低品位紅土鎳礦資源開發趨勢
——“資源+能源+材料”一體化模式
中國恩菲工程技術有限公司 馬文軍 程晉陽
摘要：受不銹鋼產量增長及電動汽車發展驅動，市場對鎳的需求將會持續增長。在動力電池材料需求推動鎳鈷需求的大背景下，低品位紅土鎳礦的HPAL濕法工藝因其優越性引起眾多企業的關注，目前HPAL濕法工藝的紅土鎳礦投資及成本已具備市場競爭力。在動力電池材料市場鎳鈷需求持續增長及要求動力電池成本下降政策的雙重驅動下，筆者介紹了可以處理低品位紅土鎳礦的HPAL濕法工藝技術，提出未來低品位紅土鎳礦資源開發將邁向“資源+能源+材料”一體化模式。
化石燃料的持續使用導致全球能源及環境問題日益突出，其對環境與氣候變化的影響受到全球各界的更多關注。在此背景下，多國先后發布了禁售燃油汽車計劃，國內外眾多車企也紛紛開始加大電動汽車的布局，推動了電動汽車產業的快速發展。受此影響，作為動力電池原料的鎳鈷金屬及開發低品位紅土鎳礦的HPAL濕法工藝技術受到廣泛關注。筆者結合當前倍受關注的動力電池材料發展形勢，以及公司在鎳鈷工程領域的長期工程實踐，提出了對低品位紅土鎳礦資源開發趨勢的看法。
一、鎳供需及其發展趨勢
(一) 鎳需求：未來需求將持續增加
從需求端來看，目前全球鎳的70%用于不銹鋼生產，30%用于合金鋼、電鍍及電池等，其中約10%用于電鍍及電池。受電動汽車發展對鎳需求的增長，根據國內外各大機構預測，全球在2025年因電動汽車而產生的鎳需求將在50萬噸左右，而礦業巨頭嘉能可公司更是預計到2030年電池汽車鎳需求量將達到110萬噸。
圖1 各不同機構企業對電動汽車鎳需求量的預測
（二） 鎳供應：紅土鎳礦將持續成為鎳的主要供應來源
從供給端來看，全球鎳資源供應主要是兩大來源，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、中國及澳大利亞等國，后者主要集中于印度尼西亞、巴西、古巴、菲律賓等國。
圖2 礦產鎳產量及來源結構變化
從供給結構來看，2010年之前，全球鎳資源供應以硫化鎳礦為主，但是從2010年開始至今，紅土鎳礦產鎳的占比已超過硫化鎳礦，并呈現逐漸上升的趨勢。
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、開發周期、投資成本等方面優于硫化鎳礦，另一方面是近20年來，全球范圍內沒有新發現的大型硫化鎳礦，同時不少硫化鎳礦山由于資源枯竭而關閉，兩個因素共同作用推動紅土鎳礦逐漸成為鎳供應的主要來源。
(三)電動汽車發展給低品位紅土鎳礦開發帶來新機遇
汽車電動化已成為中遠期汽車產業的發展趨勢，包括荷蘭、挪威等國家提出禁售燃油車禁令，各大車企也紛紛響應，包括大眾、福特、通用等傳統車企也紛紛推出電動汽車生產計劃。在汽車電動化的趨勢下，作為汽車動力電池正極材料主要組成元素的金屬鎳，在作為傳統金屬原材料的基礎上，疊加了戰略新興金屬的屬性，保障動力電池原料穩定的內在需求吸引更多企業關注低品位紅土鎳礦濕法工藝開發。
二、低品位紅土鎳資源開發的適用技術：HPAL濕法工藝
(一) HPAL濕法工藝簡介
目前紅土鎳礦的開發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窯焙燒—電爐還原工藝（簡稱“RKEF火法工藝”），產品以鎳鐵為主；濕法工藝主要采用高壓酸浸—鎳鈷沉淀工藝（簡稱“HPAL濕法工藝”），該工藝的特點在于可以高效綜合回收紅土鎳礦中的鎳鈷等元素，產品既可以是鎳鈷金屬，也可以是鎳和鈷的硫酸鹽，產品既適用于不銹鋼產業也可用于電動汽車產業。
從紅土鎳礦HPAL濕法處理工藝的發展歷程來看，其經歷了三個階段：
1.第一代HPAL濕法工藝技術
二十世紀五十年代末，以古巴Moa HPAL濕法項目為代表，標志著HPAL濕法工藝技術的起步，高壓釜采用立式釜。
2.第二代HPAL濕法工藝技術
二十世紀末，以西澳Murrin Murrin等三個HPAL濕法項目的開發為代表，標志著HPAL濕法工藝得到進一步發展，高壓釜改為臥式釜。
3.第三代HPAL濕法工藝技術
本世紀初以巴布亞新幾內亞瑞木項目為代表的HPAL濕法項目的成功達產達標并超產，使其成為HPAL濕法工藝項目的新標桿，顯示HPAL濕法工藝技術進入成熟期。
經過六十多年發展，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爭力的工藝技術。
圖3 中國恩菲承擔設計及設備供貨的瑞木紅土鎳礦HPAL濕法項目
(二)HPAL濕法工藝投資及成本
對于HPAL濕法項目而言，其投資和成本一直是困擾廣大投資者、影響項目開發的關鍵因素。
通常來說，紅土鎳礦HPAL濕法項目由于項目地處偏遠區域，造成基礎配套設施部分投資占比很大。但是通過對比歷史上紅土鎳礦RKEF火法項目和HPAL濕法項目的投資強度，以及從近期紅土鎳礦投資的情況來看，在合適的地區發揮項目建設中的當地優勢及中國優勢的協同作用，建設HPAL濕法項目的投資可以控制在使項目具備競爭力的范圍內。
對于HPAL濕法工藝的現金成本，根據目前情況估算，預計未來新建紅土鎳礦濕法項目的現金成本將介于5000-8000美元/t之間，但對于不同項目而言，其會由于礦石品質、礦石成本、項目投資、消耗品價格、鈷價等因素的影響變化巨大。
根據我們對2017年全球主要HPAL濕法項目與硫化鎳礦項目現金成本的對比，紅土鎳礦濕法工藝的現金成本已接近或低于硫化鎳礦成本。
圖4 HPAL濕法項目與硫化鎳礦項目現金成本的對比
因此，HPAL濕法工藝日益成熟及其成本競爭力提升為HPAL濕法工藝被市場廣泛接受創造了重要的內在支撐條件，而動力電池市場的發展又為其發揮優勢提供了廣闊的市場空間。
三、低品位紅土鎳礦開發的趨勢
(一) HPAL濕法工藝應用于動力電池產業的機遇與挑戰
1.HPAL濕法工藝應用于動力電池產業的機遇
從產業發展的大環境來看，汽車電動化已成為未來發展的趨勢，這為動力電池材料產業提供了發展機遇。而從動力電池的正極材料選擇方面來看，鎳鈷錳三元體系已是業內公認的路線，這也是各個機構看好未來鎳鈷需求的一個主要原因，因此，對于鎳鈷資源的供應及開發也就自然成為各方關注的重點。
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力電池產業鏈的企業開始關注HPAL濕法項目的原因。
2.動力汽車產業發展存在的挑戰
為了讓新能源汽車產業持續健康發展，國家在政策層面上對動力電池的性能/成本指標、對新能源汽車的補貼門檻等均提出了更高的要求，政府要求供應端進一步降低電池成本，以普及電動汽車的使用，推動電動汽車產業發展，這些政策的加壓使得企業在保障電池安全性的前提下進一步降低電池綜合成本的意愿更加強烈。
雖然通過HPAL濕法工藝能夠有效降低動力電池原料環節的成本，但仍需從動力電池全行業的角度進一步實現產業鏈上不同環節間的協同，保證各環節在投資、能源消耗、物料消耗、人員管理等方面的協同效應，實現各環節在成本上更大幅度的降低，最大程度解決電池企業關心的成本問題。
(二) 低品位紅土鎳礦開發的趨勢：“資源+能源+材料”一體化模式
要解決電動汽車產業發展的電池成本問題，我們經過綜合分析認為：采用“資源+能源+材料”一體化模式在資源優勢地區開發低品位紅土鎳礦資源，可以實現產業鏈上下游環節間的節能降耗及業務協同，更有利于推動電池材料成本的下降，對于實現有效降低電池生產的綜合成本、推動電動汽車產業的健康發展的目標而言，將是一個很好的開發模式。
四、結論
通過以上的綜合分析，我們認為對于低品位紅土鎳礦的開發，未來趨勢將是在鎳資源及能源豐富的地區實施“資源+能源+材料”一體化模式，以最大限度降低電池材料成本，促進電動汽車產業發展。
采用“資源+能源+材料”一體化模式實現低品位紅土鎳礦資源開發與電池材料生產的一體化，將成為電池材料企業提升競爭力的關鍵因素，而這一模式也將助力這些地區成為其所在區域乃至全球范圍內重要的電池材料供應基地，讓我們拭目以待。
