低品位红土镍矿资源开发趋势：“资源+能源+材料”一体化模式

马文军， 程晋阳

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

化石燃料的持续使用导致全球能源及环境问题日益突出，其对环境与气候变化的影响受到全球各界的更多关注。在此背景下，多国先后发布了禁售燃油汽车计划，国内外众多车企也纷纷开始加大电动汽车的布局，推动了电动汽车产业的快速发展。受此影响，作为动力电池原料的镍钴金属及开发低品位红土镍矿的HPAL湿法工艺技术也受到广泛关注。本文结合当前倍受关注的动力电池材料发展形势，以及笔者在镍钴工程领域的长期工程实践，提出了低品位红土镍矿资源未来的开发趋势。

1 镍供需及其发展趋势

1.1 镍需求：未来需求将持续增加

从需求端来看，目前全球镍的70%用于不锈钢生产，30%用于合金钢、电镀及电池等(其中约10%用于电镀及电池)[1]。受电动汽车发展影响，对镍的需求将会持续增长。根据国内外各大机构预测，全球在2025年因电动汽车而产生的镍需求将在50万t左右(图1)，而矿业巨头嘉能可公司更是预计到2030年电池汽车镍需求量将达到110万t[2]。

图1 各不同机构企业对2025年电动汽车镍需求量的预测(数据来源：据文献[3-6]整理)

1.2 镍供应：红土镍矿将持续成为镍的主要供应来源

从供给端来看，全球镍资源供应主要是两大来源，分别是硫化镍矿和红土镍矿，前者主要集中于俄罗斯、加拿大、中国及澳大利亚等国，后者主要集中于印度尼西亚、巴西、古巴、菲律宾等国。1980年以来的矿产镍产量及来源结构变化见图2。

图2 矿产镍产量及来源结构变化(数据来源：产量数据来自World Metal Statistics Yearbook 1990—2017；红土镍矿及硫化镍矿产量系根据USGS数据和恩菲矿业经济研究院数据整理)

从供给结构来看，2010年之前，全球镍资源供应以硫化镍矿为主，但是从2010年开始至今，红土镍矿产镍的占比已超过硫化镍矿，并呈现逐渐上升的趋势。

红土镍矿供给占比的升高，一方面原因是由于红土镍矿在资源丰富程度、开发周期、投资成本等方面优于硫化镍矿，另一方面原因是近20年来，全球范围内没有新发现的大型硫化镍矿，同时不少硫化镍矿山由于资源枯竭而关闭，这两个因素共同作用，推动红土镍矿逐渐成为镍供应的主要来源。

1.3 电动汽车的发展给低品位红土镍矿开发带来新机遇

汽车电动化已成为中远期汽车产业的发展趋势，荷兰、挪威等国家提出禁售燃油车禁令[7]，各大车企也纷纷响应，包括大众、福特、通用等传统车企也纷纷推出电动汽车生产计划[8]。在汽车电动化的趋势下，作为汽车动力电池正极材料主要组成元素的金属镍，在作为传统金属原材料的基础上，叠加了战略新兴金属的属性，保障了动力电池原料的内在需求，吸引了更多企业关注低品位红土镍矿的开发。

2 低品位红土镍资源开发的适用技术：HPAL湿法工艺

2.1 HPAL湿法工艺简介

目前，红土镍矿的开发工艺主要有火法和湿法两条路线。火法工艺主要采用回转窑焙烧- 电炉还原工艺(简称“RKEF火法工艺”)，产品以镍铁为主；湿法工艺主要采用加压酸浸- 镍钴沉淀工艺(简称“HPAL湿法工艺”)，该工艺的特点在于可以高效综合回收红土镍矿中的镍、钴等元素，产品既可以是镍、钴金属，也可以是镍和钴的硫酸盐，既适用于不锈钢产业也可用于电动汽车产业。

从红土镍矿HPAL湿法处理工艺的发展历程来看，经历了三个阶段。第一代HPAL湿法工艺技术起步于二十世纪五十年代末，代表项目是古巴Moa项目，高压釜采用立式釜；第二代HPAL湿法工艺技术的标志是二十世纪末西澳以Murrin Murrin项目为代表三个HPAL湿法项目的开发，高压釜改为卧式釜；第三代HPAL湿法工艺技术的标志是二十一世纪以瑞木项目为代表的HPAL湿法项目的成功达产达标并超产，其已成为HPAL湿法工艺项目的新标杆，代表着HPAL湿法工艺技术进入成熟期。

经过六十多年发展，HPAL湿法工艺已成为处理低品位红土镍矿的成熟、可靠，且具有成本竞争力的工艺技术。中国恩菲承担设计及设备供货的瑞木红土镍矿HPAL湿法建成项目见图3。

图3 中国恩菲承担设计及设备供货的瑞木红土镍矿HPAL湿法项目

2.2 HPAL湿法工艺投资及成本

对于HPAL湿法项目而言，其投资和成本一直是影响项目开发的关键因素。

通常来说，红土镍矿HPAL湿法项目由于地处偏远区域，造成基础配套设施部分投资占比很大。但是通过对比历史上红土镍矿RKEF火法项目和HPAL湿法项目的投资强度，以及从近期红土镍矿投资的情况来看，在合适的地区发挥项目建设中的当地优势及中国优势的协同作用，建设HPAL湿法项目的投资可以控制在使项目具备竞争力的范围内。

对于HPAL湿法工艺的现金成本，根据恩菲矿业经济研究院的估算，预计未来新建红土镍矿湿法项目的现金成本将介于5 000～8 000美元/t镍之间[8]，但对于不同项目而言，会由于矿石品质、矿石成本、项目投资、消耗品价格、钴价等因素的影响而有一定的差异。

根据2017年全球主要HPAL湿法项目与硫化镍矿项目现金成本对比(图4)，可以看出红土镍矿湿法工艺的现金成本已接近或低于硫化镍矿成本。

图4 2017年HPAL湿法项目与硫化镍矿项目现金成本的对比(数据来源：恩菲矿业经济研究院数据库)

因此，HPAL湿法工艺的日益成熟及其成本竞争力的提升，为其被市场广泛接受创造了重要的内在支撑条件，而动力电池市场的发展又为其发挥优势提供了广阔的市场空间。

3 低品位红土镍矿资源开发的发展趋势

3.1 HPAL湿法工艺应用于动力电池产业的机遇与挑战

3.1.1 HPAL湿法工艺应用于动力电池产业的机遇

从产业发展的大环境来看，汽车电动化已成为未来发展的趋势，这为动力电池材料产业提供了发展机遇。而从动力电池的正极材料选择方面，镍钴锰三元体系已是业内公认的路线，这也是各个机构看好未来镍钴需求的一个主要原因。因此，对于镍钴资源的供应及开发也就自然成为各方关注的重点。

红土镍矿含有镍、钴、锰三种正极材料所需的元素，加之可以高效提取镍钴的HPAL湿法工艺成熟与成本下降，使得HPAL湿法工艺非常适用于处理低品位红土镍矿，这也是目前越来越多身处动力电池产业链的企业开始关注HPAL湿法项目的原因。

3.1.2 动力汽车产业发展存在的挑战

为了让新能源汽车产业持续健康发展，国家在政策层面上对动力电池的性能/成本指标、对新能源汽车的补贴门槛等均提出了更高的要求，政府要求供应端进一步降低电池成本，以普及电动汽车的使用，推动电动汽车产业发展，这些政策的加压使得企业在保障电池安全性的前提下进一步降低电池综合成本的意愿更加强烈。

虽然通过HPAL湿法工艺能够有效降低动力电池原料环节的成本，但仍需从动力电池全行业的角度进一步实现产业链上不同环节间的协同，保证各环节在投资、能源消耗、物料消耗、人员管理等方面的协同效应，实现各环节在成本上更大幅度的降低，最大程度解决电池企业关心的成本问题。

3.2 低品位红土镍矿开发的趋势：“资源+能源+材料”一体化模式

在动力电池材料需求快速增长及动力电池成本制约产业发展的双重条件制约下，要实现动力电池材料产业的健康发展，寻求新的解决途径将是必然要求。因此，未来低品位红土镍矿资源的开发将需要更多与下游需求端紧密融合，选择在具有镍矿资源及能源优势的区域，依托当地资源能源优势建设包括低品位红土镍矿资源开发(提供电池生产原料)、下游动力电池三元前驱体甚至是正极材料在内的一体化项目，实现生产工艺环节的工艺协同及能源消耗的进一步降低，以进一步降低动力电池材料成本，将成为未来低品位红土镍矿的开发趋势。这种进一步提升动力电池材料竞争优势的开发模式，称为“资源+能源+材料”一体化模式。

采用“资源+能源+材料”一体化模式在资源优势地区开发低品位红土镍矿资源，可以实现产业链上、下游环节间的节能降耗及业务协同，有利于降低动电池材料成本，充分发挥资源能源效率，在促进终端产业发展的同时，促进低品位红土镍矿资源的开发利用。

4 结语

在镍资源及能源丰富的地区实施“资源+能源+材料”一体化模式是低品位红土镍矿未来的开发趋势，此模式可降低电池材料成本，促进电动汽车产业发展。

采用“资源+能源+材料”一体化模式实现低品位红土镍矿资源开发与电池材料生产的一体化，将成为电池材料企业提升竞争力的关键因素，而这一模式也将助力这些地区成为其所在区域乃至全球范围内重要的电池材料供应基地。