建材&新材料行业动态报告：活性氧化镁前景展望—湿法冶金沉淀详解240523

证券研究报告 活性氧化镁前景展望—湿法冶金沉淀详解 -建材&新材料行业动态报告 西部证券研发中心 2024年05月23日 分析师|李华丰S0800521070003邮箱地址lihuafeng@research.xbmail.com.cn 特殊的产业Beta：优质矿产放量的扩张周期。 图a.全球及刚果金钴产量（公吨） 主要由于洛阳钼业世界级铜钴矿贡献较大钴增量。洛阳钼业的KFM矿，钴资源量品位达0.99%，铜钴比接近2:1，产出钴的潜能极强，目前达产产能9万吨铜、3万吨钴。同样位于刚果（金）的TFM矿钴品位为0.25%，但矿石产量规模远大于KFM矿，年产45万吨铜。2024洛阳钼业在非洲的TFM与KFM矿均满负荷达产，钴产量有望在去年 5.56万吨的基础上突破6万吨。 250000 200000 150000 100000 全球:产量:钴矿刚果(金):产量:钴矿 而全球铜钴矿整体的扩张偏慢，刚果（金）远期扩产的铜矿项目有紫金的K矿、这座矿山并非铜钴矿；刚果（金）的钴产量增量将主要由洛阳钼业贡献。 50000 0 2008 2010 2012 2014 2016 2018 2020 2022 23年全年产量达到23.5万吨；基于洛阳钼业的TFM及KFM矿均满负荷达产，洛阳钼业计划增加钴产量接近5000吨，我们预计24年全球钴产量或增5000吨，达24万吨；活性氧化镁沉淀剂需求相应将增加至24万吨。 图b.洛阳钼业钴产量（公吨） 一、需求——钴沉淀剂：钴产量24年弹性较大，中资矿企放量 Co 中远期：洛阳钼业远期规划有TFM三期、KFM二期，将在中远期为钴产量带来成长性。2029年钴产能目标达9-10万吨。 钴优质矿产放量带来的特殊的产能周期使得钴沉淀剂的放量兑现有了适宜的产业环境。 100000 90000 80000 70000 60000 50000 40000 30000 20000 10000 0 2018201920202021202220232024E2029E Co 一、需求——钴沉淀剂：逻辑清晰，静待放量 氧化镁与钴单耗接近1:1。 粒径大小是衡量氧化镁活性的重要代理指标，在沉钴反应中体现为粒径越小，钴沉淀率越高。此外粒径均匀度、反应时间等因素也影响沉钴率。 为确保钴沉淀回收率，常规工艺应用活性氧化镁、氧化钙二阶段沉钴法，部分项目采取高活性氧化镁直接一段沉钴。氧化镁活性是确保钴回收率的关键因子。 从分子式角度出发，沉淀反应本质是氢氧化镁置换氢氧化钴，一吨金属钴对应一吨镁。若采用二段沉钴，则吨钴氧化镁消耗在0.8左右。 实验室中氧化镁/钴比例为1.03时沉淀效果为宜。 图c.实验室活性氧化镁沉淀反应 图a.钴沉淀率与氧化镁粒径关系 图d.沉钴反应原理及样本项目参数 图b.铜钴矿沉淀工艺 活性氧化镁 一、需求——钴沉淀剂：逻辑清晰，静待放量 Co 沉淀剂效果评价： 反面效果： 活性度 1、钴回收率低； 2、镁残留高； 3、反应效率低； 4、产出稳定性差。 纯度 1、铁、硅残留； 2、硅杂质吸附钴； 3、额外除铁措施。 二、需求——镍沉淀剂：庞大体量带来远景空间 镍的湿法冶金是技术迭代推动供给升级的行业典范。硫化矿为过 图a.红土镍矿类型及对应处理工艺 Ni 去镍的主矿藏，随着湿法冶金以及火法工艺进步，低品位的红土 镍矿也具备了开发价值。 我们的讨论集中在湿法冶炼环节，主流工艺是高压酸浸（HPAL）。即右图红色环节。 由于镍主要应用领域在不锈钢和新能源产业链，镍铁或硫酸镍是镍产成品的主要形式，金属镍主要应用于合金领域，占比较小。而湿法冶金的主要产成品是中间品：氢氧化镍钴（MHP）/硫化镍钴（MSP），主要用于进一步加工成镍、钴硫酸盐，应用到新能源产业中。 火法 高冰镍 湿法 镍粉 电解镍 硫化镍矿 硫酸镍 而沉淀产出MHP/MSP为中间品，决定了其沉淀剂性能要求不如钴沉淀剂苛刻。第一体现在杂质的容忍度适当放宽，例如钠离子的带入可在后续硫酸镍的制备中处理；第二体现在活性度范围适当 合金 放宽，MHP单价不及钴，回收率范围相较钴适当降低。 图b.镍产业链示意 MHP/MSP 高冰镍 红土镍矿 火法 湿法 电池 不锈钢 镍铁 火法 二、需求——镍沉淀剂：氧化镁非主流，技术路线存迭代可能 图a.红土镍矿湿法冶炼工艺 沉淀剂应用在红土镍矿高压酸浸工艺（HPAL）的二段氢氧化镍钴沉淀环节。 Ni 沉淀剂 硫化物：产出品为MSP硫化镍钴，新工艺中基本淘汰 氧化镁：直接用氧化镁沉淀效果良好。Me为镍钴混合物。 直接氢氧化钠：强碱效应作用下，产品MHP含水率高，含镍低。 图b.湿法冶炼沉镍沉淀剂种类 氢氧化钠转晶种转碱AACP：改良版氢氧化钠工艺，降低含水率、提升含镍率。本质为先制备氢氧化镁再沉淀镍钴。 氧化钙转晶种转碱AACP：更新一代沉淀剂，氧化钙成本低。 碱性强度，从而改变沉淀物晶体生长机制，降低MHP含水率，同时提高镍含量。碱基活化控制技术： 1、转碱技术：氢氧化钠为强碱，沉淀镍钴时晶种快速形成但难以生长，颗粒 较小导致产品含水率较高。转碱工艺本质上是利用氢氧根的加入与沉淀后液中的镁形成氢氧化镁，而氢氧化镁属于弱碱，降低了氢氧根的释放速度，为沉淀颗粒生长创造条件。 2、活化生长技术：沉淀过程中，需要提供一定量的模板供新生成的产物在其上生长，即沉淀后液（浓密机分层后的溢流）回流；同时采用加碱后的晶种与含硫酸镍浸出液对加的方式，抑制新沉淀核心的形成，促进晶种生长。解决含水率问题。 3、联合控制技术：在生产过程中定向定量控制。 图c.样本项目采用AACP效果 图b.转晶种转碱工艺示意 二、需求侧——镍沉淀剂：氧化镁非主流，技术路线存迭代可能 改良后的氢氧化钠沉淀剂效果媲美氧化镁。通过在线制备氢氧化镁降低中和剂 图a.应用转晶种转碱工艺的MHP产品对比示意 Ni 二、需求——镍沉淀剂：工艺现状及前景 氢氧化钠（片碱、液碱）为主流沉淀剂。 图a.应用各类沉淀剂的湿法项目产能占比（万吨） Ni 经改良的氢氧化钠转晶种转碱工艺在沉镍率及含水率性能方面不输氧化镁，同时沉淀剂材料易得，供应稳定，逐渐成为湿法冶炼提镍钴的主流工艺。我们估计，目前应用氢氧化钠工艺的项目产能为26.3万吨，占比达42%，应用氧化镁的项目产能约12万吨。 力勤OBI项目与中国恩菲有深度合作，一至三期采用了氧化钙转晶种转碱工艺。目前印尼即将投产项目大都采用了氢氧化钠改良工艺。预计到2026年，氢氧化钠工艺占比将达到52%。 5.5,9% 硫化物 11.9,19% 18.5,30% 氢氧化钠转晶转碱AACP 氧化钙AACP 氧化镁 26.3,42% 过去氧化镁路线并未被大规模采用，主要由于： 1、活性氧化镁批量供应能力低。相对于镍湿法冶炼项目的体量，过去镁盐化工行业内体量能与之匹配的企业几乎没有。 图b.预计到2026年应用各类沉淀剂的湿法项目产能占比（万吨） 2、价格制约。海外活性氧化镁报价相较常规碱类高，而氢氧化钠及氢氧化钙 为可以稳定供应且易获得的碱类。 3、专利限制。（红土镍矿酸浸处理专利US4410498A，氧化镁沉淀专利PCT/AU1998/000583）1998年由NorilskNickelCawse申请的应用氧化镁沉淀镍钴的专利在红土镍矿湿法冶炼的沉淀剂发展中制造了障碍。 11.9,11% 11.5,10% 11.09, 10% 18.5,17% 57.3,52% 硫化物 氢氧化钠转晶转碱AACP 氧化钙AACP 氧化镁氢氧化钠 Ni 二、需求——镍沉淀剂：工艺现状及前景 专利问题：预期差在于氧化镁沉淀专利已经到期（PCT/AU1998/000583），而氧化钙工艺存在专利限制的可能性GlencoreQueensland已申请利用石灰沉淀镍钴的国际专利（PCT/AU2017/050004），而恩菲在国内具有氧化钙发明专利（CN109234526A）。 氧化镁沉淀相关专利 SelectiveprecipitationofNickelandCobalt 专利编号：PCT/AU1998/000583 申请人：CENTAURNICKELPTYLIMITED 国际申请日：1998年7月23日 对应澳洲专利： AU1998084260 所有人：MPINickelPtyLtd，原为NorilskNickel CawsePtyLtd(Cawse为早期应用氧化镁沉淀的湿法项目） 按照20年的保护期限，该专利目前已过保护时效，氧 化镁应用于镍钴沉淀的专利障碍或已扫清。 氧化钙沉淀相关专利（用石灰或石灰石） PrecipitationofNickelandCobalt专利编号：PCT/AU2017/050004 申请人：GLENCOREQUEENSLANDLIMITED 国际申请日： 2017年1月4日 按照20年的保护期限，该专利仍处于保护期。专利的 核心内容为利用石灰或石灰石等含钙中和介质使含镍钴从酸性溶液中沉淀。 Ni 二、需求——镍沉淀剂：技术路线存迭代可能 工艺差异： 1、氢氧化钠AACP： 增加转晶种转碱工艺，活性差异导致沉钴率差异。 2、活性氧化镁：小批次直接使用。 3、氧化钙AACP： 主要流程与氢氧化钠工艺接近，差异主要在沉淀物 （MHP、硫酸钙）的分离需增加浮选分离工序。 图b.MHP/MSP等湿法冶炼项目产能梳理（镍吨/年） 图a.镍冶炼项目成本曲线 统计时间截止至2023年12月31日 成本对比： 1、沉没成本： 已投资的氢氧化钠储藏罐、转晶转碱设施等，即便 切换也会继续产生折旧费用。 2、新增储藏设施及制备槽： 由于活性氧化镁需分批次频繁加入，新增投资的储藏设施及制备槽规模较小，相应投资额较小。 3、单一供应商带来的产线稳定性隐忧： 能够匹配MHP产线规模的氧化镁供应商较为稀缺， 若切换意味着单一供应商拿下较大份额，供应的稳定性直接影响产线的平稳运行。 收益对比： 1、材料费用节约： 氧化镁单耗为接近氢氧化钠一半，结合有竞争力的报价，可以节约沉淀剂费用 2、沉淀效率更高 3、除杂工艺简便且保证高镍提取率： 压滤后不需再次浮选等工艺筛除其他沉淀杂质。 4、节省转晶转碱专利费用 5、高活性氧化镁加入，可确保更高的钴回收率，增 加潜在收益 二、需求——镍沉淀剂：切换为氧化镁存在的成本与收益 Ni 三、供给——濮耐核心优势 一、产能优势 Mg 微晶菱镁矿证载每年可开采量100万吨，矿石氧化镁含量超47%，可实现45万吨活性氧化镁年产能，每年仅冬季受影响一个月，可保证稳定供应。 二、矿藏品质稀缺 高纯度、微晶结构均匀、活性氧化镁产品质量稳定性强，铁硅含量均小于0.1%、铁硅含量均显著低于海外主流供应商湿法冶金所应用的活性氧化镁。而晶粒粒径达到纳米级，海外主流供应商标准品粒径在3-8微米。 三、加工简便 露天菱镁矿，开挖简易；加工成活性氧化镁仅需轻烧，无复杂加工工艺，即可得到平均粒径25nm以下类球形晶体结构。 图b.微晶菱镁矿化学组成（w%） 图a.濮耐活性氧化镁晶体结构 三、供给——海外竞品QueenslandMagnesia，QMAG 全球主要供应商——昆士兰镁业（Queensland 图a.QMAG高级活性氧化镁 图b.QMAG高级活性氧化镁EMAG45 Mg Magnesia，QMAG）供应一系列的镁盐产品。 1990s年代便开始供应湿法镍钴沉淀剂，在此十年后，其活性氧化镁产品EMAG45成为铜钴矿湿法冶炼中率先应用的沉淀剂。 其主要生产工艺与濮耐类似，为露天矿开采后煅烧。其主要矿藏KunwararaMines产出高品质矿石，年处理矿石200万吨，产出初级氧化镁、高级氧化镁、重烧镁、电熔镁质产品30万吨每年。 2020年，耐火材料巨头，Refratechnik宣布收购Q