中国粉体网讯 谁是未来新能源车电池最有前途的金属？这要从特斯拉CEO马斯克的表述中寻找答案。
2021年2月，马斯克又一次在推特上表示，该公司扩大锂离子电池生产的最大问题是“缺镍”。同时宣布特斯拉将把一些电动汽车的三元锂电池换成磷酸铁锂电池。
每日经济新闻也称未来新能源行业”得镍者得天下“。
在新能源汽车发展的浪潮中，由于电池技术水平的提升和汽车规模快速增长双重因素，镍的需求不断扩大。
1、何为镍
镍在地球中的含量约为3%，仅次于铁、氧、硅、镁而居第五位，是地球上储量丰富的一种有色金属，世界陆地镍储量约为4.7亿t。镍作为具有战略意义的金属资源，因其化学性质稳定、机械强度较高和延展性良好，被大量用于化工、冶金、石油、电池、电镀、机械制造、建筑、仪器仪表、航天等领域，在我国的经济建设中发挥了重要的作用。
在“碳中和”和“碳达峰”的背景下，目前新能源汽车可谓是风生水起，作为新能源汽车的核心部分-电池，三元锂电池占据着绝对的优势。
三元锂电池是指以镍钴锰（NCM）酸锂或镍钴铝（NCA）酸锂为正极材料，以石墨为负极材料，以六氟磷酸锂为主的锂盐作为电解质的锂电池。
镍作为三元锂电池正极材料中的一元，主要作用是用来嵌埋锂离子，提高镍的比例能够提升电池的能量密度。
所谓高镍电池，既是电池电极材料中镍的比例大幅提高，随着镍的比例提高有效了降低了金属钴的使用量，从而降低电池成本；同时高镍电池也提高了电池整体能量密集度，在续航上也得到大幅提升，高镍电池将是未来的主流方向。
相关机构预测，全球电动汽车对镍需求量或将从2020年的约10.7万吨镍金属量大幅提升至2025年的60万吨，需求端2020至2025年均复合增速高达41%，预计电池领域需求占比将从5%提升到17%。专家预测，镍最早将在2023年出现严重供应短缺。
2、镍资源
世界镍资源储量十分丰富，在地壳中的含量不少，但分布极不均衡，多数镍矿集中在印度尼西亚、澳大利亚、新喀里多尼亚、菲律宾、加拿大、俄罗斯、古巴、巴西等国家和地区。据美国地质调查局，储量前8位的国家占据了世界已探明镍资源的85%以上，其中印尼的镍资源储量约2100万吨，为全球第一，占世界储量的24%；澳大利亚次之占23%。世界镍产量也主要集中在这些国家，其中澳大利亚、加拿大、俄罗斯为传统产镍大国，年产量较为稳定，而印尼的镍产量则在近年来快速攀升。
镍矿主要分为硫化镍矿和红土镍矿：其中硫化镍矿主要分布在中高纬度地区，如俄罗斯、加拿大、南非、坦桑尼亚等国家；红土镍矿主要分布在低纬度地区，如 印尼、菲律宾、古巴、新喀里多尼亚等国家和地区。红土镍矿成分复杂，冶炼难度较高；而硫化镍矿成分较为简单，冶炼难度小，因此早年镍矿开发以硫化镍矿为主。
▲世界镍矿资源分布
近年来传统硫化镍矿大国如俄罗斯、加拿大等国均面临高品位镍矿资源贫化的问题，同时随着湿法技术的逐渐成熟，冶炼成本不断降低，红土镍矿产量占比日益提升，2019年超过60%，近五年来新开工镍矿项目也绝大多数为红土镍矿。储量方面，红土镍矿占世界镍资源的60%，具有可观的开发潜力。
3、镍工艺（红土镍矿）
按所含矿物的类型来划分，红土镍矿可分为两大类：褐铁矿型和硅镁镍矿型，适用于不同的提取工艺。
▲红土镍矿成分及其冶炼工艺
3.1 湿法冶金
红土镍矿中铜、钴含量较高时，为了能有效地提取其他有价金属并同时降低能耗，使用湿法工艺来进行处理是比较合理的。不同矿石中由于会存在MgO含量的差异，所以采用湿法工艺进行处理时，其中的浸出工序应区别对待：当矿石中的MgO含量较低时，浸出工序可采用硫酸浸出的方式；当矿石中的MgO含量较高时，此时浸出工序若采用酸浸方式，矿石中的碱性脉石需消耗大量的酸，这将导致生产成本较高、不经济的问题出现，此时应采用加氨浸出工艺。
3.1.1 还原焙烧—氨浸工艺
还原焙烧—氨浸工艺（RRAL）由卡农教授首创，故又称之为卡农流程。氨浸工艺是利用镍、钴能与氨络合而溶于溶液中的性质，而其他杂质则滞留在渣中，从而将镍、钴选择性浸出。
▲还原焙烧－氨浸法工艺流程图
采用还原焙烧—氨浸处理工艺可制备得到含镍质量分数达90%的镍块，但整个处理过程镍的总损失达到20%～25% 。与火法处理工艺不能回收钴不同，还原焙烧—氨浸处理工艺可回收一部分的钴，但处理时的总损失高达50%～60%，镍和钴的回收率较低，能耗较高。由于铜的分离效果不佳，氧化除铁时还会出现较大的钴损失，因此不宜采用此流程处理铜、铁含量较高的红土镍矿。
3.1.2 硫酸加压酸浸工艺
硫酸加压酸浸工艺（HPAL）于20世纪50年代得到工业应用，最早使用该法处理红土镍矿的是古巴Moa镍冶炼厂。该工艺以硫酸为浸出剂使红土镍矿中的镍和钴选择性溶解进入溶液中，一般包括制备矿浆、硫酸浸出和镍、钴综合回收三道工序。
▲硫酸加压酸浸工艺流程图
虽然该工艺已有60多年的历史，但技术仍存在一些问题：1) 为了保证经济价值，对矿石中镍、钴品位有一定的要求；2) 适合处理以针铁矿为主的矿石，泥质较多的矿石则不太适合；3) 铝、镁含量过高会使得酸耗量太大，从而影响其技术经济指标；4) 加压酸浸过程中，铝、铁和硅的沉降会引起结垢现象，需要定时除垢，生产效率因此大大下降。
3.2 火法冶金
目前镍红土矿的火法处理工艺主要有还原熔炼生产镍铁和还原硫化熔炼生产镍锍两种。
3.2.1 镍铁工艺
电炉还原熔炼（RKEF法）是火法处理红土镍矿的典型工艺，也是目前采用红土镍矿生产镍铁的主要工艺，可处理高硅高镁型红土镍矿和褐铁矿型红土镍矿。
▲镍铁工艺流程图
工艺优点是熔池可达到较高的温度且温度易于控制，矿物适应性强；镍回收率高；生产容易控制，易于实现机械化和自动化；产品镍铁可用作不锈钢生产原料。
缺点是无法回收镍矿中的钴；耗电量大，要求当地具备充沛的电力和燃料供应；产渣量大，渣未直接利用。
3.2.2 镍锍工艺
镍锍是人工熔合的简单硫化物，除镍硫化物外，还有铁的硫化物。可供电炉熔炼过程中使用的众多硫化剂中以硫磺应用较为方便，无不良影响，但存在着硫的有效利用率较低、价格不便宜等缺点。生产过程中，通过控制还原剂焦粉和硫化剂的加入量可调整镍锍的成分。
▲镍锍工艺流程图
镍锍工艺易于操作、产品灵活性大、可生产各种形式的镍产品。但镍回收率较低，仅为70％，煤、电的消耗较高，环境污染严重。
4、中企布局抢夺镍矿资源
中国镍储量仅占全球的3%。但是，作为全球电池生产第一大国，中国动力电池的产量占据全球70%，镍作为动力电池的原材料，中国对其需求量相当大。
在红土镍矿领域，印尼无论是储量与产量都是全球第一。长期以来，中国镍矿的进口高度依赖印尼。但是，根据印尼政府在2019年8月30日颁布的政策，2020年印尼将全面禁止镍矿出口。这对于我国电池制造商来说无疑是晴天霹雳，不仅生产成本提高、利润被压缩，就连原材料的供给都无法保证。
好在，为了解决镍矿被卡脖子的危机，中国企业提前布局抢夺镍矿资源。
从2018年开始，青山钢铁的镍产量就已经成为了全球第一。去年在全球经济受到疫情严重挫伤的情况下，青山钢铁在印尼生产的镍铁产能达到了30万吨，占到了印尼全国镍铁产能的一半以上。
印尼官方只是说不允许出口镍矿石，但并没有禁止出口在当地加工好的镍铁和含镍不锈钢。
其实中国早就明白镍金属作为中国本土的稀缺性资源，如果一直以来从外进口的话，一旦对方开启禁令，中国的镍相关制造业就会陷入深渊，所以早在2009年的时候，以青山钢铁为首，就已经在印尼悄悄买下了4.7万顷的红土镍矿。此外，青山钢铁同时在苏拉威西岛投资了30亿美元来建设镍铁工业园。
其先后建设了印尼的Morowali（IMIP）和Weda Bay（IWIP）两大工业园区，在这两个青山工业园区内，主要从事的就是中国资本在印尼的镍铁冶炼项目，在园区内电力、冶炼、码头一应俱全，直接对接了中国物流和海关，一整套体系下来，直接破解了印尼官方禁止其当地企业向中国出口铁矿石的围追堵截。
▲青山钢铁印尼镍铁工程项目指挥部
自青山钢铁开了这个头之后，格林美、华友钴业、洛阳钼业等等企业都开始大举进入印尼和其他镍储备量丰富的国家进行投资。随着目前龙头企业加快布局高镍三元电池，对于镍资源的争夺也在持续白热化地进行着。
5、写在最后
电池端，头部电池厂技术逐渐成熟，国内宁德、蜂巢等高镍电池陆续量产，2021年1-5月累计高镍装机占三元装机比例从20年的25%提升至27%，其中5月达到32%；海外松下绑定特斯拉、LG、SK9系高镍电池即将落地，据机构预计22年大规模上量。
正极端，以容百为代表的高镍正极厂商扩产激进，国内巴莫、贝特瑞等均加大高镍产能布局，海外浦项、ECOPROBM等均与下游客户签订高镍正极供货合同，电池厂指引超预期。据机构预计2021年高镍装机110gwh、对应全球高镍正极需求17万吨，25年高镍电池装机量达832gwh，占比近70%，对应高镍正极需求约124万吨，五年CAGR65%+。
资料来源：
矿业汇、华鑫证券、界面新闻、我的不锈钢网、帅真财经、未来智库
刘云峰等.红土镍矿资源现状及其冶炼工艺的研究进展
杨涛等.红土镍矿处理工艺现状及研究进展
（中国粉体网编辑整理/长安）
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