镍冶炼路线之争：湿法or火法.pdf

有色金属 研究团队 研究员： 郑琼香 0755-83213347 从业资格号： F0260068 投资咨询号： Z0002147 覃静 0755-83212747 从业资格号： F3050758 投资咨询号： Z0013731 沈照明 021-60812976 S 从业资格号： F3074367 投资咨询号： Z0015479 100 150 200 140 190 240 290 2020-07-29 2020-12-29 中信期货有色金属指数 中信期货贵金属指数 中信期货研究 |有色策略日报 中信期货研究 |有色金属专题报告 投资咨询业务资格： 证监许可【 2012】 669 号 2020-05-27 重要提示：本报告中发布的观点和信息仅供中信期货的专业投资者参考。若您并非中信期货客户中的专业投资者，为控制投资风险， 请取消订阅、接收或使用本报告的任何信息。本报告难以设置访问权限，若给您造成不便，敬请谅解。我司不会因为关注、收到或 阅读本报告内容而视相关人员为客 户；市场有风险，投资需谨慎。 镍 冶炼路线 之争 ： 湿法 or 火法 摘要： 主要 内容 ： 第一部分 镍矿 未来 开发 方向 硫化镍矿产能受限，红土镍矿成开发重点 。 硫化镍矿因为资源受限，产量比较稳 定，红土镍矿资源占比超过 60%，由于勘探投入较少，储量仍有较大增长空间。 由 于伴生金属的关系，部分硫化镍矿较难转产硫 酸镍， 红土镍矿的湿法中间品和高冰 镍将成为硫酸镍的主要原料。不管是镍消费的主要领域不锈钢，还是快速增长的新 能源车市场，红土镍矿都将是镍原料的主要来源 ，是未来 开发的重 点。 第二部分 火法 高冰 镍和 湿法 介绍 不锈钢为镍消费主要领域 ，高冰 镍项目 较少 。 硫酸镍原料中 ，只有湿法中 间品和高 冰镍才能形成规模，但两者成本都比较高，技术 上 有较大改进空间。 不锈钢 在 镍 下 游消费中占比 约 80%，火法冶炼生产镍铁即可，无需再转换成高冰镍，所以火法高 冰镍项目较少，湿法项目 由于可以回收钴， 比较 受企业青睐。 高冰镍生产工艺较长，镍回收率低 。 现存项目的镍回收率 约 70%，实验室回收率也 只有 85%，主要损失 发生在硫化和再富集过程。目前火法高冰 镍项目较少， 时间也 较久 产量相对稳定 ， 对于镍铁 -高冰镍工艺，高冰镍产量会随着盘面与镍铁价差的 扩大而增加 。高冰镍通过加压酸浸生产硫酸镍，镍回收率较高， 与湿法 制硫酸镍 成 本相差 不大 。 高压酸浸 目前 是 湿法冶炼的主流路线， 但也面临诸多问题 ： 1、投资大 ，现存项目 投资强度 5-7万美元 /金属吨，考虑到投资透支情况， 拟建项目 的投资强度约 2万 新能源车市场的火爆， 引 起 市场对 镍原 料的关注 ， 而 青山高冰 镍 事件 ， 则 挑起了 镍 冶炼的 湿法和火法 之争 。 本文针对 镍矿市场的发展 ， 火法高冰 镍和湿法 技术路线 进 行 了 介绍， 并对比 了 两种路线的 优缺点 ， 以及 企业 之间的 选择 。 报告要点 中信期货有色专题报告（镍 ） 2/22 美元 /金属吨； 2、建设周期长，产能爬坡慢 ，中冶瑞木项目建设到满产 ， 周期约 10 年， 目前 湿法项目多位于工业园， 基础设施 相对 齐全， 周期大大缩短，但项目建 设 到满产 周期 也 需 要 5-6年 ； 3、工艺要求高 ，温度、反应时间、酸矿比等参数对 经济效益影响 大，企业需要不断 调试才能得到最佳运行区间，工艺操作较难 ； 4、 尾矿处理 难 ， 镍矿品味低 ， 尾矿 量较大， 深海填埋 可 复制性 小 ， 环 保 问题 较大 。 第 三 部分 火法 高冰 镍和 湿法 对比 湿法项目 投资大， 但生产成本低 。 湿法相对于火法高冰镍工艺，投资强度高出将近 1 倍，但湿法项目现金成本 低，又可以得到钴 产品，整体生产成本 低于高冰镍。 对 于镍铁 -高冰镍工艺 ，企业需要比较生产镍铁和高冰镍利润高低，来调节产量，据 此可以 测算 高冰镍机会成本： 硫酸镍成本 =镍铁价格 /(镍铁至高冰镍工艺的镍回收 率 )+镍铁至高冰镍成本 +高冰镍至硫酸镍成本。 根据机会成本计算，高冰镍成 本会 更高，根据当前镍铁价格 ，硫酸镍与镍铁价差在 40000-50000元 /金属吨时，企业 生产高冰镍才更划算 。 湿法项目尾矿处理难，高冰镍项目能耗污染大 。 环保方面，湿法 面临尾矿处理 难问 题， 湿法 镍品味低， 1 吨 金属 镍产生 120-160吨尾矿，尾矿处理与当地环保政策 关 系密切，深海填埋技术不具有可复制性。高冰 镍项目 能耗高 ， 1金属吨镍铁 碳排放 40-48吨 ，并且 会产生 SO2污染气体， 若新能源车企对原料环保 比较关切的话，高 冰 镍 成本可能会 进一步增加。 镍矿品味价差有所扩大，湿法、火法原料成本可能背离 。 湿法项目镍矿原料品味远 低于火法冶炼 ， 矿 储量 更高，需求端来看，印尼火法项目大量投产，而湿法项目 相 对 较少， 项目 规划中，火法 项目产能 也 高 于湿法 ， 高品位镍矿相对比 低品位 来说， 未来 可能 会更加紧张 。 火法、湿法各有千秋，企业 两边押注 。 湿法和火法高冰镍工艺尚不成熟，现存项目 的公司因为建设和运营经验更丰富， 优势 大些 ，但 目前 参与建设 湿法和火法高冰镍 项目的 很 少 ， 两种工艺的 经济性可能并不突出 。从 公司 选择来看，青山减少湿法项 目股权，高冰镍股权保持，华友钴业 湿法项目 正在推进 ， 又公告 建设火法高冰镍， 企业似乎对火法有所倾斜，但 两种工艺技术上均有较大 不确定性 ， 企业更多是两边 押注。 风险因素： 镍矿 储量变动超预期 ； 湿法或火法技术变动超预期 。 中信期货有色专题报告（镍 ） 3/22 目录 摘要： . 1 一、硫化镍矿产能受限，红土镍矿成开发重点 . 5 1.1 镍产品种类多，技术变革影响大 . 5 1.2 硫化镍矿伴生关系强，红土镍矿成分复杂 . 5 1.3 硫化镍矿开采有限，红土镍矿开发加快 . 6 二、红土镍矿湿法和火法冶炼工艺介绍 . 7 2.1 湿法中间品和高冰镍快速发展，未来将成为硫酸镍主要原料 . 8 2.2 火法高冰镍项目少，湿法比较受青睐 . 8 2.3 高冰镍火法工艺镍回收率低，现存项目少 . 9 2.3.1 高冰镍火法工艺流程长，镍回收率低 . 9 2.3.2 高冰镍火法冶炼项目少，产量稳定 . 10 2.3.3 高冰镍加压酸浸制硫酸镍 . 12 2.4 湿法项目投资大，工艺条件要求高 . 13 2.4.1 高压酸浸工艺成为湿法主流，工艺参数影响大 . 13 2.4.2 高压酸浸项目投资大，产能爬坡慢，现金成本低 . 15 三、火法、湿法各有千秋，企业两条腿走路 . 16 3.1 湿法冶炼资金投入高，生产优势未来可能扩大 . 17 3.1.1 湿法冶炼钴产品价值高，高冰镍副产品收 入低 . 17 3.1.2 湿法项目投资高，生产成本低 . 17 3.1.3 湿法项目 尾矿处理难，高冰镍项目能耗污染大 . 18 3.1.4 镍矿品味价 差有所扩大，湿法、火法 原料成本可能背离 . 19 3.2 高冰镍制硫酸镍投资高，工艺相对简单 . 20 3.3 行业公司的选择 . 20 免责声明 . 22 图 表 目录 图表 1：原生镍产业链 . 5 图表 2：硫化镍矿精矿化学成分 . 6 图表 3：红土镍矿成分以及提取工艺 . 6 图表 4：全球镍矿储量分布 . 7 图表 5：全球镍矿产量分布 . 7 图表 6：镍矿分类型产量 . 7 图表 7：镍产品分类型产量 . 7 图表 8：全球镍豆镍粒产量 . 8 图表 9： 我国湿法中间品进口量 . 8 图表 10：中国铜矿表观消费量 . 8 图表 11： 中国三元电池装车量及回收预测 . 8 图表 12： 镍矿至硫酸镍产业链 . 9 图表 13：红土镍矿火法冶炼制高冰镍简介 . 10 图表 14：硫化镍矿低冰镍和高冰镍成分 . 10 中信期货有色专题报告（镍 ） 4/22 图表 15：淡水河谷的 PTVI和埃赫曼的 SLN项目概况 . 11 图表 16：淡水河谷 PTVI项目高冰镍产量 . 12 图表 17：埃赫曼 SLN项目镍铁和高冰镍产量 . 12 图表 18：电解镍对镍铁升水 . 12 图表 19：吉恩镍业高铜镍锍制硫酸镍工艺 . 13 图表 20：高冰镍至硫酸镍各段工艺参数成分 . 13 图表 21：红土镍矿主要湿法冶炼工艺比较 . 14 图表 22：红土镍矿高压酸浸生产工艺 . 14 图表 23：中冶瑞木项目镍和钴浸出率主要影响因素 . 15 图表 24：全球红土镍矿湿法主要在运项目概况 . 16 图表 25：高压酸浸工艺主要消耗实物量及成本 . 16 图表 26：硫化镍矿高冰镍与红土镍矿湿法中间品成分 . 17 图表 27：湿法和火法项目经济指标对比 . 18 图表 28：菲律宾红土镍矿实物价格 . 19 图表 29：菲律宾红土镍矿金属量价格 . 19 图表 30：印尼红土镍矿基准价 . 20 图表 31：印尼红土镍矿金属吨基准价 . 20 图表 32：红土镍矿火法和湿法项目情况 . 21 图表 33：青山集团镍中间品项目布局 . 21 中信期货有色专题报告（镍 ） 5/22 一 、 硫化镍矿 产能 受限，红土镍矿成开发重点 硫化镍矿因为资源受限，产量比较稳定，红土镍矿资源占比超过 60%，由于 勘探投入较少，储量仍有较大增长空间。 由于伴生金属的关系，部分硫化镍矿较 难转产硫酸镍 ，红土镍矿的湿法中间品和高冰镍将成为硫酸镍的主要原料。不管 是镍消费的主要领域不锈钢，还是快速增长的新能源车市场，红土镍矿都将是镍 原料的主要来源，是未来开发的重点。 1.1 镍产品种类多 ， 技术 变革影响大 新能源车市场快速发展，引起人们对上游原材料的关注，镍 也 成为市场讨论 的焦点 。 需求端来看， 不锈钢 是 镍 消费 主要领域， 占比约 80%， 新能源 车 领域消 费占比 不足 5%，国内不锈钢消费保持在 5%-10%的增速，新能源车消费增速在 30% 以上， 在 有色板块中，镍消费 增速较高 ，具有一定的成长属性。 供应端来看，镍产品种类也比其他有色金属多， 除纯镍等一级镍之外， 镍产 品还 包括镍铁、湿法中间品 和高冰镍 等二级镍 ， 并且 二级镍在市场中占据主导地 位，未来比重 也将 继续提升 。纯 镍不管是 在 不锈钢领域还是新能源车领域，都 可 能只是次选项 ，不锈钢领域 原料 主要 依赖 镍铁，新能源车领域 未来 可能 主要依赖 于湿法中间品和高冰镍。 镍冶炼工艺 处于变革中， 技术的 进步 主导着 镍价 的长期走势 。 近期的青山高 冰镍事件将镍价从 19000 美元 /吨 打到 16000 美元 /吨 ， 远的来说， 镍铁 RKEF 冶 炼 工艺 的出现 ，导致 镍价从 30000美元 /吨 下行至 10000美元 /吨 ， 目前镍价中技 术的成本占比较高，未来仍有下降空间，技术 变革对镍价 影响 较 大 。 图表 1： 原生镍产业链 资料来源：中信期货研究部 1.2 硫化镍矿 伴生关系强，红土镍矿 成分复杂 中信期货有色专题报告（镍 ） 6/22 镍矿包括红土镍矿和硫化镍矿两种类型， 硫化 镍矿 主要分布在高纬度的俄罗 斯、加拿大 、澳大利亚 等 地区， 通常与铜、金等有色金属伴生，俄罗 斯 的镍矿与 钯金伴生， 加拿大的硫化镍矿 与铜伴生 ， 由于伴生金属价值高， 两家公司的镍 生 产成本 很 低 。 伴生金属 通常 采用电解法来分离 ，所以硫化镍矿冶炼企业较难 通过 高冰镍直接生产 硫酸镍 。镍的伴生关系中， 铜镍伴生 比较 常见，铜冶炼 的 废料 也 常用来生产硫酸镍。 红土镍矿 主要分布在低纬度的印尼、菲律宾 、澳大利亚等 地区， 镍品位较低， 矿物组成比硫化镍矿复杂，元素含量波动大 。 按照化学成分 ，红土镍矿 可以分为 褐铁矿型和硅镁镍矿型两大类，褐铁矿型红土镍矿位于矿床上部，特点是镍、硅、 镁含量较低，铁、钴含量高，宜采用湿法冶炼工艺处理（镁含量低 ，且 可 以 回收 钴 ）。硅镁镍矿也称残积矿，位于矿床的下部，特点是镍、 硅 、镁含量高，铁、 钴含量低，宜采用火法冶炼工艺，而处于中间 过渡 层的矿石 目前以火法为主 。 图表 2：硫化镍 矿 精矿化学成分 Ni Cu Co Fe S MgO SiO2 CaO 成分 2.9%-10.6% 0.25%-3.8% 0.2%-0.4% 22%-48% 16%-33% 0.4%-7% 2%-26% 1%-3% 资料来源： 硫化镍矿中镍提取技术研究进展 中信期货研究部 图表 3：红土镍矿成分以及提取工艺 红土镍矿类型 Ni Co Fe Cr2O3 MgO SiO2 矿石特点 提取工艺 褐铁矿 0.8%-1.5% 0.1%-0.2% 40%-50% 2%-5% 0.5%-5% 10%-30% 高铁低镁 湿法 中间过渡层 1.5%-2.0% 0.02%-0.1% 25%-40% 1%-2% 5%-15% 10%-30% 火法 为主 硅镁镍矿型 2.0%-3.0% 0.02%-0.1% 10%-25% 1%-2% 15%-35% 30%-50% 低铁高镁 火法 资料来源： 红土镍矿选矿工艺与设备的现状及展望 中信期货研究部 1.3 硫化 镍 矿 开采有限 ，红土镍矿 开发加快 根据 2020年 美国地质资源局统计 ， 目前全球镍矿储量 9400万金属吨， 其中 红土镍矿占比 约 60%，硫化镍矿占比 约 40%，由于红土镍矿勘探投入较少， 未探明 储量较多，未来 储量仍有较大增长空间 。 储量来看 ， 印尼和澳大利亚 、巴西 占比 较高 ，而产量中印尼、菲律宾和新喀里多尼亚占比较高 。 由于开发历史悠久， 硫化镍矿 资源受限，新增产能较少， 产量 相对稳定，基 本在 70-80万吨之间波动， 在镍矿产量中占比不到 30%。 本世纪初镍价大幅上升， 硫化镍矿 资源 受限， 红土镍矿 逐步得到 开发，特别是 RKEF 镍铁 工艺的出现 ， NPI 产能快速扩张， 红土镍矿的开采也加速推进 。 从矿端资源来看，硫化镍矿类似于 铜矿、锌矿，需要较大的勘探投入，才会有 新矿产的发现 ， 而 红土镍矿类似铝矿， 相对 容易获取。 目前 印尼镍铁产能继续扩张，红土镍矿生产的湿法中间品和高冰镍 也 将成为 新能源车的主要镍来源 ， 湿法或火法项目规划较多， 红土镍矿 未来 仍是镍资源开 发的重点。 中信期货有色专题报告（镍 ） 7/22 图表 4：全球镍矿储量分布 单位 ： % 图表 5： 全球镍矿产量分布 单位 ： % 资料来源： USGS 中信期货研究部 资料来源： SMM 中信期货研究部 图表 6： 镍矿分类型产量 单位 ： 万金属吨 图表 7： 镍产品分类型产量 单位 ： 万金属吨 资料来源： SMM 中信期货研究部 资料来源： SMM 中信期货研究部 二 、 红土镍矿湿法和 火法 冶炼工艺 介绍 不锈 钢为 镍消费主要领域 ，高冰 镍项目 较少 。 硫酸镍原料中，只有湿法中 间品和高冰镍才能形成规模，但两者成本都比较高，技术 上 有较大改进空间。 不锈钢 在 镍 下游消费中占比 约 80%，火法冶炼生产镍铁即可，无需再转换成高冰 镍，所以火法高冰镍项目较少，湿法项目 由于可以回收钴， 比较 受企业青睐。 高冰镍生产工艺较长，镍回收率低 。 现存项目的镍回收率 约 70%，实验室回 收率也只有 85%，主要损失 发生在硫化和再富集过程。目前火法高冰 镍项目较 少， 时间也 较久 产量相对稳定 ， 对于镍铁 -高冰镍工艺，高冰镍产量会随着盘面 与镍铁价差的扩大而增加 。高冰镍通过 加压酸浸生产 硫酸镍，镍回收率较高， 与湿法 制硫酸镍成本相差不大 。 高压酸浸 目前 是 湿法冶炼的主流路线， 但也面临诸多问题 ： 1、投资大 ，现 存项目投资强度 5-7万美元 /金属吨，考虑到投资透支情况， 拟建项目 的投资强 度约 2万美元 /金属吨； 2、建设周期长，产能爬坡慢 ，中冶瑞木项目建设到满 产 ， 周期约 10年， 目前 湿法项目多位于工业园， 基础设施 相对 齐全， 周期大大 印尼 22% 澳大利亚 21% 巴西 17% 新喀里多尼 亚 9% 俄罗斯 8% 古巴 6% 菲律宾 5% 中国 3% 加拿大 3% 其他 6% 镍矿储量分布 印尼 34% 菲律宾 16% 新喀里 多尼亚 9% 俄罗斯 9%加拿大 8% 澳大利亚 7% 其它 17% 镍矿产量分布 0 50 100 150 200 250 300 2014 2015 2016 2017 2018 2019 红土镍矿 硫化镍矿 0 50 100 150 200 250 300 2014 2015 2016 2017 2018 2019 镍铁 镍板 镍豆 镍粒 氧化镍 其他产品 中信期货有色专题报告（镍 ） 8/22 缩短，但项目建设 到满产 周期 也 需 要 5-6年 ； 3、工艺要求高 ，温度、反应时 间、酸矿比等参数对经济效益影响 大，企业需要不断 调试才能得到最佳运行区 间，工艺操作较难 ； 4、尾矿处理 难 ， 镍矿品味低 ， 尾矿 量较大， 深海填埋 可 复 制性 小 ， 环保 问题 较大 。 2.1 湿法中间品和高冰镍 迎来 快速发展 ，未来 将 成为硫酸镍主要原料 新能源车市场高 速发展，带动硫 酸镍需求快速增长，目前硫酸镍原料主要来 自废料、湿法中间品和镍豆 。 目前镍豆产能受限，远期也并没有产能扩建规划， 未来供应有限，铜冶炼废料也受限于铜消费的低增速，废电池回收估计也要 2022 年以后才会形成规模，并且增量也远远不能满足新能源车市场对镍的需求 。 湿法 工艺 因为可以大规模利用红土镍矿，且可以直接运用到硫酸镍钴的生产， 备受企业青睐， 越来越多的企业开始加入湿法 项 目 的赛道 。 目前 青山已试制出高 冰镍产品， 随着工艺调试的进行， 火法冶炼 高冰镍 的 市场 将 逐步 形成 规模化。 目 前 湿法冶炼和火法高冰镍工艺问题较多，成本 也高，但随着 资本的进入， 技术 将 不断进步 ，成本 有望下降 ， 湿法中间品和高冰镍未来将成为硫酸镍的主要原料 。 图表 8： 全球镍豆镍粒产量 单位 ： 万吨 图表 9： 我国湿法中间品进口量 单位 ： 万吨 资料来源： SMM 中信期货研究部 资料来源： Wind 中信期货研究部 图表 10：中国铜矿表观消费量 单位 ： 万 金属 吨 图表 11： 中国三元电池装 车 量及回收预测 单位 ： Gwh 资料来源： SMM 中信期货研究部 资料来源： GGII 中信期货研究部 2.2 火法高冰镍项目少， 湿法 比较 受青睐 0 5 10 15 20 25 30 35 40 2014 2015 2016 2017 2018 2019 镍粒 镍豆 -40% -30% -20% -10% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 0 1 2 3 4 5 6 7 2015 2016 2017 2018 2019 2020 湿法中间品进口量 增速 -5% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 0 100 200 300 400 500 600 700 800 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 中国产量 进口量 增速 -50% 0% 50% 100% 150% 200% 0 10 20 30 40 50 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021E2022E2023E2024E2025E 三元电池装机量 电池回收量 增速 中信期货有色专题报告（镍 ） 9/22 红土镍矿冶炼包括火法和湿法两种工艺 ， 火法冶炼主要用 于生产镍铁 ， 只有 淡水河谷和埃赫曼 的 两个项目 采用火法冶炼 生产高冰镍 ，湿法冶炼的产品 以高冰 镍和氢氧化镍钴为主 。 高冰镍 火法冶炼 目前主要采取两种 生 产 方式 ，一种 是 淡水 河谷的 PTVI项目 采用的 直接生产 工艺 ，在冶炼时加入 兰炭、 硫磺 、 黄铁矿来进行 还原 硫化 ， 生产低冰镍，之后再进行转吹生成高冰镍；另外一种是 埃赫曼 SLN 项 目采用的 先生产出镍铁，之后再进行硫化 ， 生产低冰镍 的工艺 ，第一种生产成本 较低，但产品单一 ，第二种 工艺 ，企业可以 灵活 调节镍铁和高冰镍之间的 产量。 红土镍矿 湿法冶炼 起始于上世纪 50年代 ， 目前已发展至第三代工艺，是红土 镍矿 过去几十 年 生产电解镍或硫酸镍的主要工艺 。 在镍价 、 钴价 较高时，一些企 业 会尝试布局 湿法项目， 由于可以提取钴，且建设成本一直在降，湿法冶炼一直 是企业 比较青睐的 工艺 路线 。 图表 12： 镍矿至硫酸镍产业链 资料来源：中信期货研究部 2.3 高冰镍 火法工艺 镍回收率低 ，现存项目少 2.3.1 高冰镍火法工艺流程长， 镍回收率低 红土镍矿还原硫化熔炼低冰镍的原理：炉料中的兰炭在炉内被热空气氧化， 产生 CO和 CO2， 红土镍矿中的镍、铁等金属氧化物 被 CO还原为金属镍、铁，又被 炉料中的黄铁矿、石 膏等硫化剂 ， 硫化反应生成硫化镍、硫化铁 和硫化钴的混合 体 ， 也就是 低镍锍。低镍锍 通过 转吹 工艺 生成高镍锍，也就是常说的高冰镍 。 20世纪 七八 年代 投产的 红土镍矿高冰镍 火法项目 ， 镍回收率约 70%， 目前 实 验室 高冰镍火法工艺， 镍回收率约 85%， 而 火法冶炼镍铁 工艺 的 镍回收率约 93%， 由此 可见 ，镍损失主要发生在 镍铁 硫化和再富集 的 过程。 高冰镍进一步生产有较大的灵活性，既可以铸成阳极板生产 阴极纯 镍，也可 以 采用 羰基法 生产纯镍，还可以采用高压浸出工艺生产硫酸镍 。由于新能源车市 场爆发时间较短，硫酸镍需求之前也较弱， 目前 采用火法 高冰镍的两 家 工厂主要 用来生产纯镍。 中信期货有色专题报告（镍 ） 10/22 图表 13： 红土镍矿火法冶炼制高冰镍 简介 资料来源： 红土镍 矿火法 冶炼工艺现状及进展 吉恩镍业转炉吹炼生产高冰镍生产实践 中信期货研究部 红土镍矿 火法冶炼生产 的 高冰镍资料较少， 我们主要通过硫化镍矿高冰镍成 分进行分析。硫化镍矿中镍常与铜伴生，所以高冰镍中铜的含量较高 ，属 于高铜 镍锍；红土镍矿 组成 中 铜含量很低 ，生产的高冰镍属于低铜镍锍。 低冰镍主要通过转吹工艺生产高冰镍 ，该工艺主要应用在硫化镍矿生产电解 镍的过程中，工艺也比较 成熟 。 转吹原理主要是利用炉内金属对硫和氧的结合力 不同，对镍进行富集 。 高冰镍中 Ni 和 Cu 对氧的亲和力不及 Fe 大， Fe 会先被氧 化，生成的氧化物 再 通过石英熔剂造渣除去，转吹 工艺 主要就是 除去低冰镍中的 铁，来富集有价金属。 吉恩 低冰镍 转吹工艺，镍回收率 高达 98.5%。 图表 14： 硫化镍矿低冰镍 和 高冰镍 成分 Ni Co Cu S Fe Mg 低冰镍 26%-28% 0.5%-0.8% 3.5%-5.5% 20%-24% 35%-40% 0.6%-1.5% 高冰镍 60%-65% 0.7%-1.0% 8%-13% 21%-24% 2%-4% 约 0.01% 资料来源： 吉恩镍业转炉吹炼生产高冰镍生产实践 中信期货研究部 2.3.2 高冰镍火法 冶炼项目少 ， 产量稳定 红土镍矿高冰镍工艺应用较少，淡水河谷印尼的 PTVI 项目 1978年商运， 埃 赫曼 新喀的 SLN项目也建设 很 早， 最近几十年 ，尚没 有企业 尝试火法冶炼高冰镍 项目 ， 主要因为镍的下游集中在不锈钢领域，企业生产到镍铁即可满足 需求 ，无 中信期货有色专题报告（镍 ） 11/22 需再进一步转化至高冰镍。近年来， 新能源车 市场快速发展，硫酸镍需求爆发， 原料供应趋紧，青山 不久前试制出高冰镍产品，高冰镍火法工艺也再次成为市场 的焦点。 淡水河谷 PTVI 项目位于印尼苏拉威西， 镍 矿储量 1.04 亿吨， 矿平均 品味 1.7%。 PTVI 项目高冰镍生产成本较低， 现金成本约 7000-8000 美元 /金属吨， 除 了矿 自有， 成本较低外，还因为 PTVI在印尼拥有 三家合计 365MW的水电厂 ，电力 成本 低 ， 参考意义 有限 。 PTVI 生产的高冰镍 80%自用生产氧化镍 ， 20%出售给住友 进 行 加工。 埃赫曼 SLN 项目位于新喀里多尼亚，镍矿储量 1.8 亿 吨， 矿平均 品味 2.0%， 高品位矿主要用来生产镍铁，低品位矿用于外销 。 SLN 项目 主要生产镍铁，高冰 镍产量较低， 由于该项目先生产镍铁，之后硫化生产高冰镍，所以企业可以灵活 调节高冰镍和镍铁产量。 SLN 项目 电力主要为燃油发电，成本 较高 ， 2020年 现金 成本高达 11800美元 /金属吨 。 图表 15：淡水河谷的 PTVI 和埃赫曼的 SLN 项目概况 矿储量（百万 吨） 矿品味 电力 2020 年产量（万金属 吨） 产品 用途 淡水河谷 PTVI 104 1.7% 水电 高冰镍 7.16 80%自用 生产氧化镍 ， 20%出 售给住友 埃赫曼 SLN 180 2.0% 燃油发电 镍铁 4.78，高冰镍0.74 主要生产镍豆，其余为镍 盐 资料来源： 公司 公告 中信期货研究部 PTVI项目直接生产高冰镍，近几年产量有所下降， 整体相对稳定 。 SLN项目 由于先产镍铁，再生产高冰镍，产量会根据两者的价差波动，当高冰镍和镍铁价 差大时（参考 电解镍 与镍铁价 差），企业会增产高冰镍，进而生产镍豆和镍盐， 减产镍铁 。 从往年的产量数据可以看出，高冰镍产量和价差有一定的正相关， 2017、 2018 年电解镍与镍铁价差较小，高冰镍产量也较低， 2019/2020 年价差较高，高冰镍 产量也较高 ，比较符合 正常推断 。我们根据 SLN项目的镍铁和高冰镍产量的变动 与电解镍和镍铁价差的关系， 可以 知晓 电解镍与镍铁价差是企业生产高冰镍的重 要 指标，也可以大致判断下高冰镍项目投产后镍铁和高冰镍产量的变化。 中信期货有色专题报告（镍 ） 12/22 图表 16： 淡水河谷 PTVI 项目高冰镍产量 单位 ： 万 金 属 吨 图表 17： 埃赫曼 SLN 项目 镍铁 和 高冰镍 产量 单位 ：万金属吨 资料来源： 公司公告 中信期货研究部 资料来源： 公司公告 中信期货研究 部 图 表 18： 电解镍对镍铁升水 单 位： 元 /金属吨 资料来源： Wind 中信期货研究部 2.3.3 高冰镍 加压酸浸 制硫酸镍 由于之前硫酸镍需求较弱， 目前采用高冰镍生产硫酸镍的企业较少 ， 而 且企 业 主要 采用 硫化 镍矿的高铜镍锍来生产硫酸镍 ， 企业 既 浸取镍，也 回收铜和钴 等 金属 ， 比较有代表性的是吉恩镍业 使用高铜镍锍 生产硫酸镍的工艺 。 吉恩镍业生产硫酸镍，采用一段常压浸出和两段加压浸出的工艺 ，高冰镍的 基本物相组成是 Ni3S2、 NiS、 NiFeCu、 CuS、 Cu2S，其中硫化物占 90%以上。常压 浸出时 ， Ni全部溶解， Ni3S2部分溶解 ；一段加压浸 出时， Ni3S2、 NiS几乎全部溶 解， Cu2S部分溶解并转化成 CuS；二段加压浸出时， CuS、 Cu2S全部溶解 ，高冰镍 制硫酸镍，镍回收率接近 100%，铜回收率 90%，钴回收率 98%。一次加压浸出液 返回常压浸出，二次加压浸出液用于生产铜产品。 红土镍矿生产的高冰镍 ， 铜含量比较低 ， 所以 只需 采用一次加压浸出工艺 就 可以 生产硫酸镍 ，目前住友利用菲律宾湿法项目冶炼的高冰镍， 来 生产硫酸镍， 将原料中低含量的 Cu 保留在渣中， 对浸出液净化除杂后 ，再 进行镍钴分离，分别 生产硫酸镍和电解钴 。 硫酸镍、硫酸钴均是三元材料的原料， 则 可以直接用 于下 游生产 。 -12% -10% -8% -6% -4% -2% 0% 2% 4% 6% 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2016 2017 2018 2019 2020 高冰镍产量 增速 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 0 1 2 3 4 5 6 7 2016 2017 2018 2019 2020 镍铁 高冰镍 高冰镍占比 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 2017-03 2017-10 2018-05 2018-12 2019-07 2020-02 2020-09 电解镍对镍铁升水 中信期货有色专题报告（镍 ） 13/22 图表 19： 吉恩镍业高铜镍锍制 硫酸镍工艺 资料来源： 工业硫酸镍生产技术进展 中信期货研究部 图表 20： 高冰镍至硫酸镍 各段工艺 参数成分 Ni Cu Fe Co S 第一段常压 浸出 浸出液成分 (g/L) 90-95 0.002 0.002 0.7-0.9 - 浸出渣成分 40-45% 16-20% 4-5% 0.3-0.4% 19-20% 第二段加压 浸 出 浸出液成分 (g/L) 100 5-15 1 - - 浸出渣成分 5-15% 35-55% 8-10% 0.15% 20-22% 第三段加压 浸出 浸出液成分 (g/L) 30 80-90 90% 98% 98% 硫酸镍晶体成分 22.07% 0.0001% 0.0001% 0.18% - 资料来源： 水淬高冰镍硫酸选择性浸出制取电池级高纯硫酸镍工艺 中信期货研究部 2.4 湿法项目投资大， 工艺条件要求高 2.4.1 高压酸浸工艺成 为湿法主流， 工艺参数影响大 红土镍矿湿法工艺应用历史较久 ， 最早的是 1959 年的古 巴 Moa 项目 ， 湿法 冶炼工艺不断发展 ，技术成熟度较高 。 目前湿法工艺主要包括高压酸浸工艺、常 压酸浸工艺和还原焙烧 -氨浸工艺， 其中高压酸浸工艺 已成为 处理低品位红土镍 矿的主流技术路线。 高压酸浸工艺在高温高压的条件下进行，反应比较充分，镍钴的回收率比较 高，但也 正因为 反应条件活跃， 设备管道 容易 腐蚀结垢， 因此该工艺对设备和操 中信期货有色专题报告（镍 ） 14/22 作条件要求比较苛刻，投资成本巨大。随着 高压釜制造技术和设备水平的进步， 高压酸浸投资成本下降明显，优势也 愈发显现 。 图表 21：红土镍矿主要 湿法 冶炼工艺比较 工艺类型 镍回收率 优点 缺点 处理 镍 矿类型 高压酸浸工艺 约 90% 镍钴回 收率高，现金成本低 投资大，设备易 腐 蚀、 结垢，工艺操作 难 镁含量低 ，钴含量 高，针铁矿为主的矿 石 常压酸浸工艺 75%-80% 投资少，能耗低，工 艺简单 ，易于操 作 镍钴回收率较低， 浸出渣量大、能耗高 同上 还原焙烧 -氨浸工艺 75%-80% 除镁容易，腐蚀性小 能耗高，镍钴回收率 较低 镁含量高，镍矿成分 不复杂 资料来源：中信期货研究部 高压酸浸工艺过程中，矿石中的镍钴等氧化物在高温条件下 （ 240-260 ） ， 与硫酸反应形成可溶性的硫酸盐进入溶液，铁等杂质元素形成难溶的赤铁矿留在 渣中 ， 之后，经过闪蒸降温 、洗涤 、中和 分离等 工序， 再进行沉淀处理。 高压酸浸沉淀工艺主要包括三种，一种是硫化沉淀，生成镍和钴的混合硫化 物，也就是高镍锍，是之前 湿法项目的主要沉淀处理方 式，主要因为新能源车市 场尚未形成规模，硫酸镍钴需求少， 企业 采用硫化沉淀形式生成高镍锍后，进一 步生产 精炼镍和精炼 钴，经济性要 好 于生产硫酸镍钴 ；第二种是氢氧化物沉淀， 生产氢氧化镍钴，进而生产硫酸镍钴，主要用于三元前驱体的生产；第三种是碳 酸沉淀，该工艺采用更少。随着新能源车的高速发展，氢氧化物沉淀工艺将成为 未来湿法冶炼的主要 处理工艺 。 图表 22： 红土镍矿高压酸浸生产工艺 资料来源：中信期货研究部 红土镍矿成分复杂，高压酸浸工艺主要处理低镁高铁的褐铁镍矿， 除了镍 和 钴 等主要提取 金属 外 ，还包括铁、镁、铝、铬等杂质 (见图表 3)， 其中镁是主要 中信期货有色专题报告（镍 ） 15/22 的耗酸元素 （铝、锰、铬、锌等 耗 酸 较少 ） ，这也是高压酸浸工艺适合镁含量低 的镍矿的主要原因 ， 铁和硅不消耗硫酸，但容易在 高压釜和管道 内壁上结垢 ，影 响传热和浆液输送 。 镍和钴的浸出率是高压酸浸工艺最 核心的经济指标，生产过程中的温度、压 力等工艺参数对浸出率影响较大，企业在生产实践中，需要 不断探索 、 调试 ， 掌 握各个工艺参数的最佳范围，才能实现 较高的经济效益 ，这也是高压酸浸工艺产 量爬坡较慢的 一方面 原因。 图表 23： 中冶瑞木项目 镍和钴浸出率主要影响因素 影响因素 运行区间 过高 过低 温度 245 255 高温对应的压力也比较高（饱和温度和饱 和压力）， 高温 高压导致 能耗增加 浸出反应 慢 ，物料在高压釜内的停留时间 较长， 容易堵塞，并且酸耗高 压力 4.1 4.8MPa 压力需要高于 水蒸气的 饱和压力一定值 （ 300-500kPa）， 压力过高，浸出率提高 较少，能耗增加较多。 可能会低于饱和压力，出现闪蒸现 象，造成管道震动，且气液双相混合 流会严重腐蚀管道。 反应 时间 45 60min 时间过长，浸出率提升较少， 产量 下降 时间过短， 镍和钴 浸出率下降 酸矿比 根据 矿 成分调整（主要是镁含量） 酸耗增加，并且杂质会被浸出，除杂时石 灰等消耗增加。 镍和钴的浸出率下降 资料 来源： 瑞木红土镍矿高压酸浸的生产实践 中信期货研究部 2.4.2 高压酸浸项目投资大，产能爬坡慢，现金成本低 湿法冶炼不仅可以得到镍，还可以回收钴， 经济价值 高，所以 一直是冶炼企 业主要的探索方向 。 本世纪以来， 由于镍价大幅上涨，湿法 项目 建设基本未停止 过 ，但高压酸浸技术也面临资本开支庞大 ，建设周期长， 产能爬坡慢，环保 （酸 泄露和尾矿处理）等 问题。 高压酸浸工艺资本开支巨大， 近几年投产 项目投资额 在 5-7万美元 /金属吨 ， 投资大 主要因为 湿法项目 位置 较为偏远， 基础设施建设 投资 高，且随着项目推进， 超支现象严重 。项目 建设周 期 也 长， 产能爬坡较慢，瑞木项目爬坡期 长达 4 年， 加上 6年的建设期，从建设到满产，周期高达 10 年。目前国内企业在印尼建设的 项目，由于大多位于工业园区，基础设施配套较好 ，投资成本将下降，建设和产 能爬坡周期也将大大缩短。 中信期货有色专题报告（镍 ） 16/22 图表 24：全球红土镍矿湿法主要在运项目概况 公司 项目地址 产 品 产能（万金属吨 / 年） 投资额 （亿美 元） 投资强度（万 美元 /金属吨） 投产时间 Sherritt 古巴 Moa 硫化镍钴 镍 3.2，钴 0.2 - - 1959 Glencore 澳大利亚 Murrin Murrin 镍豆 、钴豆 镍 4.5，钴 0.3 10.3 2.3 1998 - 澳大利亚 Bulong 镍钴金属 镍 0.9，钴 0.07 - - 1998 - 澳大利亚 Cawse 硫化镍钴 镍 0.9，钴 0.13 - - 2000 住友 菲律宾 Coral Bay 硫化镍钴 镍 1.8，钴 0.15 4.87 2.7 2005 第一量子 澳大利亚 Ravensthorpe 氢氧化镍 钴 镍 5.0，钴 0.14 20 4 2008 淡水河谷 （ Vale） 新喀里多尼亚 Goro 氧化镍 ， 碳酸钴 镍 6.0，钴 0.5 50 8.3 2009 中冶瑞木 巴布亚新几内亚 Ramu 氢氧化镍 钴 镍 3.2， 钴 0.3 20.4 6.4 2012 住友 马达加斯加 Ambatovy 镍豆 、钴豆 镍 6.0，钴 0.5 55 9.2 2012 住友、 Sherritt 菲律宾 Taganito 硫化镍钴 镍