红土矿的过去与未来.doc

红土矿的过去与未来Dr. Ashok D. Dalvi; Dr. W. Gordon Bacon; Mr. Robert C. OsborneInco Limited, 2060 Flavelle Boulevard, Sheridan Park, Mississauga,Ontario, L5K 1Z9 Canada0 摘 要 从红土矿中提取镍产品出现在100年前的新喀里多尼亚的硅镁镍矿提取工艺过程，然而，直到现在世界镍供给资源还是以硫化矿为主。今后，硫化矿在镍金属生产中将逐渐降低变为辅助性原料，未来十年来自于红土矿的镍资源将带来很大的扩张。由此新的红土矿投资和运营成本方案将给镍的供应和价格带来很大的冲击。 作者查看了近年来的各种红土矿计划和正在设计中的方案里的投资和运营成本，评估了一些计划的风险。本文将论述红土矿方案的近代历史以及未来发展中产生的影响。1 引 言 红土矿是人类发现最早的镍资源，新喀里多尼亚的红土矿富矿开始开采于十九世纪，为了生产白色金属（白合金）。自从二十世纪初在Sudbury发现硫化矿床后，焦点转移到了硫化矿上，硫化矿作为镍主要资源的支配地位直到现在也没有受到挑战。世界上70%的镍包含于红土矿中，大约40%的镍产品是从红土矿中生产的（见图1）。镍产品自从1950年以来持续增加，从1950年到2003年总计提高约八倍，即从1950年的140kt/年提高到2003年的1200kt/年。在1950年，红土矿中提取的镍仅占其加工产品的一小部分（约10%），而到了2003年就已经提高到了42%，也就是510kt的镍金属。预计到2012年，从红土矿中提取的镍金属将达到51%。镍供应量的成长所导致的经济周期已经演变为一种世界现象。然而在全部镍生产中的比重以大约每年4%的速度增长，这要比全球GDP的平均增长要高。图1 世界镍资源基本储量和初级镍产品（资源分布按照镍含量区分）世界镍资源分布 初级镍产品分布项 目资源分布（Mt）含镍%镍总量（Mt）总 计%硫化矿105000.586227.8红土矿126001.2816172.2总 计231000.97223100图2 19502003年期间镍产品发展，kt/yr2 镍红土矿的地质、矿物和资源 一般含镍红土矿的相关描述由Golightly和Alcock的著作提供，另一些资料来自于Burger。专门矿床的地质学和矿物学论述是引用AIME 1979会议和其它的一些讨论会和研究会。 热带风化（红土化）是一个漫长的机械和化学时效过程，在这期间，矿物的形式在土层中其品级、化学和矿物学成分经历了很大的变化。 镍红土矿出现于现在或过去地球的局部地域中，富含镁铁的岩石经历了漫长的热带风化，从前寒武纪到第三期等多种地质变化形成了含有铁、镁的矿物（橄榄石、辉石和角闪石）。富含铁镁的岩石主要构成为纯橄榄石（实质上是单一的橄榄石）、橄榄石（由橄榄石、辉石和角闪石构成）、辉石（斜方辉石或斜辉石）、角闪石岩（单一的角闪石）和蛇纹石（单一蛇纹石2H4Mg3Si2O9）。蛇纹石是橄榄石在有水存在的环境中于200500条件下，受到热液侵蚀后生成的最为普遍的矿物。蛇纹石化过程的发生没有产生有效的体积变化，由此氧化镁和较少的氧化硅等矿物大批量地移动。在这个过程中，一部分镍在溶液中流动并有部分残留在蛇纹石中，或者和磁铁矿在化和作用下在蛇纹石化的过程中生成部分副产品。从风化剖面特性的角度看，蛇纹石的大量出现或者存在欠缺具有深刻的影响，后者可以通过剥离低等级卵石的方式提升镍含量等级，然而与这一行为同时发生的是矿物的化学性质和总量的变化。 富含镁铁（超铁镁）的岩石化学性质和矿物学性质发生演变的地质时代是地壳增厚时期，逐渐覆盖混合并通过海底大陆的漫延移动，最终大洋底部的物质传送并抑制于大陆的边缘。区域性结构形式的变化或者蛇纹石化以及其它变质作用的痕迹，这些都是较早时期的典型状态，随后被逐渐冲淡了富含铁镁的地带。后期的超铁镁矿物从大洋底部被冲击到大陆边缘时，形成区域较大、层面较厚同时向原有蛇纹石化的物质内部延伸并调整了内部结构，没有产生其它的变质痕迹。这些物质内部有害的杂质元素是Cu、Pb、Zn，与近代生成的起源于蛇绿岩的矿物相比较，这些有害杂质在较早时期形成的矿物内部含量较高。源自于不同岩床的矿物，由于自身的结构、化学以及矿物学上的性质变化等原因，导致产生了性质多变、独特的红土矿风化结构。图3 世界镍红土矿资源分布地 区储 量(Mt)品 味Ni %镍金属量（Mt）所占比例%澳大利亚24520.862113.1非 洲9961.31138.1美 洲11311.511710.6加勒比地区9441.17116.9印度尼西亚15761.612515.7菲律宾21891.282817.4新喀里多尼亚25591.443722.9亚洲和欧洲5061.0453.3其它地区2691.1832.0总 计126211.28161100 较早时期经历了红土化，已经产生较高变形的超铁镁矿物在巴西和澳大利亚的前寒武纪岩层中被发现。部分高剪切形式的阿尔卑斯型侵入岩体具有形成红土矿的条件，该种地形地貌分布于危地马拉、哥伦比亚、欧洲中部、印度以及缅甸地区。大型的蛇绿岩逆冲板块于地质第三期到中生代期间，由岛屿和大陆的部分区域碰撞后于高原地带、山顶和大陆架脊部经历了红土化阶段，最终形成红土矿结构，这样的地带分布于新喀里多尼亚、印度尼西亚、古巴和菲律宾等地。红土化非常活跃的地质阶段是在第三期中期到第四期的中期，热带地区的自然时效活动持续不断地进行到现在，但是由于人类的活动使这一自然时效活动的速度及规模不断地下降。应该通过一些必要的手段保护没有森林覆盖的热带土壤，使其从侵蚀、盘剥以及其它的文化活动中得以留存。 红土矿赋存的最普遍的地形地貌是在热带潮湿环境中的山脊、大陆架顶部和高原地带。从经济角度看，镍红土矿是一种稀少的资源，它是由超铁镁矿物在热带雨林气候条件下，形成于较为陡峭的山峦侧面或者是冲积平原中。然而，在澳大利亚的前寒武纪岩石由于深度侵蚀作用产生了辽阔的半沙漠化平原以及地势起伏的丘陵，这种阶段形成了以蒙脱石粘土（绿脱石）为主的独特的红土矿矿化层。澳大利亚的这些矿物也就是所谓的干燥红土，水循环受到限制或者间歇性地冲刷，使红土化土壤中的二氧化硅不能完全得到冲洗。这些富含氧化硅的矿物在一些实际操作中可以通过机械装置选择性地去除二氧化硅，使矿物中的镍含量得到提升。迄今为止，澳大利亚还没有因为处理低等级矿物而达到盈利的项目。 镍红土矿多元系列简图已经在文献上广泛发表，图4就说明了西澳大利亚干燥型和热带潮湿型红土矿的系列剖面。顶部覆盖着铁砾岩或沉积物等两者中的任一矿物，其后由褐铁矿或以针铁矿和少量长英矿物以及岩石碎块为主的含铁料层组成，下方是褐铁矿过渡区域（或者说是含有蒙脱石的干燥红土矿）和由基底岩石腐泥土混合物过渡到风化岩床，两者之间界限通常比较明显，但各自料层的厚度变化很大，从基岩顺延风化剖面于存在的地层缺陷位置向上延伸。图4 干燥型和潮湿的红土矿剖面图说明：Dryer Climate(Western Australia) 干燥地区（西澳大利亚） Humid Climate(Indonesia) 潮湿地区（印度尼西亚） 图中从左至右分布为三组剖面，各个剖面矿物所含元素组分如下：名 称元 素 含 量，%NiCoMgFe剖面Ferricrete（铁砾岩）0.20.50.020.635Limonite（褐铁矿）0.61.40.10.21245Nontronite（绿脱石）1.20.083.518Saprolite（腐泥土）0.40.02129名 称元 素 含 量，%NiCoMgFe剖面Ferricrete（铁砾岩）0.20.50.020.635Limonite（褐铁矿）1.21.70.10.21245Nontronite（绿脱石）Saprolite（腐泥土）1.530.050.110201025名 称元 素 含 量，%NiCoMgFe剖面Ferricrete（铁砾岩）0.20.50.020.635Limonite（褐铁矿）1.2170.10.21445Nontronite（绿脱石）Saprolite（腐泥土）1.530.050.110301020 从一些项目中可以看出，镍红土矿的品味下限或者如腐泥土具有一定的价值从而可以回收等因素十分敏感。在大部分的案例中，褐铁矿部分不具有开采价值，图5说明了不具有等级价值的腐泥土中品味下限增加后的情况梗概。相反，红土资源的扩张指数根据其品味下限呈下降趋势。图5 蛇纹石腐泥土矿物留存的镍品味下限 全球镍红土矿资源的变化评价，如澳大利亚的镍资源的品味下限限制在0.5%。因此全球镍资源从考查到整理评价直至进入工业化这个中期阶段内，其价格是不稳定的，这在评定、申报以及保留资源等方面带来了一定风险，因为从研究到实施阶段延迟的时间通常在八到十年。 资源部分的表述在本文当中包括现存实例的测量、标示、推断资源种类等一些过程。这些数据来源于不同的公共资源，从不同的资源当中用心选择适合的资源有利于反映出当前不同矿床的认识状态。从镍提取过程的不同工艺使用角度对全球镍红土矿的资源评价说明如下：项 目资源（Mt）镍含量，%镍含量(Mt)分配比例，%火法冶炼40001.556239湿法冶金86001.159961总 计126001.28161100 由此可见，适用于湿法冶金过程(褐铁矿、绿脱石、蒙脱石)的大约是适用于火法冶金过程（腐泥土、暗镍蛇纹石）红土矿的两倍。图6 世界镍资源分布及存留状态 图6说明了主要的具有开发价值的褐铁矿床（高铁，主要适合湿法冶金过程，图中的绿色部分）和腐泥土或硅镁镍矿（主要适合火法冶金过程，图中的红色部分）等近乎全部的红土矿床。一项较为经济的方案是每年镍的开采提取下线是40kt，保有储量为800kt镍，其矿山开采年限20年。在压力酸浸工艺过程中，供料当中具有经济价值的镍含量是1.3%，同样，冶炼过程中最低的镍含量水平是1.7%或者2.1%，这些在图6当中已经说明。 各种矿物类型中的不同镍含量如下： 褐铁矿、钴铁矿：11.7%镍含量，钴含量为0.10.2%，适合压力酸浸或者Caron工艺； 绿脱石：15%的镍含量，钴含量0.05，适用于压力酸浸或者冶炼； 蛇纹石：镍含量1.510%，钴含量0.050.1%，比较典型的化合组分是12%的镍含量，0.050.07%的钴含量，适合用于火法冶金过程，用来熔炼镍铁或者镍锍； 硅镁镍矿（暗镍蛇纹石）：镍含量1020%，0.050.1%的钴，典型的组分是23%的镍含量，0.050.1%的钴含量，适用于火法冶金工艺中镍铁或镍锍的熔炼，但是镍铁中碳含量较高。3 红土矿加工工艺 镍红土矿（硫化矿）普遍的加工工艺由Bacon、Simons和Taylor提供，特殊的运行及工艺过程是由各个不同的专业讨论会和会议论文中提供出来的。不同的流程需要使用不同的红土矿，通常分为两大类：火法冶金工艺过程和湿法冶金工艺过程。 大多数的火法冶金工艺过程（镍铁和镍锍熔炼）使用的常规流程包括：干燥、煅烧或还原和电炉熔炼。两类最主要的湿法冶金工艺在实际当中分别为：Caron工艺和高压酸浸工艺，以上普遍的工艺流程图见图7。 不同工艺运行状态所采用的典型工艺见表1。表1 不同工艺采用的典型物料组分分析元素使用红土矿的公司Moa BayMurrin MurrinSLNCerro MatosoP.T. IncoNi1.31.32.72.91.8Co0.150.090.070.070.07Fe4822141418Al4.52.5Mg1.0415910SiO23.742374634Mn0.750.43.1 火法冶金工艺 红土矿的火法冶金工艺过程的评审工作由Bergman完成，另一部分的评审工作由Simons、Taylor、Diaz et.al和Ozberk et. Al完成。图7 红土矿工艺过程框图 火法冶金工艺过程所适用的矿物主要为腐泥土（浅生矿床中富集的硅镁镍矿），其中包含一定比例与褐铁矿相比相对含量较低的钴，冶炼供料中Ni/Co比值通常在40，它们用来熔炼镍铁或镍锍。 常规的火法冶金工艺过程中矿物的干燥、煅烧（有时候还原）是在回转窑内和在石墨电极的电炉中进行熔炼。如果生产镍锍则将硫磺加入到窑炉中，之后粗金属或镍锍为实现最终产品进行进一步加工或进行精炼。 火法冶金过程脱出自由水和化合水所需的能量较大，干燥后第一步是煅烧之后物料熔化到熔渣状态，这时所需要的温度大约在1600，这就要求熔池内有足够的碳氢燃料（煤、油或者粗挥发油）或电能。 图8说明了不同的SiO2/MgO比值和FeO含量下的熔渣熔点，电炉内金属或镍锍和熔渣两者之间的温度不同，这一状态是必然的，通常情况下依赖电炉供电状况和熔渣的特性，金属和熔渣界面间的温度相差100200。一些矿物具有较低的渣熔点（那些矿物熔渣中由其化学组分特性具有较低的熔点，SiO/MgO比值范围在1.82.2），含镍相熔点较低，因此这类矿物更加适合用于镍锍的生产。而渣熔点较高（矿物共晶线的左边或右边，也就是SiO/MgO比值2或2.5）的矿物更加适合于镍铁产品的生产。矿物中SiO/MgO比值的中间系列，也就是2.32.5这一阶段对电炉衬里有很强的腐蚀作用，这就需要在进行熔炼之前改变供料中的化学组分（通过混合或添加溶剂的方式进行处理）。 镍的回收率在9095%，钴的回收率水平在50%左右。图8 红土矿渣熔点与SiO2/MgO关系 适合用于生产高碳镍铁的矿物组分条件为： 较高的镍含量，Ni2.2%；较低的Fe/Ni比值，56； 高MgO含量。 这些实际运行的范例如下： SLN Doniambo（多尼安博）；Japanese Fe-Ni Smelters；Aneka Tambang smelter in Pomalaa（见图8）。 低碳镍铁的生产适用原料是镍含量1.5%的腐泥土，同时具备下列条件： 相对较高的Fe/Ni比值，612；高熔点熔渣，也就是高MgO含量，实际例子是Falcondo公司；或者是高SiO2，实际例证是Cerro Matoso。 镍锍冶炼的原料条件是： 相对较高的Fe/Ni比值，6； 相对较低的渣熔点1600；SiO/MgO比值范围在1.82.2。实际生产的例子是P.T.Inco公司。3.2 湿法冶金工艺过程 红土矿湿法冶金工艺过程的评审工作是由Reid和Barnett完成的，常规工艺过程描述是由Simons完成的，其它部分的评审工作是Taylor、Berezowsky et. al、Urbain et. al和OKane共同完成的。3.2.1 Caron工艺 Caron工艺所使用的原料是褐铁矿或者是褐铁矿与腐泥土的混合物料，矿物的干燥和镍氧化物选择性还原（同时还原钴和一部分铁）成单质镍是在700的温度条件下，利用氨溶液完成金属提取的浸出过程。镍、钴的回收率随着腐泥土数量的增加而减少，因为镍和钴被封闭在硅酸盐的晶格内，在这个温度下很难被还原。 然而，该工艺过程比起压力酸浸工艺能够承受较高的Mg含量，例如：Nicaro, Punta-Gorda, Yabulu, Nonoc（现已关闭）等公司。 Caron工艺具有一些缺点：工艺过程的前半部分包含干燥、煅烧和还原的火法冶金冶金过程，这些工艺步骤的能源消耗很大。后半部分的湿法冶金过程需要不同的化学试剂，镍和钴的回收率相比火法冶金或者高压酸浸工艺要低。3.2.2 高压酸浸工艺 高压酸浸工艺需要的原料主要是褐铁矿型，干燥的红土矿含有绿脱石和蒙脱石，通常情况下的矿物具有如下条件： 含有一些腐泥土； 相对较低的Mg含量，一半情况下4%（较高的Mg含量导致酸的消耗量增加）； 要求较低的Al含量（粘土导致酸耗量较高，所以Al含量不能高）。 压力酸浸的过程是在帕丘卡空气搅拌槽（Moa Bay）或者是衬钛高压釜（所有现代的工厂都采用这种设备）中完成的，浸出温度在245270范围内变化。固液分离是采用多级溢流沉淀（CCD）的方式进行的，含镍溶液的纯化和镍钴分离采用的是不同的方法，在现代化的工厂中一些分离过程是采用溶剂萃取（SX）的方式完成的，所得到的最终产品是电解镍、氧化镍或镍坯块。有些工厂的中间产品（混合硫化物或混合氢氧化物）是在别处精炼完成。3.2.3 其它的湿法冶金工艺过程 有一些新近出现的工艺过程已经完成了试验和评估，它们包括： EPAL工艺：该工艺增加了一段浸出过程，利用高压酸浸阶段残留的酸（加酸）浸出腐泥土。腐泥土的浸出是在常压的条件下完成的，其耗酸量很大（认为最高耗酸量为1t酸/t矿）。该工艺过程比起常规的高压酸浸能够消耗更多的腐泥土，目前正由BHP-Billiton为Ravensthorp进行着这项试验。 以下的工艺过程处于不同的试验阶段，但是都没有投入工业化： AL常压浸出：类似于上文介绍的腐泥土的浸出步骤； 酸堆浸：主要针对于腐泥土；氯化浸出：针对于褐铁矿和腐泥土的混合物。4 红土矿的生产历史 利用红土矿生产镍产品的过程是在硫化矿生产之前，红土矿生产镍产品的历史可以追溯到一个世纪前。表2列举了自1940年以来不同的红土矿生产摘要。4.1 早期的生产历史4.1.1 新喀里多尼亚的生产历史镍冶金自从其出现的那天一直伴随着采矿业的同步进行，新喀里多尼亚的矿物冶炼产品最初出现在欧洲市场。世界上第一座镍冶炼厂开始运行于1879年的Pointe Chaleix，Nouma地区，另两座工厂随后建立，一座由Socit des Hauts-Fourneaux de Nouma公司于1910年建立在多尼安博地区，另一座是SLN（镍冶金公司）在Thio于1913年建立的，而后者在1931年关闭。多尼安博的镍冶炼厂后来被SLN公司也就是现在的Eramet（埃赫曼）集团兼并，并于1958年进行了扩建。多尼安博的年生产能力从1960年的20kt/年到2002年的60kt/年提升了大约三倍。在2001年该厂进行了一项投资US $1.8亿的计划，使冶炼厂的生产能力增加到75kt.Ni/年，扩建项目包括改造原有三台电炉中的一台，同时对Tiebaghi矿山进行改造，预计完工时间是2006年。多尼安博冶炼厂使用了传统的工艺流程，也就是由干燥、回转窑还原和电炉冶炼最终生产粗镍铁的过程。镍铁生产的一个主要步骤就是精炼镍铁，之后精炼过程残留的铁渣用于造锍，接下来的过程是在位于法国的Le Havre地区的精炼厂生产电解镍和镍盐，整个生产过程中的部分电能是由多尼安博冶炼厂的余热发电供应的。位于新喀里多尼亚的生产步骤由于增加了矿物运输致使整体过程的成本相对较高，其结果导致了单位成本的增加（但是相对于日本的镍铁生产成本低），镍铁单位成本在US $2.20/磅Ni左右。新喀里多尼亚的矿山主要给多尼安博供应腐泥土矿物，同时也给日本的QNIs Yabulu镍铁冶炼厂提供褐铁型矿物。矿山生产从1950年的1Mt增加到了1997年的8.1Mt，到2001年回落至6.5Mt/年。4.1.2 日本的生产历史另一个较早从事红土矿冶金生产镍的国家是日本，开始于二战时期，但是相对稳定的生产阶段是起始于1952年。开始阶段的三座生产厂（Hyuga Nickel Co., Pacific Metal Co and Nippon Yakin Kogyo Co）是于1952（Nippon Yakin）1968年（Pacific Metal）间建成投产的，其主要原料腐泥土的供应地点是新喀里多尼亚、印度尼西亚和菲律宾。 绝大部分的生产厂是以镍铁为主，日本的镍铁生产厂（类似于多尼安博工艺过程）是利用高品级腐泥土矿物（镍含量2.5%）生产高碳粗镍铁。 目前日本冶炼厂使用的都是常规流程（除Nippon Yakin之外），也就是类似于多尼安博工艺，由回转筒干燥、回转窑还原和电炉冶炼生产粗镍铁的过程。例如Hyuga工厂，最终进行精炼生产（脱硫、脱磷和脱氧的过程）镍铁成品（铸锭或制丸）。Pamco工厂直接采用粗镍铁生产不锈钢，日本Yakin公司利用改进后的克罗伯雷恩工艺在回转窑中生产粗镍铁（高碳或者低碳），直接用于不锈钢的生产。 上文中提到的三个冶炼厂中的Nippon Nickel Co.，是采用鼓风炉技术冶炼镍，在日本的Saganosaki地区持续了若干年，于1987年关闭。 日本镍铁生产中的主要设备及能力如下：生 产 厂主 要 设 备生产能力，ktNi/年Hyuga一台回转干燥器22两台回转窑，每台120t湿基/h两台电炉，60MW和40MW各一台Pamco一台回转干燥器48三台回转窑三台电炉，每台60MW一座80MW柴油发电厂Nippon Yakin两座回转窑13 这些生产厂的实际总生产能力为83kt Ni/年，在1990年和2003年期间，其生产量是50kt和75kt。日本镍铁生产厂的特点是，正常生产周期内被高镍低铁的硅镁腐泥土矿物和高能耗所限制。 所有的这些冶炼厂的成本较高，其进口矿物的平均单位成本是US $1.01.25/磅Ni（包含运输成本）。矿物成本的增加导致镍价上涨，另外能耗的成本在日本也是非常高的（波动范围在613美分/kwh），最终镍产品的单位现金成本是US $2.75/磅Ni。4.1.3 俄罗斯镍铁生产厂 俄罗斯主要有三大镍铁生产厂，分别是Orsk、Rezh和Ufaley（乌阀列）。所应用的原料主要是低品级的红土矿，开始投产的时间是：Ufaley1934年、Rezh是1936年、Orsk是在1939年投产。Ufaley（乌阀列）和Yuzural（南乌拉尔镍厂）的生产能力总计为20ktNi/年。4.1.4 19501960年间投产的其它红土矿冶炼厂 Hanna Nickel Companys Riddle在美国的冶炼厂仅仅生产初级镍产品，它始建于1954年其工艺过程比较独特，首先是矿物熔炼，之后的还原阶段是将熔融的镍铁水装入铁水包，然后加入硅铁进行还原。由于矿物品味较低(含镍量1.65%)所以运行成本较高，工厂的生产能力为12ktNi/年。于1993年被Cominco公司并购，并开始于1998年从新喀里多尼亚购买品位较高的原料（含镍量2.35%），但同年因为生产成本较高而镍价较低停产。 位于巴西Minas Gerais地区的Moro Do Niquel冶炼厂于1966年投产，使用低品味的原料（镍含量1.3%），初始生产能力是1ktNi/年，后续的生产能力达到了2.5kt Ni/年，但是同样因为成本较高于1998年关闭。 拉科公司的拉瑞姆纳厂始建于1966年的希腊，所用设备主要为回转窑和电炉，之后的精炼过程是在转炉中完成的。生产能力为20ktNi/年（原料品味1.15%含镍量），该厂是世界上生产成本最高的单位，其现金成本约为US $2.80/磅Ni，造成成本高的主要因素是矿物品位低、热工消耗大、生产效率低和生产能力低下。虽然该厂的运行面临种种困难，但是在政府的支持下一直维持着经营状态。4.2 古巴的湿法冶金历史处理红土矿的两个主要工艺过程是Caron工艺和高压酸浸（或压力酸浸），这两项工艺是古巴Freeport Sulfur Company（自由港硫磺公司）自身独创的。 Caron工艺先于高压酸浸工艺出现，是一种在常压下氨浸处理镍红土矿的工艺过程，最早于1924年通过了专利的注册。第一座工厂由美国政府掌握的尼加罗镍业公司在19441947年期间陆续投产，在1952年达到了生产能力的顶峰（23kt Ni/年），该工厂在古巴革命后被卡斯特罗政府接管。接管后平均年生产能力是15kt Ni/年，估计其经营成本在US $3.00/磅Ni，生产的产品是氧化镍烧结物，所用的原料是褐铁矿型原料，含镍量是1.3%，钴含量0.12%，钴进入混合镍钴硫化物后进行提取的（钴回收率在30%）。 经完善修改之后使用该工艺的单位是古巴的Punta Gorda、澳大利亚的Greenvale/Yabulu 和菲律宾的Marindoque/Nonoc工厂。 古巴的另一个镍湿法冶金生产线是现代所有利用压力浸出技术的高压酸浸工艺的先驱者，即毛阿湾工厂。它是由Freeport Sulfur Company投资兴建于1959年生产的，主要产品是硫磺同时生产镍产品，镍的回收率是90%（比Caron工艺高），相对成本较低。整个工艺过程是在两座独立的工厂中完成的，前半部分是在古巴生产混和镍钴硫化物，后半部分是在美国路易斯安那州的新奥尔良附近的Port Nickel完成了镍、钴的电解产品。 毛阿湾工厂在古巴革命后被卡斯特罗政府于1961年接管，Port Nickel精炼厂随之关闭，因此该厂中间产品的处理过程是在冷战期间于前苏联（在南乌拉尔镍厂）完成的。1994年Sherritt和古巴的General Nickel Co组成了各占50%的联合企业，其后混合硫化物的后续精炼就转移到了加拿大Alberta地区的Sherritts Fort Saskatchewan精炼厂。 因为人员的变更、零部件的缺乏以及原材料的不足，古巴、俄罗斯的精炼厂的人员数量在七年内逐步增加了原设计能力的50%，Sherritt的工厂受此牵连也被迫于两年之内逐渐将生产能力提高到了25kt Ni/年。随后进一步突破生产能力达到了31kt Ni/年，估计其最终产品的现金成本在US $2.00/磅Ni。4.3 70年代到80年代的发展状况 上世纪60年代末期镍的价格是US $0.93/磅Ni，后来因为Inco公司19681969年的罢工，镍的价格因此增加到了US $1.33/磅Ni（相当于现在的US $5.90/磅Ni）。实际上在罢工期间，镍的价格一度上涨到了US $7.00/磅Ni（相当于今天的US $31.00/磅Ni），而这些都发生在石油危机之前。西方经济繁荣阶段石油价格是US $1.00/桶，这些使镍的需求量持续增加，但是受到了供给量的制约。 一些新兴的利用红土矿生产的企业出现在1971年到1986年期间，他们包含熔池熔炼和利用Caron工艺的湿法冶金过程，这些企业包括： 位于多米尼加共和国的Falconbridge Dominicana，冶炼厂的镍铁生产能力为30kt Ni/年，始建于1971年； 菲律宾的Surigao Nickel Refinery of Marinduque Mining and Industrial Corp，采用Caron工艺的湿法冶金过程，镍块的生产能力是35kt Ni/年，于1974年投产； 在澳大利亚的Greenvale nickel operation of Freeport Minerals Co and Metals Exploration Pty Ltd.，采用Caron工艺的湿法冶金过程，生产能力为18kt Ni/年的镍块，于1974年投产； 于1975年投产在印度尼西亚的Pomalaa Operation of P. T. Aneka Tambang，镍铁生产能力是5kt Ni/年； Inco公司于1977年在危地马拉投资兴建的Exmibal Operation，镍锍的生产能力是11.3kt Ni/年； P.T.Inco/Inco公司于1977年在印度尼西亚投资兴建的Sorowako Operation，具有45kt Ni/年的镍锍生产能力； 哥伦比亚的Cerro Matoso operation of Hanna Mining Co./Billiton，具有23kt Ni/年的镍铁生产能力，投产于1982年； 位于古巴的Las Camariocas项目，没有完成； 前南斯拉夫的Kosovo Fe-Ni operation，生产能力是12kt Ni/年镍铁，投产于1984年； 位于古巴的Punta Gorda operation of Union del Niquel，采用Caron工艺的湿法冶金过程，生产能力31.5kt Ni/年，产品形式是镍氧化物，始建于1986年。 总计211kt的镍生产能力，由此增加的产能是西方世界1970年产能的42%！这些工厂的产品中有60%是冶炼产品，其余的40%是湿法冶金产品。211kt Ni/年的新增生产能力中只有大约150kt Ni/年或者说是71%的能力最终得以实现。这些厂家中绝大部分的能源消耗较高，所以产生于1970年的石油危机所导致的影响对于他们是双重的。所带来的直接影响就是石油价格激增并超过了US $30.00/桶，这就意味着产品的成本迅猛增长。由于石油危机造成的影响，之后世界经济进入了衰退期，镍价在80年代逐渐降低。正是由于这个原因，绝大部分的工厂都遇到了财政问题，Inco公司的Exmibal工厂和Freeport 公司的Nonoc/Surigao工厂最终关闭；Greenvale工厂进入了财务清算的阶段，并导致了财务重组，最终该厂被Billiton公司收购（该公司同时还并购了Cerro Matoso工厂）；位于多米尼加共和国的Falconbridge工厂在镍价较低的时候，生产频繁停车、生产节奏减缓；P.T.Inco公司工厂的亏损局面持续了数年；古巴的Las Camariocas项目最终没有实现；Kosovo的工厂在产量达到10kt Ni/年后，由于政治问题和发生在前南斯拉夫的战争而于2000年关闭。 仅有两家工厂因为较低的经营成本得以幸存，P.T.Inco公司的Sorowako（索罗阿科）工厂，由于自身固有的水力发电系统降低了成本；BHP-Billiton公司位于哥伦比亚的Cerro Matoso（塞罗蒙托沙）工厂，是因为它固有的高品位矿物和低廉的天然气资源。 由于生产能力的扩张而造成的镍价较低的局面持续了很长时间，这种混乱的局面是由于发生在上世纪90年代“柏林墙”和“东方阵营”倒坍而造成的。直接的结果就是西方世界镍的供给量增加了大约200kt Ni/年，这些原料大多是以废旧不锈钢的形式倾注进欧洲西部的，而新增生产能力直到90年代末仅有微小的增长。4.4 90年代的生产经营和扩张状况 90年代中期俄罗斯镍生产能力的增加值得注目，在80年代末期镍需求量增长的速度是每年2.5%；进入90年代前期，平均需求量增长超过了每年8%；到90年代末十年的时间内回落至3.5%，自1986年以来没有较为重要的新建项目增加。一批新建和扩张的红土矿项目以压力酸浸为主导在澳大利亚产生，目前正在运行的这批项目包括： 澳大利亚的Anaconda Nickel公司的Murrin Murrin工厂，采用高压酸浸工艺，年产镍块45kt Ni/年，于1999年生产； Centaur公司Cawse Operation工厂也是采用高压酸浸工艺，1999年生产，生产能力9kt Ni/年电解镍； Resolute公司Bulong工厂采用高压酸浸工艺，年产7kt Ni/年电解镍，于1999年投产； 委内瑞拉的Loma de Niquel工厂建立在2000年，生产17kt Ni/年的镍铁。 扩张改造的项目包括： P. T. Inco公司的Fourth Line扩张改造项目，在2000年生产能力增加到23kt Ni/年的镍锍； Cerro Matoso的两条生产线在2001年生产能力增加到了27kt Ni/年的镍铁； P.T. Aneka Tambang的两条生产线于1995年扩充生产能力达到了6kt Ni/年的镍铁。 这些新增的项目总计134kt Ni/年的生产能力，在当时的情况下约占世界生产总量的12%，其中的55%是冶炼企业，余下的45%是湿法冶金企业。自70年代以来，这些新建企业生产工艺的总体趋势是湿法冶金过程的增加，澳大利亚压力酸浸工艺项目中许多项目由于过程需要完善提高的问题而不能够马上实现，这种扩张、完善的实施计划需要超过一年的时间来完成。在澳大利亚的这些项目最初设计能力是61kt Ni/年，但实际上仅仅达产37kt Ni/年（或者说只是达到了设计能力的61%）。Murrin Murrin的生产最多达到了30kt Ni/年，但也仅仅是维持了一个基本量，Cawse工厂也只是维持了大约7 kt Ni/年的基本量，Bulong工厂因为遇到了财务问题导致生产逐渐萎缩最终关闭，Loma de Niquel工厂生产达到了设计能力并持续生产了2年。经过扩建完善后，上述工厂全部都达到了自身所说的设计产量。5 红土矿项目的经济状况 红土矿项目的经济性已经由Bacon和Dalvi et. al.在以前的文章和报告中论述过，我们注意到的一个具有经济性的红土矿项目，就是镍的产能最小要40kt/年，需要800kt（20亿磅）的原料矿，矿山采掘年限为20年。 红土矿与硫化矿工艺过程之间最主要的区别是，硫化矿能够非常容易地富集到高品位的精矿（含镍量1020%），这就削减了过程中的设备尺寸（尤其是前半部分的装备）以及整个流程的成本。而红土矿的品位提高就受到了限制（有的品味3%，一般情况下2%），这就意味着在后续过程的原料供应、尾矿及尾渣的处置上带来很大的吞吐量，因此红土矿项目通常具有较高的投资成本和较大的熔炼功耗。 红土矿项目的经济性最为敏感的是原料的供应品味。 作者不相信Caron工艺在镍价较低的时候具有经济性，由于运送到冶炼厂的原料品味较低，镍、尤其是钴的回收率很低，同时能耗和试剂成本高，所以与冶炼和高压酸浸工艺相比没有竞争力。现存采用Caron工艺的工厂还在持续运行（因为资金已经投入），他们期望突破瓶颈、提高工艺过程的效率达到削减成本的目的，目前没有新建项目考虑采用Caron工艺。5.1 红土矿熔炼的经济性 红土矿熔炼经济性的摘要见表4。根据矿物的品位和能耗将项目分为可行、边缘临界和不可行。 包括基础设施在内的新建红土矿冶炼厂的投资费用在US $12.0015.00/磅Ni之间变化，这一变化基准适用于一座年产40kt Ni，用料品位在2%的项目。 红土矿冶炼厂的这一基准是可行的，因为一座相对规模较大的冶炼厂早在1950年就已经建成。我们按照现有的数据和发现，完成了红土矿冶炼厂的经济指标基准如表3。 利用现存基础设施的冶炼厂，由于有基础设施和协作单位可以利用，其投资费用平均每年可以削减US $4.00/磅Ni。 红土矿冶炼厂的装机容量在34MW/kt Ni（依靠原料品味和工艺过程调节），如果转变为发电厂的投资费用约在US $4.505.00/磅Ni。冶炼厂不用建设电厂确实有他们自己的优势，然而一些冶炼厂的电厂运行费用很高，因为电厂也要收回投资费用，而这些都要计入运行成本。 冶炼厂的所有投资费用（按照年生产能力每磅镍计）以供料品位的中间值为基准（比如说2%镍含量），根据实际的供料品位按照比率计算，投资费用与原料品位成反比关系。 总投资也受到项目规模的支配，因此投资的基准可以按照40kt Ni/年并根据工程估算公式计算（规模比率的0.65次方），所以说越是规模大的工厂其年生产能力每磅镍的投资费用越低。 根据新近形成的湿法冶金（高压酸浸）项目的实践，作者相信红土矿冶炼厂的投资要优于高压酸浸工厂。部分的原因是由于冶炼厂的用料是腐泥土，含镍品位较高（一般情况下1.8%），而高压酸浸所用的典型原料品位在1.01.5%之间。 红土矿冶炼厂经营成本高度敏感的原因是： 原料当中的镍品位； 动力成本； 燃料和还原剂成本（重油、石脑油、柴油、天然气、煤和焦炭）。 外购矿石的费用是很高的，所以外购矿石的工厂的经营成本是很高的。 绝大部分红土矿冶炼厂生产镍铁但是没有回收钴，所以钴不能作为副产品带来收入。 根据这些因素和所观察到的条件，得出结论如下： 红土矿冶炼厂项目如果采用低品位原料和较高的动力费用是不经济的。我们相信具有自备水力发电厂（或者有廉价动力能源的）的红土矿冶炼厂，采用原料中含镍的最小限度是1.7%，有火力发电厂的工厂最小极限值是2.1%。 红土矿冶炼厂外购矿石意味着高的生产成本，从长远来看，这些完全新建的项目是不经济的。 具有经济效益的新的红土矿项目包括如下条件： 利用现存设施、改造扩产、突破项目中的制约瓶颈； 利用低成本动力能源，或者利用公共系统早已安装的廉价能源； 具有自备水电设施； 有前文描述过的高品位原料矿； 项目周边有一定的基础设施可以利用（削减基础设施投资）； 项目临海，具有以上描述的一个或多个特点。 然而，高品位的原矿是逐渐萎缩的，红土矿山周边没有建水力发电厂的地方也很少了，所以说在未来新建的红土矿冶炼厂将很少。5.2 压力酸浸项目（PAL）的经济性 压力酸浸项目（PAL）的经济性见表4。按照镍的品位、投资、操作成本和将钴计价的因素，将项目分为可行、临界点和不可行等类别。 红土矿压力酸浸（PAL）的完全新建项目的投资费用按照年生产能力，变化范围在US $12.0018.00/磅Ni之间，这一基准适用于年生产能力在40kt Ni，用料品位在1.4%的项目。 红土矿压力酸浸（PAL）项目的基准数值不可能非常合理，因为已经建成的现代PAL工厂数量很少。我们完成的基准测算的数据来源是受到限制的，所依据的参数是如下的原则： 利用已有的基础设施兴建的PAL工厂相对于完全新建的项目的投资费用低US $4.00/磅Ni，这是因为利用原有的辅助设施和尾矿处理系统。 按照年产能力，PAL工厂的装机容量为0.61MW/kt Ni（取决于原料品位和工艺流程），转变为发电厂的投资费用约在US $1.002.00/磅Ni，比红土矿冶炼厂的投资费用低得多（投资费用随着电解精炼流程和原料品位的降低而增加）。 PAL工厂的总投资费用的基准测算可以取矿石品位的中间值（比如说1.4%），其它原料的品位投资额可以与实际品位按照比例进行计算，总投资与矿石的品位成反比关系。 总投资额也受规模经济性的限制，因此投资额也可以40kt Ni/年为基准，按照工程估算公式按比例计算（规模比例的0.65次方），所以大规模的工厂年产能每磅镍的投资额相对较低。 按照最近的湿法冶金项目（高压酸浸HPAL）的实践，作者相信一些工厂的投资费用相对较高。更多的工厂已经建立并在设计、材料选择和工艺结构上具有一定经验，所以从长远的角度看，这些费用有下降的可能。 红土矿经营运行费用上高度敏感的条件是： 镍的供料品味。 试剂的费用（硫磺、石灰石、石灰、萃取剂）。 外购矿石的费用较高，所以生产厂的经营成本增加。 红土矿PAL工厂可以单独回收钴，因此钴可以作为副产品带来收入，这样就削减了现金成本。 按照这些规则和观察到的信息，得出结论如下： 红土矿PAL项目中，原料矿石的低品位（1.3%的品位进入高压釜）是不经济的（见图6）。 红土矿湿法冶金工厂外购物料会导致高成本，长远来看，完全新建的这些项目是不够经济的。 新建PAL产能具有经济性的有利条件是： 利用原有基础设施、改造扩张、突破项目中的制约瓶颈。 选择相对较高的原料品位（1.5%）。 降低流程中的酸耗。 利用周边的基础设施。 项目靠近临海，具有上述一个或者是多个条件。6 项目的风险和吸引力 不同因素（经济上的、环境上的、政治上的、社会的和矿石方面的）对基底金属项目的影响已经由Dalvi和Poetschke论述过，也参考了这一领域内的其他研究。这些因素源于国家内部，每一个因素都和风险相关联。我们已经使用了Fraser研究院的分类方式（矿产公司的调查，2003年第4期）对于国家风险进行评定。 项目分析的风险评定包括如下因素： 政治风险 采矿和加工过程的技术风险 环境风险 财政风险 市场和经济性风险包括供需价格风险 相关的结构风险 工艺技术对项目的经济性起到积极地影响，上述风险需要有新的工艺技术来承担。Terry McNutty分析了41个采矿和化工工业项目，说明了项目风险增加后技术革新的提升程度。这些风险反映在两个方面：（