低品位紅土鎳礦資源開發(fā)趨勢(shì)

——“資源+能源+材料”一體化模式

中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司  馬文軍 程晉陽

摘要：受不銹鋼產(chǎn)量增長(zhǎng)及電動(dòng)汽車發(fā)展驅(qū)動(dòng)，市場(chǎng)對(duì)鎳的需求將會(huì)持續(xù)增長(zhǎng)。在動(dòng)力電池材料需求推動(dòng)鎳鈷需求的大背景下，低品位紅土鎳礦的HPAL濕法工藝因其優(yōu)越性引起眾多企業(yè)的關(guān)注，目前HPAL濕法工藝的紅土鎳礦投資及成本已具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。在動(dòng)力電池材料市場(chǎng)鎳鈷需求持續(xù)增長(zhǎng)及要求動(dòng)力電池成本下降政策的雙重驅(qū)動(dòng)下，筆者介紹了可以處理低品位紅土鎳礦的HPAL濕法工藝技術(shù)，提出未來低品位紅土鎳礦資源開發(fā)將邁向“資源+能源+材料”一體化模式。

化石燃料的持續(xù)使用導(dǎo)致全球能源及環(huán)境問題日益突出，其對(duì)環(huán)境與氣候變化的影響受到全球各界的更多關(guān)注。在此背景下，多國(guó)先后發(fā)布了禁售燃油汽車計(jì)劃，國(guó)內(nèi)外眾多車企也紛紛開始加大電動(dòng)汽車的布局，推動(dòng)了電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。受此影響，作為動(dòng)力電池原料的鎳鈷金屬及開發(fā)低品位紅土鎳礦的HPAL濕法工藝技術(shù)受到廣泛關(guān)注。筆者結(jié)合當(dāng)前倍受關(guān)注的動(dòng)力電池材料發(fā)展形勢(shì)，以及公司在鎳鈷工程領(lǐng)域的長(zhǎng)期工程實(shí)踐，提出了對(duì)低品位紅土鎳礦資源開發(fā)趨勢(shì)的看法。

一、鎳供需及其發(fā)展趨勢(shì)

(一) 鎳需求：未來需求將持續(xù)增加

從需求端來看，目前全球鎳的70%用于不銹鋼生產(chǎn)，30%用于合金鋼、電鍍及電池等，其中約10%用于電鍍及電池。受電動(dòng)汽車發(fā)展對(duì)鎳需求的增長(zhǎng)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外各大機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球在2025年因電動(dòng)汽車而產(chǎn)生的鎳需求將在50萬噸左右，而礦業(yè)巨頭嘉能可公司更是預(yù)計(jì)到2030年電池汽車鎳需求量將達(dá)到110萬噸。

圖1 各不同機(jī)構(gòu)企業(yè)對(duì)電動(dòng)汽車鎳需求量的預(yù)測(cè)

（二） 鎳供應(yīng)：紅土鎳礦將持續(xù)成為鎳的主要供應(yīng)來源

從供給端來看，全球鎳資源供應(yīng)主要是兩大來源，分別是硫化鎳礦和紅土鎳礦，前者主要集中于俄羅斯、加拿大、中國(guó)及澳大利亞等國(guó)，后者主要集中于印度尼西亞、巴西、古巴、菲律賓等國(guó)。

圖2 礦產(chǎn)鎳產(chǎn)量及來源結(jié)構(gòu)變化

從供給結(jié)構(gòu)來看，2010年之前，全球鎳資源供應(yīng)以硫化鎳礦為主，但是從2010年開始至今，紅土鎳礦產(chǎn)鎳的占比已超過硫化鎳礦，并呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。

紅土鎳礦供給占比的升高，一方面是由于紅土鎳礦在資源豐富程度、開發(fā)周期、投資成本等方面優(yōu)于硫化鎳礦，另一方面是近20年來，全球范圍內(nèi)沒有新發(fā)現(xiàn)的大型硫化鎳礦，同時(shí)不少硫化鎳礦山由于資源枯竭而關(guān)閉，兩個(gè)因素共同作用推動(dòng)紅土鎳礦逐漸成為鎳供應(yīng)的主要來源。

(三)電動(dòng)汽車發(fā)展給低品位紅土鎳礦開發(fā)帶來新機(jī)遇

汽車電動(dòng)化已成為中遠(yuǎn)期汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，包括荷蘭、挪威等國(guó)家提出禁售燃油車禁令，各大車企也紛紛響應(yīng)，包括大眾、福特、通用等傳統(tǒng)車企也紛紛推出電動(dòng)汽車生產(chǎn)計(jì)劃。在汽車電動(dòng)化的趨勢(shì)下，作為汽車動(dòng)力電池正極材料主要組成元素的金屬鎳，在作為傳統(tǒng)金屬原材料的基礎(chǔ)上，疊加了戰(zhàn)略新興金屬的屬性，保障動(dòng)力電池原料穩(wěn)定的內(nèi)在需求吸引更多企業(yè)關(guān)注低品位紅土鎳礦濕法工藝開發(fā)。

二、低品位紅土鎳資源開發(fā)的適用技術(shù)：HPAL濕法工藝

(一) HPAL濕法工藝簡(jiǎn)介

目前紅土鎳礦的開發(fā)工藝主要有火法和濕法兩條路線，其中火法工藝主要采用回轉(zhuǎn)窯焙燒—電爐還原工藝（簡(jiǎn)稱“RKEF火法工藝”），產(chǎn)品以鎳鐵為主；濕法工藝主要采用高壓酸浸—鎳鈷沉淀工藝（簡(jiǎn)稱“HPAL濕法工藝”），該工藝的特點(diǎn)在于可以高效綜合回收紅土鎳礦中的鎳鈷等元素，產(chǎn)品既可以是鎳鈷金屬，也可以是鎳和鈷的硫酸鹽，產(chǎn)品既適用于不銹鋼產(chǎn)業(yè)也可用于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)。

從紅土鎳礦HPAL濕法處理工藝的發(fā)展歷程來看，其經(jīng)歷了三個(gè)階段：

1.第一代HPAL濕法工藝技術(shù)

二十世紀(jì)五十年代末，以古巴Moa HPAL濕法項(xiàng)目為代表，標(biāo)志著HPAL濕法工藝技術(shù)的起步，高壓釜采用立式釜。

2.第二代HPAL濕法工藝技術(shù)

二十世紀(jì)末，以西澳Murrin Murrin等三個(gè)HPAL濕法項(xiàng)目的開發(fā)為代表，標(biāo)志著HPAL濕法工藝得到進(jìn)一步發(fā)展，高壓釜改為臥式釜。

3.第三代HPAL濕法工藝技術(shù)

本世紀(jì)初以巴布亞新幾內(nèi)亞瑞木項(xiàng)目為代表的HPAL濕法項(xiàng)目的成功達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)并超產(chǎn)，使其成為HPAL濕法工藝項(xiàng)目的新標(biāo)桿，顯示HPAL濕法工藝技術(shù)進(jìn)入成熟期。

經(jīng)過六十多年發(fā)展，HPAL濕法工藝已成為處理低品位紅土鎳礦的成熟可靠且具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的工藝技術(shù)。

圖3 中國(guó)恩菲承擔(dān)設(shè)計(jì)及設(shè)備供貨的瑞木紅土鎳礦HPAL濕法項(xiàng)目

(二)HPAL濕法工藝投資及成本

對(duì)于HPAL濕法項(xiàng)目而言，其投資和成本一直是困擾廣大投資者、影響項(xiàng)目開發(fā)的關(guān)鍵因素。

通常來說，紅土鎳礦HPAL濕法項(xiàng)目由于項(xiàng)目地處偏遠(yuǎn)區(qū)域，造成基礎(chǔ)配套設(shè)施部分投資占比很大。但是通過對(duì)比歷史上紅土鎳礦RKEF火法項(xiàng)目和HPAL濕法項(xiàng)目的投資強(qiáng)度，以及從近期紅土鎳礦投資的情況來看，在合適的地區(qū)發(fā)揮項(xiàng)目建設(shè)中的當(dāng)?shù)貎?yōu)勢(shì)及中國(guó)優(yōu)勢(shì)的協(xié)同作用，建設(shè)HPAL濕法項(xiàng)目的投資可以控制在使項(xiàng)目具備競(jìng)爭(zhēng)力的范圍內(nèi)。

對(duì)于HPAL濕法工藝的現(xiàn)金成本，根據(jù)目前情況估算，預(yù)計(jì)未來新建紅土鎳礦濕法項(xiàng)目的現(xiàn)金成本將介于5000-8000美元/t之間，但對(duì)于不同項(xiàng)目而言，其會(huì)由于礦石品質(zhì)、礦石成本、項(xiàng)目投資、消耗品價(jià)格、鈷價(jià)等因素的影響變化巨大。

根據(jù)我們對(duì)2017年全球主要HPAL濕法項(xiàng)目與硫化鎳礦項(xiàng)目現(xiàn)金成本的對(duì)比，紅土鎳礦濕法工藝的現(xiàn)金成本已接近或低于硫化鎳礦成本。

圖4 HPAL濕法項(xiàng)目與硫化鎳礦項(xiàng)目現(xiàn)金成本的對(duì)比

因此，HPAL濕法工藝日益成熟及其成本競(jìng)爭(zhēng)力提升為HPAL濕法工藝被市場(chǎng)廣泛接受創(chuàng)造了重要的內(nèi)在支撐條件，而動(dòng)力電池市場(chǎng)的發(fā)展又為其發(fā)揮優(yōu)勢(shì)提供了廣闊的市場(chǎng)空間。

三、低品位紅土鎳礦開發(fā)的趨勢(shì)

(一) HPAL濕法工藝應(yīng)用于動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

1.HPAL濕法工藝應(yīng)用于動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的機(jī)遇

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的大環(huán)境來看，汽車電動(dòng)化已成為未來發(fā)展的趨勢(shì)，這為動(dòng)力電池材料產(chǎn)業(yè)提供了發(fā)展機(jī)遇。而從動(dòng)力電池的正極材料選擇方面來看，鎳鈷錳三元體系已是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的路線，這也是各個(gè)機(jī)構(gòu)看好未來鎳鈷需求的一個(gè)主要原因，因此，對(duì)于鎳鈷資源的供應(yīng)及開發(fā)也就自然成為各方關(guān)注的重點(diǎn)。

紅土鎳礦含有鎳、鈷、錳三種正極材料所需元素，加之可以高效提取鎳鈷的HPAL濕法工藝成熟與成本下降，使得HPAL濕法工藝非常適用于處理低品位紅土鎳礦，這也是目前越來越多身處動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)開始關(guān)注HPAL濕法項(xiàng)目的原因。

2.動(dòng)力汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的挑戰(zhàn)

為了讓新能源汽車產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展，國(guó)家在政策層面上對(duì)動(dòng)力電池的性能/成本指標(biāo)、對(duì)新能源汽車的補(bǔ)貼門檻等均提出了更高的要求，政府要求供應(yīng)端進(jìn)一步降低電池成本，以普及電動(dòng)汽車的使用，推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，這些政策的加壓使得企業(yè)在保障電池安全性的前提下進(jìn)一步降低電池綜合成本的意愿更加強(qiáng)烈。

雖然通過HPAL濕法工藝能夠有效降低動(dòng)力電池原料環(huán)節(jié)的成本，但仍需從動(dòng)力電池全行業(yè)的角度進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上不同環(huán)節(jié)間的協(xié)同，保證各環(huán)節(jié)在投資、能源消耗、物料消耗、人員管理等方面的協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)在成本上更大幅度的降低，最大程度解決電池企業(yè)關(guān)心的成本問題。

(二) 低品位紅土鎳礦開發(fā)的趨勢(shì)：“資源+能源+材料”一體化模式

要解決電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的電池成本問題，我們經(jīng)過綜合分析認(rèn)為：采用“資源+能源+材料”一體化模式在資源優(yōu)勢(shì)地區(qū)開發(fā)低品位紅土鎳礦資源，可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上下游環(huán)節(jié)間的節(jié)能降耗及業(yè)務(wù)協(xié)同，更有利于推動(dòng)電池材料成本的下降，對(duì)于實(shí)現(xiàn)有效降低電池生產(chǎn)的綜合成本、推動(dòng)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展的目標(biāo)而言，將是一個(gè)很好的開發(fā)模式。

四、結(jié)論

通過以上的綜合分析，我們認(rèn)為對(duì)于低品位紅土鎳礦的開發(fā)，未來趨勢(shì)將是在鎳資源及能源豐富的地區(qū)實(shí)施“資源+能源+材料”一體化模式，以最大限度降低電池材料成本，促進(jìn)電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

采用“資源+能源+材料”一體化模式實(shí)現(xiàn)低品位紅土鎳礦資源開發(fā)與電池材料生產(chǎn)的一體化，將成為電池材料企業(yè)提升競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵因素，而這一模式也將助力這些地區(qū)成為其所在區(qū)域乃至全球范圍內(nèi)重要的電池材料供應(yīng)基地，讓我們拭目以待。