使用清潔能源的情況下，高能耗導致的高排放將是政府和企業(yè)重點關(guān)注的問題，如印尼已考慮禁止新建或關(guān)停部分鎳鐵火法冶煉廠，鼓勵企業(yè)改造升級為不銹鋼冶煉廠或硫酸鎳濕法冶煉廠；特斯拉CEO 考察印尼的鎳后認為是“臟鎳”而放棄電池級硫酸鎳的訂購。未來隨著高品位鎳資源的減少以及碳排放等方面的限制，濕法HPAL 工藝在鎳礦原料成本與能耗成本的優(yōu)勢將凸顯?；诔杀緝?yōu)勢，濕法冶煉中間品有望成為電池級硫酸鎳的重要原料供給。而紅土鎳礦-鎳鐵-高冰鎳的火法產(chǎn)線將成為不銹鋼-清潔能源兩條產(chǎn)業(yè)鏈間的轉(zhuǎn)換橋梁，可根據(jù)階段性供需靈活調(diào)節(jié)不同鎳產(chǎn)品之間的價差，作為硫酸鎳原料的重要補充來源。

4 結(jié)論

（1）“雙碳”目標提出后，能源電力、鋼鐵、交通、建筑等高耗能、高排放產(chǎn)業(yè)紛紛研究制定各自的減排方案。金屬礦產(chǎn)行業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，既是落實碳減排的重要領(lǐng)域，也是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標的重要責任主體。在此情景下，金屬礦產(chǎn)行業(yè)將面臨越來越嚴格的碳管控和能耗管控，同時，清潔能源、新能源汽車等新型產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將積極拉動金屬需求，金屬礦產(chǎn)行業(yè)在綠色低碳轉(zhuǎn)型中的挑戰(zhàn)和機遇并存。

（2）鎳作為動力電池的重要金屬之一，在能源清潔化和動力電池高鎳化的雙重驅(qū)動下，鎳資源的綜合利用將發(fā)生顯著變化。現(xiàn)階段鎳主要應用于不銹鋼（70%）、有色金屬合金（16%）等領(lǐng)域，但在新能源汽車產(chǎn)量增長與動力電池三元材料高鎳化發(fā)展趨勢的雙重推動下，2015 年以來全球硫酸鎳需求量平均增速達到 28.58%，預測到2030 年，動力電池對鎳的需求量將從2020 年的13.9 萬t 飆升到140 萬t，增加超過10 倍，將占鎳總需求的30%。而且，隨著鎳在電池、儲能、地熱、光伏、風電等多個清潔能源領(lǐng)域的需求快速增加，預測2050 年清潔能源用鎳將增加至227 萬t。

（3）隨著硫化鎳礦資源日漸貧乏，紅土型鎳礦已成為鎳的主要來源。過去30 年中，全球主要的新發(fā)現(xiàn)鎳礦以紅土型鎳礦為主，40 個紅土型鎳礦新增鎳資源7832 萬t，10 個巖漿型鎳礦新增資源僅1810 萬t。目前紅土型鎳礦主要通過KREF等火法冶煉工藝生產(chǎn)鎳鐵和不銹鋼，隨著電池級硫酸鎳的需求增加，高壓酸浸鎳濕法冶煉中間品制備硫酸鎳和鎳鐵轉(zhuǎn)產(chǎn)高冰鎳制備硫酸鎳將成為紅土型鎳礦綜合利用的發(fā)展趨勢。