在自然界中，鎳主要以硫化鎳礦和氧化鎳礦狀態(tài)存在。由于元素親氧及親硫性的差異，在熔融巖漿中，當(dāng)有硫元素存在時，鎳能優(yōu)先形成硫化礦物，并富集形成硫化物礦床。硫化鎳礦如鎳黃鐵礦、紫硫鎳鐵礦中的鎳以游離硫化鎳形態(tài)存在，有相當(dāng)一部分以類質(zhì)同象賦存于磁黃鐵礦中。部分氧化鎳礦是由硫化鎳礦巖體風(fēng)化浸淋蝕變富集而成，鎳主要以鎳褐鐵礦（很少結(jié)晶或不結(jié)晶的氧化鐵）形式存在。紅土鎳礦是含鎂鐵硅酸鹽礦物的超基性巖經(jīng)長期風(fēng)化產(chǎn)生的礦石，在風(fēng)化過程中鎳自上層浸出而后在下層沉淀，NiO取代了相應(yīng)硅酸鹽和氧化鐵礦晶格中的MgO和FeO。
由于鎳具有抗腐蝕、抗氧化、耐高溫、強(qiáng)度高、延展性好等特點，因而其用途很廣泛，尤其是在不銹鋼和耐熱鋼中的應(yīng)用比例最大。當(dāng)前在鎳的消費中，鋼鐵和有色金屬冶煉業(yè)約占總消費量的65%～70%；其次是輕工行業(yè)，包括自行車、醫(yī)療器皿、生活用品的電鍍，約占總消費量的12%～15%；再次是機(jī)械制造、化工、石油和電力行業(yè)，這些行業(yè)需用鎳制造各種機(jī)器和容器，用量約占總消費量的10%～12%。高新技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的充電電池、泡沫鎳、鍍鎳鋼帶、活性氫氧化鎳等產(chǎn)品，對鎳的需求也很旺盛。
自20世紀(jì)80年代中期以來，鎳的使用范圍廣泛，不銹鋼一直是鎳消耗的主要推動力。鎳的需求繼續(xù)被不銹鋼產(chǎn)量的增長所帶動，特別是在西歐、日本和東南亞國家更是如此。近年來，鎳在鋼鐵工業(yè)、磁性材料工業(yè)、軍事、有色金屬、貴金屬、特殊合金、貯氫材料、特種鎳粉、新型涂鎳復(fù)合材料、電池、醫(yī)療衛(wèi)生和硫酸鎳等方面的應(yīng)用與開發(fā)非常引入注目。鎳作為一種重要的戰(zhàn)略金屬，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度、延展性和化學(xué)穩(wěn)定性，是工業(yè)和發(fā)展人類現(xiàn)代文明不可或缺的金屬，在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有極其重要的地位。
一、世界鎳資源概況及利用現(xiàn)狀
鎳是一種較為豐富的金屬元素，在地球中的含量僅次于硅、氧、鐵、鎂，居第5位，地核含鎳最高，是天然的鎳鐵合金。由于鎳的地球化學(xué)特征，鎳首先存在于鐵鎂硅鋁酸巖漿所形成的鐵鎂橄欖石中，不同的巖石中含鎳的一般規(guī)律是氧化鎂及氧化鐵等堿性脈石中含鎳高，二氧化硅及三氧化二鋁等酸性脈石中含鎳低。鎳在各種巖石中的平均含量見表1。
表1 鎳在各種巖石中的平均含量 %
目前可供人類開發(fā)利用的鎳資源只限于陸地的硫化鎳礦和氧化鎳礦2種，其中約30%為硫化礦，70%為紅土鎳礦。
據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局報導(dǎo)，截至2004年，已探明的世界鎳總儲量為6 200萬t，儲量基礎(chǔ)為14 000萬t。世界陸地查明含鎳品位在1%左右的資源量為1.3億t，其中60%屬于紅土型鎳礦床，共、伴生礦產(chǎn)主要是鐵和鈷，主要分布在赤道附近的古巴、新喀里多尼亞、印度尼西亞、菲律賓、巴西、哥倫比亞和多米尼加等國；40%屬于巖漿型銅鎳硫化物礦床，共伴生礦產(chǎn)主要有銅、鈷、金、銀及鉑族元素，主要分布在加拿大、俄羅斯、澳大利亞、中國、南非、津巴布韋和博茨瓦納等國。另外大洋深海底的錳結(jié)核和錳結(jié)殼中還含有大量的鎳資源，共伴生礦產(chǎn)為銅、鈷和錳，數(shù)量巨大。
硫化鎳礦一般含鎳1%左右，選礦后的精礦品位可達(dá)6%～12%，加上伴生的有價金屬（銅、鈷）可達(dá)6%～15%；此外，還常含有一定量的貴金屬。精礦中還有以硫化鐵形態(tài)存在的燃料成分，熱值在2 091～4 182 MJ/t，熔煉能耗低。因此，硫化鎳礦的經(jīng)濟(jì)價值比較高。紅土礦含鎳1%～3%，不能通過選礦富集，僅能用篩選拋棄風(fēng)化較淺、品位低的塊礦。紅土礦中僅伴生有少量鈷，無硫，無熱值，但礦石儲量大，而且賦存于地表，易采，可露天作業(yè)。具有開發(fā)的優(yōu)越條件和工業(yè)價值的鎳礦物及其化學(xué)式見表2，世界鎳儲量及儲量基礎(chǔ)見表3。
表2 具有工業(yè)價值的鎳礦物及其化學(xué)式
表3 世界鎳儲量及儲量基礎(chǔ)
由于硫化鎳礦資源品質(zhì)好，工藝技術(shù)成熟，現(xiàn)在約60%的鎳產(chǎn)量來源于硫化鎳礦，但硫化鎳礦因長期開采，且近20年來在新資源勘探上沒有重大突破，保有儲量急劇下降。如以年產(chǎn)鎳量120萬t計算，則相當(dāng)于2年采完一個加拿大伏伊希灣鎳礦床（近20年唯一發(fā)現(xiàn)的大型礦床，世界第5大硫化鎳礦），5年采完金川鎳礦（世界第3大硫化鎳礦）。因此，全球硫化鎳礦已出現(xiàn)資源危機(jī)，且傳統(tǒng)的幾個硫化鎳礦礦山（加拿大的薩德伯里、俄羅斯的諾列爾斯克、澳大利亞的坎博爾達(dá)、中國金川、南非里騰斯堡等）的開采深度日益加深，礦山開采難度加大，選、冶難度也增加。為此，全球鎳行業(yè)將資源開發(fā)的重心瞄準(zhǔn)儲量豐富的紅土鎳礦。紅土鎳礦資源的采冶利用比例已占世界鎳產(chǎn)量的40%以上，且呈不斷上升的趨勢�？梢灶A(yù)期，世界未來鎳產(chǎn)量的增加將主要來源于紅土型鎳礦資源的開發(fā)。
由于我國硫化鎳資源急劇減少，氧化鎳礦儲量少且品位較低、難提取，與國外氧化鎳礦儲量大、品位高的一些國家相比，缺乏競爭力，中國各有色金屬企業(yè)積極在全球范圍內(nèi)開發(fā)紅土鎳礦資源。寶鋼集團(tuán)同金川集團(tuán)聯(lián)手，投資10億美元用于菲律賓諾諾克島鎳礦資源的開發(fā)；中國五礦集團(tuán)與古巴合作在Moa建設(shè)年產(chǎn)22 500 t鎳的生產(chǎn)工廠；中國冶金建設(shè)集團(tuán)同吉林鎳業(yè)公司合作在開發(fā)位于巴布亞新幾內(nèi)亞的瑞木鎳礦（該礦的鎳平均品位約1%，預(yù)計總投資為6.7億美元）；中國金寶礦業(yè)公司則與 礦業(yè)部所屬公司簽署了 莫葦塘鎳礦的合作勘探及可行性研究協(xié)議；中國有色集團(tuán) 達(dá)貢山紅土鎳礦年處理干礦132萬t，冶煉廠年產(chǎn)含鎳26%的鎳鐵8.5萬t，礦山地質(zhì)儲量4 300萬t，其中經(jīng)濟(jì)儲量2 239.6萬t，平均含鎳1.96%。
對于含鎳低，鐵多、硅鎂少的褐鐵礦型紅土鎳礦，從節(jié)能減耗的角度出發(fā)，宜采用濕法浸出工藝；而對于含鎳較高，鐵低、硅鎂高的硅鎂型紅土鎳礦，最有效的處理方法還是采用還原熔煉工藝生產(chǎn)鎳鐵工藝。以鎳鐵作為冶煉不銹鋼、合金鋼與合金鑄鐵的鎳合金原料，可以減少金屬鎳的消耗，增加鎳元素的來源，且成本低于電解鎳，使生產(chǎn)單位和用戶雙方均獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，具有較強(qiáng)的價格競爭優(yōu)勢。如果采用濕法工藝將紅土礦中的鎳與鐵等元素分離，然后再在煉鋼的過程中融合，明顯造成能源和資源的浪費，從長遠(yuǎn)來看是不足取的。如何更直接、合理地利用紅土鎳礦顯得尤為重要。
二、紅土鎳礦資源開發(fā)利用的優(yōu)勢和前景
目前，世界鎳工業(yè)生產(chǎn)的鎳，主要來自硫化鎳礦資源，約占總產(chǎn)量的60%。其余來自紅土鎳礦。但是隨著優(yōu)質(zhì)（含鎳品位高）易開采的硫化鎳礦資源的減少、對環(huán)境要求的提高、紅土鎳礦提取技術(shù)的進(jìn)步以及鎳價格因素等的影響，從紅土鎳礦生產(chǎn)的鎳量會不斷增加。過去50年資源開發(fā)的特點印證了這一發(fā)展趨勢，產(chǎn)量變化如表4所示。
表4 不同年份鎳的產(chǎn)量統(tǒng)計(萬噸)
紅土型鎳開發(fā)利用的主要優(yōu)勢在于：
（一）紅土型鎳礦資源豐富，全球約有4 100萬t鎳金屬量，勘查成本低。
（二）可露天開采，采礦成本極低。
（三）選冶工藝已逐漸成熟。
（四）不銹鋼生產(chǎn)的發(fā)展，對燒結(jié)氧化鎳、鎳鐵或通用鎳的需求增加，而這些鎳產(chǎn)品主要是由氧化鎳礦生產(chǎn)的。
（五）世界紅土型鎳資源主要分布于近赤道地區(qū)，大部分靠近海岸，便于外運(yùn)。
從紅土鎳礦的資源特點來看，世界鎳工業(yè)的發(fā)展資源開發(fā)重心將逐漸從硫化鎳礦轉(zhuǎn)移到紅土鎳礦的利用。由于紅土鎳礦一般都伴生有鈷，鐵、鉻等多種有價金屬，其綜合利用的必要性顯而易見。對于我國而言，雖然我國的紅土鎳礦資源比例偏小，但隨著硫化鎳資源的逐漸枯竭，鎳市場需要的不斷增長，參與海外紅土鎳礦的開發(fā)勢在必行。近年來，我國從 、古巴、印尼進(jìn)口的大量紅土鎳礦以及與菲律賓、巴布亞新幾內(nèi)亞的鎳鈷生產(chǎn)聯(lián)合項目的實施，進(jìn)一步表明紅土鎳礦的開發(fā)已經(jīng)成為我國鎳資源利用的重要內(nèi)容。世界范圍內(nèi)紅土鎳礦的開發(fā)利用前景十分廣闊。
三、國內(nèi)外紅土鎳礦處理技術(shù)及進(jìn)展
氧化鎳礦床是含鎳橄欖巖在熱帶或亞熱帶地區(qū)經(jīng)過大規(guī)模的長期的風(fēng)化淋濾變質(zhì)而成的，是由鐵、鋁、硅等含水氧化物組成的疏松的粘土狀礦石。由于鐵的氧化，礦石呈紅色，所以被稱為紅土礦(laterite)。紅土鎳礦的可采部分一般由3層組成：褐鐵礦層、過渡層和腐殖土層，其處理工藝如表5所示。
表5 紅土鎳礦的分布、組成與提取技術(shù) %
（一）火法工藝
火法處理紅土鎳礦的工藝按其產(chǎn)出產(chǎn)品的不同分為還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵工藝和還原硫化熔煉生產(chǎn)鎳锍工藝。
1、還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵
世界上用得最多的紅土鎳礦火法處理工藝是還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵，用于生產(chǎn)不銹鋼。氧化鎳易被C，CO，Si還原，在較高溫度下控制一定的還原條件，就可以使氧化鎳完全還原成金屬，鐵部分還原，與鎳熔合成鎳鐵合金，而未被還原的硅、鎂氧化物與另一部分氧化鐵一起造渣。還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵的方法有以下幾種：
(1)回轉(zhuǎn)窯－電爐還原熔煉工藝。回轉(zhuǎn)窯－電爐還原熔煉工藝(RKEF)是目前紅土鎳礦冶煉廠普遍采用的一種火法冶煉工藝流程，技術(shù)可靠、成熟。該工藝主要工序包括干燥、焙燒－預(yù)還原、電爐熔煉和精煉。由于原礦含有大量附著水和結(jié)晶水，所以熔煉前的爐料準(zhǔn)備主要是脫水和干燥，一般是在干燥窯內(nèi)脫除附著水，在較長的回轉(zhuǎn)窯內(nèi)于較高的溫度下焙燒預(yù)還原，進(jìn)一步脫除結(jié)晶水，部分鎳、鐵氧化物預(yù)還原，同時爐料得到預(yù)熱，為下一步電爐熔煉節(jié)省能源，出窯爐料溫度為650～900℃，直接送人電爐上面的料倉中，加入交（直）流電弧爐還原熔煉制取鎳鐵，精煉后用做冶煉不銹鋼的原料。該工藝適合于低鐵高鎳型紅土鎳礦，得到的鎳鐵產(chǎn)品鎳品位一般為10%～15%，鐵品位為60%～80%，鎳的回收率大于90%。
回轉(zhuǎn)窯－電爐熔煉工藝適合處理各種類型的氧化鎳礦，熔池可達(dá)到較高的溫度且溫度易于控制，適合于處理難熔的硅鎂鎳礦，對入爐爐料也沒有嚴(yán)格要求；渣含有價金屬較少；生產(chǎn)容易控制，便于操作，易于實現(xiàn)機(jī)械化和自動化。所以近幾年來回轉(zhuǎn)窯－電爐熔煉鎳鐵工藝發(fā)展較快，目前至少有14家工廠使用這一方法處理氧化鎳礦，鎳鐵年產(chǎn)量（含鎳計）在25萬t左右。
(2)豎爐－電爐工藝。鷹橋公司在新喀里多尼亞的Koniambo冶煉廠采用的是多米尼加鷹橋豎爐－電爐工藝。該工藝流程借鑒水泥窯外分解的技術(shù)，將物料磨細(xì)后進(jìn)行閃速干燥、閃速煅燒、在流態(tài)化爐中進(jìn)行預(yù)還原，然后在直流電弧爐內(nèi)熔煉煅燒料，LF爐內(nèi)精煉，具有固定投資少，操作成本省，物料停留時間短，產(chǎn)品質(zhì)量高，煙塵率低，動力消耗低的優(yōu)點。
(3)鼓風(fēng)爐冶煉工藝。豉風(fēng)爐冶煉是將氧化鎳礦在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)預(yù)熱、干燥后制成團(tuán)塊，與焦炭塊一起加入鼓風(fēng)爐內(nèi)冶煉，生產(chǎn)出粗鎳鐵，再進(jìn)行精煉，制出鎳鐵。鼓風(fēng)爐冶煉是最早的煉鎳方法之一，對環(huán)境不友好，礦石適應(yīng)性差，對鎂含量有較嚴(yán)格的要求，另外不能處理粉礦，對入爐爐料也有嚴(yán)格的限制。隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、冶煉技術(shù)進(jìn)步、煉鋼廠對鎳類原料要求的提高以及環(huán)境保護(hù)要求的提高，這一方法已逐步被淘汰。
(4)可移動平爐生產(chǎn)鎳鐵工藝。除了以上幾種得到應(yīng)用的方法，日本神戶鋼鐵有限公司還新開發(fā)了一種用可移動平爐生產(chǎn)鎳鐵的處理工藝。該工藝包括：①混料步驟。將含有氧化鎳和氧化鐵的礦石配人碳質(zhì)還原劑制備成混料。②還原步驟。在移動的平爐內(nèi)加熱還原混料，制備還原混料。③熔煉步驟。在熔爐內(nèi)將已還原的混合物熔化制備鎳鐵。該工藝能夠以較低的成本高效率地制備出高鎳含量的鎳鐵產(chǎn)品，且灰塵數(shù)量少，防止了爐壁灰塵的堆積產(chǎn)生粘結(jié)物，因此給料時渣的含量可不必調(diào)整。
2、還原熔煉生產(chǎn)鎳锍
還原锍化熔煉處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳锍的工藝早在20世紀(jì)二三十年代就得到了應(yīng)用，當(dāng)時采用的都是鼓風(fēng)爐熔煉。該工藝與鼓風(fēng)爐還原熔煉生產(chǎn)鎳鐵的工藝存在相同的缺點，因此新建的大型工廠都采用電爐熔煉紅土鎳礦生產(chǎn)鎳锍。全世界由氧化鎳礦生產(chǎn)鎳锍的鎳量在12萬t左右。鎳锍生產(chǎn)工藝是在生產(chǎn)鎳鐵工藝的熔煉過程中，加入硫化劑，產(chǎn)出低鎳锍，再通過轉(zhuǎn)爐吹煉生產(chǎn)高鎳锍。鎳锍的成分可以通過還原劑（焦粉）和硫化劑的加入量加以調(diào)整。可供選擇的硫化劑有黃鐵礦( FeS2)、石膏(CaSO4·2H2O)、硫磺和含硫的鎳原料。目前國內(nèi)朝陽昊天集團(tuán)采用該工藝生產(chǎn)低鎳锍，獲得的低鎳锍產(chǎn)品鎳品位為5%～8%，鎳金屬回收率大于90%。
采用還原锍化熔煉處理氧化鎳礦生產(chǎn)鎳锍的工藝，其產(chǎn)品高鎳锍具有很大的靈活性：經(jīng)焙燒脫硫后的氧化鎳可直接還原熔煉生產(chǎn)用于不銹鋼工業(yè)的通用鎳；也可以作為常壓撥基法精煉鎳的原料生產(chǎn)鎳丸和鎳粉；由于高鎳锍中不含銅，還可以直接鑄成陽極板送锍化鎳電解精煉的工廠生產(chǎn)陰極鎳�？傊�，可以進(jìn)一步處理，生產(chǎn)各種形式的鎳產(chǎn)品，并可以回收其中的鈷。
（二）濕法工藝
對于含鎳較高而含銅和鈷低的紅土鎳礦，較多采用電爐還原熔煉的方法生產(chǎn)鎳鐵，但在處理含銅、鈷比較高的紅土鎳礦時，宜采用濕法流程處理，以利于綜合回收各種有價金屬和降低能耗。浸出是常用的濕法處理方法，根據(jù)礦石中氧化鎂含量的高低，采用常壓氨浸工藝和高壓酸浸工藝兩種方法。含氧化鎂高的礦石需采用氨浸，因為酸浸時需消耗大量的酸中和礦石中的堿性脈石，操作成本高，在經(jīng)濟(jì)上不可行。而含氧化鎂低的礦石可采用硫酸浸出，為加速整個溶解過程，浸出作業(yè)通常在高溫高壓下進(jìn)行。
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| 紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯|紅土鎳礦烘干機(jī)——首選江蘇鵬飛集團(tuán)：專業(yè)制造 銷量領(lǐng)先 |
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江蘇鵬飛集團(tuán)成功開發(fā)紅土鎳礦回轉(zhuǎn)窯，該技術(shù)已快速進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。該技術(shù)應(yīng)用在紅土鎳礦冶煉鎳方面已取得很不錯的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。RKEF工藝優(yōu)勢明顯：提煉鎳含量高、雜質(zhì)少；鎳的回收率高；能源消耗低。我國鎳金屬生產(chǎn)技術(shù)已有重大突破，擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，紅土鎳礦生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)鎳鐵。利用回轉(zhuǎn)窯冶煉紅土鎳礦石生產(chǎn)鎳生鐵，近期主要用戶及鎳礦回轉(zhuǎn)窯：
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序號 |
用戶名稱 |
設(shè)備名稱 |
設(shè)備規(guī)格 |
數(shù)量 |
項目名稱 |
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1 |
福建鼎信實業(yè)有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.4×100m |
3臺 |
鎳紅土焙燒 |
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2 |
江蘇康陽國際貿(mào)易有限公司
（江蘇德龍鎳業(yè)有限公司） |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.4×100m |
18臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機(jī) |
φ4.3×33.5m |
18臺 |
|
3 |
廣東廣青金屬科技有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.4×100m |
4臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機(jī) |
Φ5×40m |
4臺 |
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4 |
廣西北海誠德鎳業(yè)有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
Φ5.2×118m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
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5 |
山東匯祥貿(mào)易有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
Φ4.85×75m |
3臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機(jī) |
φ4.3×34m |
3臺 |
|
6 |
廣東陽江世紀(jì)青山鎳業(yè)有限公司 |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.6×100m |
4臺 |
鎳紅土焙燒 |
|
烘干機(jī) |
Φ5×45m |
4臺 |
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7 |
山東鑫海科技股份有限公司
(臨沂金海匯科技有限公司) |
回轉(zhuǎn)窯 |
φ4×60m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機(jī) |
φ4×40m |
2臺 |
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8 |
唐山凱源實業(yè)有限公司
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回轉(zhuǎn)窯 |
φ4.8×90m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機(jī) |
Φ4.3×40m |
|
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9 |
遼寧晟運(yùn)實業(yè)發(fā)展有限公司
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回轉(zhuǎn)窯 |
Φ4.85×75m |
1臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機(jī) |
Φ4.3×34m |
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10 |
廣西金源鎳業(yè)有限公司
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回轉(zhuǎn)窯 |
Φ4.8×110m |
2臺 |
鎳紅土焙燒 |
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烘干機(jī) |
φ4.8×42m |
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