上天入地大显神通——为妖“镍”正名

　　上天入地大显神通——为妖“镍”正名

　　很多神话传说中的妖孽能上天入地，变幻莫测。有这样一种元素，它是构成地核的主要元素之一，它也能化作多种材料安装在宇宙飞船、飞机、导弹上，就连从太空降落的陨石中也有它的身影。此外，生活中从各种硬币、电池，再到陶瓷材料、遥控器，它都占有一席之地。它就是镍，第28号化学元素，一种银白色的金属。它能上天入地，大显神通。

　　镍确实有点“妖”

　　镍呈银白色，化学符号是Ni，具有良好的硬度和延展性，其在合金、电池、电镀等领域的应用使之成为现代机械、电子工业中不可缺少的战略性矿产资源。而在17世纪，镍却因其毒性成为人人谈之色变的“妖精”。当时的德国萨克森铜矿工人经常发现一种暗红色的矿石，表面覆盖一层绿色的涂层。一开始他们认为这种暗红色的矿石无法从中提取任何铜，困扰的矿工将其命名为“kopparnickel”（铜的妖精），其中Nickel与英语中魔鬼（OldNick）一词相近。直到1751年，瑞典矿物学家和化学家阿克塞尔·弗雷德里克·克龙斯泰特最早分离出镍，才将它界定为一种新的化学元素。

　　镍的“妖”性还在于其“大本营”位于几千千米的地核中。地核是地球最内部的圈层，从2900千米之下一直到6371千米的地心，其主要组成元素一个是铁，另一个就是镍。除了地核外，一些陨铁中也含有很多的镍。从这点看，既能上天，也能入地，确实有点“妖”。

　　为“妖镍”正名

　　虽然镍元素有点“妖”，但是它用途广泛，并且有悠久的历史，被称为“妖镍”的确不公允。

　　我国早在汉朝以前就掌握了冶炼镍铜合金的技术。公元4世纪，东晋常球所撰《华阳国志》中记载我国云南会泽、巧家和东川一带出产一种含镍的铜合金（镍白铜），临近的四川会理地区也出产镍矿。由于镍白铜优异的抗腐蚀性，明清时期已属珍品，16世纪传入欧洲，称作“中国银”或“中国白铜”，对西方近代化学工艺产生了巨大影响。19世纪，英国和德国成功仿造中国白铜，开始大规模生产，这种仿造的“德国银”逐渐占据国际市场，但中国白铜仍受到全国各地的喜爱。

　　如今，镍在工业生产、高精尖科技领域以及日常生活中都有广泛应用。由于镍元素具有耐腐蚀性，镍合金在雷达、导弹、坦克、飞机和宇宙飞船制造领域有着广泛应用。在日常生活中，镍也是无处不在，我们使用的金属硬币因为有镍而能耐久，我们使用的不锈钢菜刀其“不生锈”的秘诀就是因为含镍。此外我们使用的电池、遥控器中也有镍。就连我们人类身体内也有镍，如果缺乏镍会导致生长缓慢，生殖能力减弱。

　　镍在地壳中的赋存及资源量

　　虽然地核是镍的“大本营”，但在地壳中仍有多种含镍矿物，可供人类开采和利用。自然界已知的含镍矿物达140种，其中硫化物、硒化物、碲化物、砷化物、锑化物、铋化物等矿物共有56种，主要随岩浆喷发而产出；含氧盐类矿物49种，主要产出于风化形成的红土型镍矿床中；其余为自然元素、金属互化物、氧化物及氢氧化物、卤化物、硫盐类矿物和有机矿物。我国开采的主要镍矿物有镍黄铁矿、紫硫镍矿、红砷镍矿、砷镍矿、辉砷镍矿等。

　　全球镍资源丰富且分布集中，2022年陆地镍资源量约3亿吨。太平洋、大西洋及印度洋等洋底铁锰结壳中还有超过2~3万亿吨的镍资源，是未来资源供给的重要潜在来源。全球陆地成因镍矿类型主要有风化壳型（约占总储量的55%)、岩浆型（28%)、海相沉积型（17%)、热液型（极少）等四类。风化壳型大多数位于赤道附近，主要分布在古巴、新喀粤多尼亚、印度尼西亚等地，岩浆型分布在加拿大、俄罗斯、澳大利亚等地。海洋中的含镍多金属结核资源主要分布在东太平洋CC区、中印度洋海盆和秘鲁海盆。21世纪以来全球镍矿产量主要来自风化壳型镍矿（60%)，其次是岩浆型镍矿（40%)，而我国镍矿的主产类型是岩浆型（90%以上）。

　　镍的加工和消费需求

　　从镍矿石到可供人类使用的金属镍还要经过“千锤百炼”。对于岩浆型镍矿石主要采用火法和湿法结合的方式进行处理，这种工艺是我国目前主要的电解镍生产方式。其中火法处理分为电炉熔炼、鼓风炉熔炼和闪速熔炼，湿法处理分为氨浸和酸浸。对于红土型氧化镍矿石主要采用高炉或热电炉生产工艺，主要用于处理从东南亚国家进口的氧化镍矿石。随着硫化镍矿山产能饱和，利用氧化镍成为中国未来镍金属产业发展的新趋势。

　　近年来，镍的需求总体保持增长，2022年全球镍的消费量为276万吨，其中中国是全球最大的镍消费国，约占全球镍消费量的56%，另外韩国、日本等不锈钢生产大国，在全球镍消费的比重也较大。从下游领域看，不锈钢是镍的最大下游，在全球及中国镍的消费占比分别达到68%和80%；铸造业是全球第二大镍的下游产业，消费占比为18%。电池业也有望成为镍消费的新增长点，包括镍氢、镍镉电池、动力锂离子电池在内，电池在中国及全球镍的消费占比分别为8%和7%。

　　中国镍矿的勘探

　　我国镍矿资源的勘探和开发在几代地质科研工作者努力下不断取得进展。1958年，四川会理力马河镍矿建成，这是我国自主建设和正规化开采的第一座镍矿山。同年，时任甘肃省地质局祁连山地质队（现甘肃省第六地质勘察院）一分队分队长、技术负责人汤中立对永昌县白家嘴子一带孔雀石矿化露头进行了追索和初步圈定，确认了铜镍矿化。1974年详勘结果表明该矿床镍资源量552.6万吨，成为中国第一、世界第三大镍矿床，金川这座城市也因此而生，被称为中国的“镍都”。1966年以来金川镍矿累计产镍超过137万吨，使中国脱掉了贫镍的帽子，打破了世界镍矿的分布格局。汤中立院士创造性地提出“小岩体成大矿”的理论，为日后找矿提供了坚实的理论基础。20世纪90年代，随着新疆富蕴县喀拉通克、云南金平县白马寨、吉林磐石市红旗岭和通化县赤柏松等铜镍矿相继投产，我国逐步形成了比较完整的镍工业体系。2012年，随着找矿突破战略行动的实施，青海格尔木市夏日哈木地区发现百万吨级的超大型镍矿，为中国镍矿勘查开创了新篇章，2022年底已正式投产。

　　新时代，矿产勘察由高速增长阶段转向高质量发展阶段，矿山的开发利用与环境保护正朝着“共赢”的方向不断前进。为满足现在和未来国内工业生产对镍资源的需求，目前自然资源部正在积极筹划新一轮找矿突破战略行动，加强镍矿调查勘查工作，鼓励开展低品位镍矿选冶技术攻关等工作。与此同时，我们还要高度重视矿产资源绿色开发和资源可持续发展，一方面积极向国外萨德伯里等资源型城市学习环境治理经验；另一方面重视发展镍金属回收技术。相信在不远的未来，镍这种“似妖非妖”的金属能为人类带来更多的发展机遇和更多的幸福感。

　　摘自《地球》2023年6期