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矿产行业系列专题报告之五:镍

目录

一、镍及镍矿石的资源特点 (4)

1.镍金属特性 (4)

2.镍矿石 (5)

3.镍资源储量 (5)

4.中国的镍资源分布特点 (7)

二、镍的下游应用 (11)

1.不锈钢主导镍的需求 (11)

2.镍的其它应用领域 (14)

三、镍、镍铁冶炼方法及相关产业链 (16)

1.镍的冶炼技术 (16)

2.镍产品价值链 (20)

3.镍铁的冶炼技术 (21)

四、镍行业政策分析 (23)

五、镍的供给 (23)

1.产量持续增长、库存持续增加 (23)

2.我国镍自给率持续降低 (26)

3.镍铁的产能过剩 (27)

六、镍的需求 (28)

1.中国需求是镍需求的主要增量 (28)

2.不锈钢产品种类的调整影响镍的需求 (30)

3.镍铁替代部分精炼镍的需求 (30)

七、价格趋势—供给过剩及不锈钢需求增速放缓将持续压制镍价31

1.库存持续升高 (31)

2.下游需求增速放缓 (32)

3.不锈钢结构的改变 (36)

4.不可忽视的国家收储 (36)

5.未来供需及价格预测 (37)

附录1:国内镍行业主要企业介绍 (37)

1.金川集团有限公司 (37)

2.新疆新鑫矿业股份有限公司 (40)

3.吉林吉恩镍业股份有限公司 (40)

4.红河恒昊矿业股份有限公司 (42)

5.浙江嘉利珂钴镍材料有限公司 (43)

6.浙江华友钴业股份有限公司 (43)

7.南京寒锐钴业有限公司 (44)

附录2:镍冶炼行业前四十强企业 (45)

一、镍及镍矿石的资源特点

1.镍金属特性

镍的主要物理化学性质。常温下镍在空气中表面会形成致密的氧化膜,阻止氧化过程进一步进行。镍能耐氟、碱、盐水和许多有机物的腐蚀,在稀盐酸中溶解也很缓慢,浓硝酸可使镍表面钝化而使镍具有抗蚀性。镍能吸收大量的氧,粒度越小吸收量越大。

致密的金属常温下在湿空气和水中均稳定,也不与碱和有机物作用。温度高于300 ℃在空气中开始氧化。赤热的能分解水放出氢。氢还原法制备的细粒金属粉在空气中会自燃生成氧化。能被硫酸、盐酸、碱液溶解生成二价盐。无水氯化是蓝色的,吸收空气中的水会变为淡红色,利用此特性可做干燥剂的指示剂。

镍金属具有优异的储能、防腐、耐磨、耐高温和高强度等特殊性能,是不锈钢、充电电池、电镀、汽车配件、关键工具、军工器件等行业的关键原料,是国民经济发展的重要战略物资。

镍金属具有优异的储能、防腐、耐磨、耐高温和高强度等特殊性

能,是不锈钢、充电电池、电镀、汽车配件、关键工具、军工器件等行业的关键原料,是国民经济发展的重要战略物资。

2.镍矿石

镍在地壳中的平均质量分数为0.01%,资源分两类:硫化矿和氧化矿。海底锰结核中也存有丰富的镍。硫化矿中主要有镍黄铁矿(Fe, Ni)9S8、镍磁黄铁矿(Ni, Fe)7S8、针硫镍矿NiS、辉铁镍矿

3NiS·FeS2、镍黄铁矿(Ni, Co)3S4。在硫化矿中都伴生有黄铜矿、少量的硫化物及铂族金属。现代产量的70%产自硫化镍矿。镍精矿的品位为4~8%。氧化矿中镍约占总储量的60~70%,主要有硅镍矿、蛇纹石和红土矿。硫化矿主要集中在一些北部国家,加拿大、前苏联、中国;氧化矿主要沿南北回归线分布,特别集中于两个地带,即新卡里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾一带和古巴、多米尼加一带。

3.镍资源储量

美国地质调查局(USGS)的最新统计数据显示,2012年世界镍储量为7500万吨。澳大利亚是全球镍矿资源最为丰富的国家,2012年镍储量为2000万吨,占全球储量的27%。其他镍矿资源比较丰富的国家

和地区还有俄罗斯、古巴、加拿大、巴西、新喀里多尼亚、南非和印尼,这7个国家的镍储量占到了全球总量的53.1%。从类型上看,世界镍资源主要有红土型矿(主要是氧化矿)及硫化物型矿两种,其中以红土型矿为主、约占总量60%,主要分布在赤道附近的古巴、新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾、巴西、哥伦比亚和米多尼加等国;硫化物型矿只占40%,主要分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚、中国、南非等国家。此外,在深海特别是在太平洋深海的锰结核中也蕴藏着丰富的镍。

值得关注的是,随着新的镍矿床的发现,世界镍资源分布格局发生了深刻的变化。澳大利亚镍资源储量由1997年的第五位越至2002年的第一位,以后不仅保持了第一的位次,而且资源储量占据世界的1/3,是世界镍资源的核心区;俄罗斯、古巴、加拿大及新喀里多尼亚,这些国家镍储量在1997年在世界占有重要地位,到2007年虽然保持了世界前五位的地位,但是占世界比重已经降低到10%以下;巴西、希腊、菲律宾及委内瑞拉的地位得到提升,并且委内瑞拉从2002年开始挤入世界镍资源大国行列。 图1:中国的镍储量占比较少

4%

27%8%

7%10%44%世界镍资源储量分布

中国

澳大利亚

俄罗斯

古巴

巴西

其它

表1:近十年镍的世界储量增加较少

4.中国的镍资源分布特点

按照USGS的数据,中国的镍储量仅为300万吨,占世界总量7500万吨的4%。位居世界第9位。我国的镍精矿产量主要来自于金川集团,占全国总产量的85%以上。其他镍矿大多以中小型矿山形式独立运营,有较强的配套采、选、冶综合生产能力和装备水平,能实现镍

的粗冶产品的生产。值得关注的是,最近几年,随着国内市场对镍需求的大幅增加,促使国内沿海地区,如江苏、浙江等一些民营企业利用从菲律宾进口的低品位红土型镍矿为原料,采用高炉生产镍铁规模迅速扩大,并已成为国内不锈钢生产企业的重要原料来源,对缓解国内镍供应起到了重要作用。

我国镍矿资源储量分布于19个省(区),70%的镍矿资源集中在甘肃,其次分布在新疆、云南、吉林、四川、陕西和青海和湖北7个省(区)。这7个省(区)的镍资源合计保有储量占全国镍资源总储量的27%。其余镍资源分布在江西、福建、广西、湖南、内蒙古、黑龙江、浙江、河北、海南、贵州、山东11个省(区),这些地区的镍资源合计保有储量占总储量的3%。

我国镍矿类型主要以硫化矿为主,约占全国总量的90%。构成上与世界总体情况正好相反。其中金川镍矿548万吨,新疆喀拉通克镍矿约40万吨,吉林镍矿约25万吨,此外,四川会理、青海化隆、云南金平也有少量镍矿。氧化矿主要集中在云南省,还有极少量的其它类型镍矿。我国镍矿资源具有两个显著特点:一是矿石品位较高,平均镍大于1%的硫化镍富矿约占全国的40%;二是我国镍资源分布高度集中,甘肃、陕西、吉林及新疆四省(区)的镍矿储量约占全国总量的97.7%,其中特别是甘肃,其镍储量约占全国总量的84%。

在四川、云南和新疆探明了一些低品位的镍矿,有的是硫化镍矿,有的是氧化镍矿。随着上一波镍价波澜壮阔的行情,最近几年国内主要几个沉寂多年的镍资源基地也得到了资金的青睐。资源量在10万吨以上的矿藏都在开发利用当中。但是我国镍资源分布比较集中,中

小镍矿的开发仍然满足不了我国国民经济发展对镍资源的需求,因此开发利用海外镍矿资源是一个长期的任务。

图2:我国镍矿以大型矿为主

表2:2013年1-6月份中国的精炼镍进口量 国家

进口量(吨) 增长比例 澳大利亚

16,122 71.1 图3:中国近年镍的储量增加较少

大型矿68%

中型矿

4%小型矿

26%小矿2%

中国近年镍产量的增长仍然靠金川等现有企业的改扩建,没有新的资源开发,同时,受矿产资源条件限制,预计我国矿山镍原料短期内难以大幅度增加。镍矿山原料的生产和供给不足已经成为制约我国镍工业发展的关键性因素。因此,从长远看,国内镍资料短缺的局面将长期存在。

图4:我国镍产业高度集中

二、镍的下游应用

镍及其合金具有许多良好的物理、化学、力学性能,如高的强度和韧性、优良的抗腐蚀性能、良好的电真空性能、具有铁磁性等。镍大量用于不锈钢、铁磁合金和合金结构钢的生产,镍与铜、铬、、铝等金属组成非铁合金;镍基合金与镍铬基合金是一种耐高温、抗氧化材料,用于喷气蜗轮、电热元件、电阻和高温构件;镍铝合金是一种良好的磁性材料,用于电工器材;镍粉是化学反应加氢催化剂;镍的镀层具有良好的防锈性能。

1.不锈钢主导镍的需求

全球约2/3 的镍被用来生产不锈钢,由于其防腐性能及容易清洗的缘故,不锈钢被广泛用于食品、化工等加工设备及食品服务。不锈钢行业的需求是决定镍价高低的主要直接因素。

图4:镍的下游需求高度集中,三分之二用于不锈钢

不锈钢的分类方法很多,按主要化学成份可分为铬系不锈钢(俗

称400 系)、铬镍不锈钢&铬镍钼不锈钢(俗称300 系)、铬锰氮不锈钢(俗称200 系)。近些年来,中国不锈钢粗钢产量中,200 系占比显著偏高。

图5:各种不锈钢的含镍量

300 系不锈钢含镍量最高,达到8%-10%,代表品种304 主要应用于医药、机械、餐具等领域。

400 系不锈钢含镍量最低,含镍量不超过0.60%,代表品种430 主要应用于耐热器具、家电产品等。

200 系不锈钢含镍量为3.5%-5.5%(也有部分国家如印度京德勒含镍量仅为1.5%),代表品种201 主要应用于照明设备等干燥环下。

图6:不同种类不锈钢的用途

表3:不同下游行业对不锈钢的需求占比

2.镍的其它应用领域

镍合金粉应用前景不错。随着科学技术的高速发展,人们对材料提出了不同的要求,超微粒子具有明显的小尺寸效应和表面效应,长期以来引起众多研究者的兴趣。晶粒尺寸小而均匀、团聚度低,比表面积大、化学活性高的粉末,为新材料的开发提供了广阔的前景。超微Ni-Co合金粉由于具有不同于单质镍、金属粉末的特殊性能(物理、化学和机械性能)以及特殊的表面磁性,在硬质合金、磁性材料、催化剂、电池等行业具有广泛的应用前景,例如由于晶粒细化,在记忆磁、磁卡等电子产品方面得到了广泛的应用。

硬质合金。由于金属价格昂贵,资源稀缺,人们一直在研究的代用品,常见的代用品就是镍和铁,以铁粉作为粘结剂的硬质合金通常机械强度很低,用纯镍作为硬质合金的粘结剂,所得到的物理机械性能不如作粘结剂的性能,而且工艺控制困难。因此,通过合金化方式弥散强化粘结剂历来是制取新一代硬质合金的基本出发点。为了克服纯镍做粘结金属的缺点,同时节约金属,许多国家都进行了以镍部分取代部分的研究,并取得了良好的效果。

储氢合金电极。储氢合金是一种能在晶体的空隙中大量储存氢原子的合金材料。这种合金具有可逆吸放氢的神奇性质。它可以存储相当于合金自身体积上千倍的氢气,其吸氢密度超过液态氢和固态氢密度,即轻便又安全,显示出无比的优越性。具有实用价值的储氢合金必须具备的以下基本性能:1、储氢量大;2、容易活化;3、离解压力适中;4、在室温下吸放氢反应速度快;5、成本低寿命长。

镍合金镀层。镍合金镀层呈青白色,是抗腐蚀性能很好的合金镀

层之一。他适用于手表、自行车零件等的电镀,作为镀半光亮镍、镍或镍铜后的代铬镀层,它具有良好的焊接性,很适于在电子元件和印刷电路板中使用。由于的加入,改善了镍镀层的光泽,使其更具有饱满度,并提高了纯镍层的硬度和强度,而接触电阻低,因此它不仅可作为防护装饰性镀层,而且还可以作为机械镀层使用。由于其较高的硬度还可用于电镀。

镍合金磁性材料。当前磁记录技术已经成为信息新技术中的重要部分,对磁记录的主要要求是提高其记录密度、记录容量和记录设备的小型化,这对磁记录介质和磁记录头提出了更高的要求。而镍合金由于具有临界各向异性和低导热系数的特性,成为一种很重的磁性材料,特别在磁致伸缩传感器材料方面。

羰基镍。用羰基法可生产的高纯金属镍丸、金属粉末、合金粉末、包覆粉末、泡沫镍及纳米镍粉等产品。由于羰基法制备的特殊结构状态的产品,具有优良的物理和化学特性,因此它们是许多领域,尤其是高技术产业的重要原料。羰基法精炼镍是一种工艺简单,能耗低、提取率高,而且有利于贵金属的富集,无三废的环保工艺。热解羰基镍,可以制备出性能各异、形状不同的多种产品,如零维材料(纳米、微米级粉末材料)、一维材料(针状及丝状材料)、二维材料(薄膜材料)及三维材料(镍丸、包覆、梯度及空心材料)等。由于羰基法制备的特殊结构状态的镍产品,具有优良的物理和化学特性,是许多领域,尤其是高技术产业的重要原料,因此其市场前景十分广阔。此外,随着技术的进步,尤其是当今纳米技术的飞跃发展,可以预见羰基镍及产品的需求将会显著增加。

镍在电池材料中应用增大。我国新型电池产业化发展离不开多种

金属原料的需求。具体分析表明,锂离子电池和金属氢化物镍电池特别需要大量的金属和镍,其中以基原料为主的LiCoO2是锂离子电池的正极材料。目前我国已达到的LiCoO2材料年产能力约为1000吨;而年产2亿只电池约需LiCoO2材料2800吨左右;若电动自行车,EV 或HEV用锂离子电池得以发展,则材料的需求量更大。同时,取代LiCoO2的材料虽然正在发展,但总趋势是用LiNi1-XCoO2和LiNiMnO2取代可能性更大,这也离不开材料,还要增加对镍材料的需求。

在Ni/Cd和Ni/MH电池正极中也有一定的用量,它是作为正极Ni(OH)2的添加剂使用的,新近研究出来的表面包覆Co(OH)2的Ni(OH)2,直接将Co材料沉积到Ni(OH)2表面,这种材料的高倍率放电性能有明显改善,适合于HEVNi/MH电池的应用。

三、镍、镍铁冶炼方法及相关产业链

1.镍的冶炼技术

由于镍矿具有品位低、成分复杂、伴生脉石多、难熔的特点,镍的冶炼工艺相对复杂。

炼镍方法分为火法和湿法两大类。硫化镍精矿冶炼方法主要有:火法造硫熔炼、湿法加压氨浸。氧化镍矿冶炼方法主要有:火法还原造硫熔炼、还原镍铁熔炼、湿法选择性还原焙烧—氨浸、加压酸浸。

图7:镍的冶炼流程

1.2 氧化镍矿的火法冶金

1.2.1 氧化镍矿烧结和鼓风炉熔炼

进入鼓风炉的炉料须经制团或烧结焙烧.硫化剂为:黄铁矿或石膏。

烧结时发生脱水\分解\还原\造渣和硫化反应:

2Fe2O3·3H2O = 2Fe2O3 + 3H2O

CaCO3 = CaO + CO2

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

2FeO + SiO2 = 2FeO· SiO2

NiO + CO + 1/2S2 = NiS + CO2

还原硫化熔炼:将矿石中的镍、钴和部分铁还原并使其硫化为金属硫化物与炉渣分开。熔炼时焦点区温度可达1973K。

1.2.2 镍硫的吹炼

镍硫吹炼的最终产品不是金属镍而是Ni3S2 与Ni的合金。(称为高镍硫或高冰镍)。吹炼的目的是除去镍硫中大部分的硫和铁。镍硫中含有较多的金属化镍和铁,吹炼吹炼时在大部分金属铁氧化除去后,FeS才开始氧化。

随着熔体中硫含量的降低和镍含量的增多,吹炼温度要求越来越高,如当熔体中镍的质量分数达到90%,硫的质量分数降到1%时,炉温必须提高到2044K以上,反应Ni3S2 + 4NiO = 7Ni + 2SO2才能进行。在普通空气吹炼的转炉中达不到如此高的温度. 镍硫吹炼分为吹炼阶段和精炼阶段。

精炼的目的是将残留的铁和钴氧化造渣,以便提高镍硫的镍品位和得到含钴高的炉渣,有利于钴的回收。

高硫镍的化学成分:Ni78-79.5%, Co0.3-0.5%, Fe0.2-0.3%, Cu0.8-2.5%, S17-19%.

1.2.3 高镍硫的处理

高镍硫经破碎、焙烧、还原处理后产出粗镍阳极。焙烧的目的是使高镍硫中的硫化物氧化,同时使铜变成可溶铜,以便浸出除去。焙烧分沸腾焙烧和回转窑焙烧两步进行。

沸腾焙烧是为了氧化脱硫。温度为1243-1423K,过程可实现自

热。焙砂中硫的质量分数可将至0.4-0.6%.回转窑焙烧实际上是氯化-硫酸化焙烧,目的是使铜转变成易溶盐,而镍、钴铁则仍为氧化物。回转窑焙烧物经溶浸除铜后,加入另一回转窑烘干和氧化,焙烧产物为氧化亚镍。氧化亚镍配入石油焦或沥青焦在电弧炉中还原,产出镍锭、镍粒或金属镍阳极。

1.3 硫化镍矿的火法冶金

铜镍硫化矿熔炼方法有鼓风炉法、反射炉法、电炉法和闪速炉法。

硫化镍精矿闪速炉熔炼以不超过6%的MgO为配料,最终的产物为镍硫、炉渣、烟尘、烟气。镍硫中(镍+铜)质量分数在45-50%。

硫化镍矿的电炉熔炼的冶金反应主要发生在炉渣与炉料的接触面上,即以液固反应为主.当温度达到1373-1573K时,硫化物与氧化物间的相互反应激烈进行.主要有:

3NiO + 3FeS = Ni3S2 + 3FeO + 0.5S2

Cu2O + FeS = Cu2S + FeO

CoO + FeS = CoS + FeO

10Fe2O3 + FeS = 7Fe3O4 + SO2

生成的Ni3S2、Cu2S、 Cu2S、 FeS 相互溶解形成铜镍硫,铜镍硫中还溶有贵金属和部分Fe3O4。生成的氧化物和炉料中的脉石与溶剂反应形成硅酸盐炉渣。

3Fe3O4 + FeS + 5SiO2 = 5(2FeO·SiO2) + SO2

2FeO + SiO2 = 2FeO·SiO2

CaO + SiO2 = CaO·SiO2

MgO + SiO2 = MgO·SiO2

2007-2008年镍价的爆涨和暴跌,使人们重新将注意力放到了镍的生产成本上。根据Hatch公司的经验公式,若采用高压酸浸的方法投资建设一个年产镍量为4-6万吨的红土矿项目,工程寿命为20年,则吨镍的运营成本约4.8美元/磅,合10579美元/吨, 也就是说,当镍价维持在10000美元/吨以上的水平时,开发运营镍红土矿项目才是有利可图的。这个开发成本要远高于传统的硫化镍矿的成本。

镍的生产工艺的发展,受越来越严格的环境保护的要求,正由火法工艺、火法湿法联合工艺向全湿法工艺发展。加大从废旧电池中回收,镍元素的技术研究与开发,提高回收率和利用率。镍系稀有金属,是生产高性能电池的重要原材料。我国是电池消费大国,每年产生废旧电池约80亿只,回收率不足2%,废旧电池中含有丰富的镍,但从中提炼镍的技术却极为复杂,以前只有加拿大等极少数国家掌握。近年来,我国格林美等公司与日本东京大学、中国中南大学的科研院校合作,取得了从废旧电池中提炼、镍的技术突破。目前,格林美公司每年回收废旧电池等废弃物3000余吨,通过分离提纯和再加工,生产、镍粉1000多吨,这相当于节省了5万吨的矿石资源。如果这些废弃物直接进入到大自然,至少会造成5平方公里的土壤重金属超标。

2.镍产品价值链

图8:镍的产品价值链

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