鎳的原子系數28,化學符號ni,是一種有光澤的銀白色金屬,鎳具有突出的物理和化學性能,熔點1453℃,沸點2900℃,密度8.902g/cm3。鎳與濃硝酸反應激烈,與稀硝酸反應較慢,有較好的導熱和導電性,且化學性質穩定,抗腐蝕性和氧化性能良好,在高溫下保持較高的強度。此外,鎳還具有能被磁化,可塑性強特點。
鎳可與許多金屬組成合金,是不銹鋼、鎳基合金和合金結構鋼的主要組成元素。目前世界40~50%的鎳用于生產各種特殊鋼材,20~30%用于有色金屬合金,12~15%用于電鍍。
鎳的用途
鎳是一種歷史悠久、應用廣泛的金屬,早在公元235年,中國就開始使用鎳礦物制造硬幣;在公元前200年,金屬鎳的鋅鎳合金(白銅)就已經開始使用。現在鎳主要用于制造不銹鋼、高鎳合金鋼和合金結構鋼等。
在軍工制造業方面:廣泛用于飛機、雷達、導彈、坦克、艦艇、宇宙飛船、原子反應堆等方面;
在民用工業方面:鎳常制成結構鋼、耐酸鋼、耐熱鋼等材料,應用于各種機械制造業、石油等行業;鎳與鉻、銅、鋁、鈷等元素可組成非鐵基合金,鎳基合金、鎳鉻基合金等,用于制造耐高溫、抗氧化材料,并泛用于制造噴氣渦輪、電阻、電熱元件、高溫備結構件等領域;此外,鎳在陶瓷顏料和防腐鍍層以及化學工業等行業也有廣泛用途。
鎳的礦物類型
鎳元素屬于親鐵元素,在地球中的含量位居第5,僅次于硅、氧、鐵、鎂,在地核中含鎳最高,鎳礦在地殼中的含量為0.018%,在地殼中鐵鎂質巖石含鎳高于硅鋁質巖石,例如橄欖巖含鎳為花崗巖的1000倍,輝長巖含鎳為花崗巖的80倍。
自然界中已知含鎳礦物約50余種,常見的鎳礦物約有10多種,主要礦物有鎳黃鐵礦〔(ni,fe)9s8〕、硅鎂鎳礦〔(ni,mg)sio3·nh2o〕、針鎳礦或黃鎳礦(nis)、紅鎳礦(nias)等。詳細鎳礦物見下表。
1.鎳黃鐵礦
鎳黃鐵礦是一種鎳和鐵的硫化礦物,化學成分為(fe,ni)9s8,當成分中鐵和鎳的比值為1時,含鎳量為34.22%。經常含鈷,可達3%,世界上90%的鎳是從這種礦物中提煉的。鎳黃鐵礦為古銅黃色,條痕綠黑色,具有金屬光澤;摩氏硬度3;密度4.5~5g/cm3。
2.硅鎂鎳礦
硅鎂鎳礦呈綠色(或淺綠色、白色),單斜晶系,成致密集合體和鐘乳狀體?;瘜W式〔(ni,mg)sio3·nh2o〕;密度2.27~2.87g/cm3;有時成細粉狀,半玻璃光澤,用于提煉鎳和制造鎳鋼、鎳黃銅、鎳青銅等。
3.針鎳礦
針鎳礦是硫化鎳礦物,成分nis,含nii5%,三方晶系,晶體呈針狀,集合體為纖維放射狀、毛發狀,偶爾呈粒狀。顏色為淺黃銅色,表面常因氧化而呈現錆色,條痕綠黑色,金屬光澤,摩氏硬度3~4,密度4.5~5g/cm3。
4.紅鎳礦
紅鎳礦又稱“紅砷鎳礦”,成分nias,含ni43.92%,as56.08%,六方晶系,通常呈致密塊狀集合體,粒狀集合體,具有梳狀、放射狀結構的腎狀體,有時呈網狀和樹枝狀。顏色為淺銅紅色,條痕褐黑;金屬光澤,摩氏硬度5;密度7.6~7.8g/cm3。
全球鎳礦資源儲量
全球鎳資源儲量豐富。2014年美國地址調查局發布數據顯示,全球鎳資源儲量約7400萬噸,其中紅土鎳礦約60%,硫化鎳礦約40%。各國鎳礦資源儲量主要是澳大利亞1900萬噸,巴西1200萬噸,,俄羅斯760萬噸,中國290萬噸,加拿大270萬噸。詳細見下表:
鎳礦礦床類型
自然界中已知的鎳礦床有巖漿型、風化殼型(紅土型)、海相沉積型和熱液型4種類型,其中巖漿型和風化殼型(紅土礦)是目前鎳礦床最主要的利用類型。在中南部非洲已發現的鎳礦床中,絕大部分屬于巖漿型,少數為風化殼型,海相沉積型和熱液型尚未被發現。
1.巖漿型
大陸邊緣裂解型ni cu(pge)礦床
該類型礦床主要分布在中南部非洲古大陸邊緣,在大陸裂解時,幔源基性巖漿上侵,fe、ni、cu、pt等含礦硫化物巖漿發生熔離作用,當巖漿中硫達到飽和時,fe、ni、cu、pt等元素與 s結合,形成硫化物熔體,并不斷濃集,在構造有利地段的不同空間富集成礦。該類型礦床常成群分布于古大陸邊緣,形成一個或多個礦集區,資源潛力巨大,是ni cu(pge)礦床的重要成礦類型。
造山型ni cu礦床
該類型礦床主要分布于中南部非洲東部地區,該類型礦床主要是在造山帶后碰撞拉張的構造環境下,巖石圈伸展減薄,軟流圈地幔物質發生減壓部分熔融,當產生的大規模幔源巖漿沿深斷裂上侵到一定深度后,由于物理化學條件的變化,原始巖漿中的硫達到飽和而使硫化物在深部發生預富集,隨后一次或多次上侵貫入到已固結巖體的構造薄弱帶,形成nicu硫化物礦床。
與地幔柱活動有關的ni cu(pge)礦床
地幔柱活動是大陸垂向增生的重要方式之一,其還可能導致巖石圈大規模的隆升、伸展,甚至大陸裂解,形成大量鎂鐵—超鎂鐵巖侵入體、巖墻和大面積連續的溢流玄武巖噴發,構成巨大的火成巖。
2.風化殼型鎳礦床
風化殼型鎳礦床又稱紅土型鎳礦,是由超鎂鐵巖(純橄欖巖、橄欖巖、蛇紋巖)在熱帶或亞熱帶氣候條件下,經化學風化作用,使鎳從含鎳的硅酸鹽礦物(橄欖石、頑火輝石等)中淋濾出來,隨地表水往下滲透到風化殼的下部,形成富含鎳的次生礦物,使原來呈分散狀態的鎳得到富集,在地下水面以上及其附近形成一定規模的風化殼,從而形成可供工業利用的富鎳風化殼,一般形成上部的紅土氧化鎳礦層和下部的硅酸鎳礦層。該類型礦床是特殊地質和特定地表環境共同耦合作用的產物,與巖石巖性、構造環境、氣候特征、地形地貌及地下水條件等內外生因素密切相關。
全球鎳礦儲量
全球鎳資源較豐富, 區域分布集中:鎳在地殼中含量為0.018%,資源較為豐富,根據usgs(美國地質調查局)數據,2019年全球鎳的儲量為8900萬噸,按目前消費量,可開采年限約為37年。
從包含范圍更大資源口徑看,陸地上鎳含量不小于1%鎳資源量超過1.3億噸。此外,在海底的鐵錳結核中也存在大量的鎳資源,目前由于開采難度高,處于未開發狀態。
此外,隨著硫化鎳礦的開發和貧化,紅土鎳礦成為全球鎳資源主體,分別約占全球鎳資源和鎳礦產量的60%和70%。
整體分布范圍及礦床特點
世界上紅土鎳礦分布在赤道線南北30度以內的熱帶國家,集中分布在環太平洋的熱帶―亞熱帶地區,主要有:美洲的古巴、巴西;東南亞的印度尼西亞、菲律賓;大洋洲的澳大利亞、新喀里多尼亞、巴布亞新幾內亞等。目前,全球已探明的紅土鎳礦資源總量為126億噸,鎳平均品位1.28%。新喀里多尼亞、菲律賓、印度尼西亞和澳大利亞4個國家擁有的紅土鎳礦資源排名在全球前四位,其中印尼是品質最優的紅土鎳礦資源地,其與菲律賓全球鎳礦金屬產量此消彼長,兩者鎳礦山產量占全球30%左右。
世界大中型鎳礦分布圖如下:
世界上鎳礦資源分布中,紅土鎳礦約占55%,硫化物型鎳礦占28%,海底鐵錳結核中的鎳占17%。海底鐵錳結核由于開采技術及對海洋污染等因素,目前尚未實際開發。2015年全球探明鎳基礎儲量約8100萬噸,資源總量14800萬噸,基礎儲量的約60%為紅土鎳礦,約40%為硫化鎳礦。
1. 硫化鎳礦床
中國甘肅省金川鎳礦帶、吉林省磐石鎳礦帶;加拿大安大略省薩德伯里(sudbury)鎳礦帶;加拿大曼尼托巴省林萊克的湯普森(lynn lake-thompson)鎳礦帶;蘇聯科拉(kojia)半島鎳礦帶;俄羅斯西伯利亞諾里爾斯克(hophhjibck)鎳礦帶;澳大利亞坎巴爾達(kambalda)鎳礦帶;博茨瓦納塞萊比-皮奎(selebi phikwe)鎳礦帶;芬蘭科塔拉蒂(kotalahti)鎳礦帶。
2. 紅土鎳礦床
南太平洋新喀里多尼亞(new caledonia)鎳礦區;印度尼西亞的摩鹿加(moluccas)和蘇拉威西(sulawesi)地區鎳礦帶;菲律賓巴拉望(palawan)地區鎳礦帶;澳大利亞的昆士蘭(queensland)地區鎳礦帶;巴西的米納斯吉拉斯(minas gerais)和戈亞斯(goias)地區鎳礦帶;古巴的奧連特(oriente)地區鎳礦帶;多米尼加的班南(banan)地區鎳礦帶;希臘的拉耶馬(lary mma)地區鎳礦帶;以及蘇聯和阿爾巴尼亞等國的一些鎳礦帶。
主要鎳礦資源國
全球鎳礦儲量區域分布較為集中,前三大國家印度尼西亞、澳大利亞、巴西占比均超10%,合計約占全球鎳儲量的60%,中國鎳礦儲量較少,僅占全球儲量的3%。全球鎳礦生產區域集中度也較高,印度尼西亞、菲律賓和俄羅斯三者約占全球鎳礦產量的56%。
紅土型鎳礦:主要分布在赤道附近的古巴、新喀里多尼亞、印尼、菲律賓、緬甸、越南、巴西。
硫化物型鎳礦:主要分布在加拿大、俄羅斯、澳大利亞、中國和南非等國。
2017年世界各國鎳礦產量及儲量