全球清洁能源转型对镍的需求正以前所未有的速度增长，然而高品位硫化镍资源日益枯竭，迫使行业将目光投向低品位、难利用的超镁铁质矿石——据估计，这类资源中蕴藏着约4500万吨尚未开发的镍。多伦多大学联合Vale Base Metals公司近日在Nature旗下期刊《Communications Engineering》上发表突破性研究成果，首次报道了一种低温、以固态为主的镍提取新工艺，利用廉价金属铁作为“镍捕获剂”，在不到950°C的温度下、约3小时内即可产出含镍16%–24%的镍铁合金，且全程无二氧化硫排放。

这一技术一旦实现工业化推广，将为全球镍供应链的韧性与可持续性带来深远影响。

高品位资源枯竭，超镁铁质矿石“难啃的骨头”

镍是不锈钢、镍基合金和锂离子电池的关键原材料，其战略地位在清洁能源转型中日益凸显。然而，经过多年开采，全球高品位硫化镍资源正加速枯竭，而低品位超镁铁质矿石虽然储量丰富，却因矿物组成复杂、硅酸镁脉石含量高，长期难以经济有效地利用。

传统提取路线主要有两条：一是高温火法熔炼，能耗巨大且产生大量二氧化硫排放;二是湿法浸出，流程复杂、试剂消耗大、废液处理困难。这两条路径在处理超镁铁质低品位矿石时均面临经济技术瓶颈，导致这类资源长期“沉睡”。

低温固态工艺的四大突破

多伦多大学材料科学与工程系Wei Lv、Fanmao Wang、Brian Makuza、Sam Marcuson、Mansoor Barati团队与Vale Base Metals Technology and Innovation部门合作，开发出一种创新的热处理工艺，实现了四大突破：

“捕获剂”策略：廉价金属铁定向“抓取”镍

该工艺的核心创新在于利用廉价金属铁作为“镍捕获剂” (nickel getter)。在精心调控的温度、气氛和铁添加量的条件下，反应器内形成有利的热力学条件，使镍选择性地从矿石中迁移并富集到金属合金相中。

与此前研究采用的铁粉与精矿团聚后加热至约920°C的方法不同，本工艺在低于950°C的低温条件下即可实现高效提取。其技术本质是：铁捕获硫化物中的硫，形成非磁性FeS，而多余的铁则与镍形成镍铁合金——这一“固态置换”反应路径巧妙地避开了传统熔炼所需要的高温熔融条件。

环境友好：彻底告别二氧化硫排放

传统镍冶炼的最大环境痛点之一是二氧化硫排放。本工艺通过将硫稳定封存于固态硫化物相中，从根本上杜绝了SO₂的产生。这一设计使该工艺成为一条与脱碳金属生产目标完全一致的可持续提取路径。

快速高效：3小时产出、颗粒可控

该工艺的处理时间仅约3小时，产出的镍铁合金镍含量16%–24%。更为关键的是，研究团队实现了对合金颗粒尺寸与形貌的精准调控——这直接决定了后续通过物理分选从脉石中分离合金的效率。颗粒尺寸和形貌的可控性，使得磁选等物理分离手段能够高效运作。

中试验证：从实验室走向工业化的关键一步

该工艺已在中试规模(mini-plant scale)上得到验证，标志着这项技术已走出实验室阶段，具备向工业化放大的技术基础。研究获得了Vale Base Metals的技术支持以及加拿大自然科学与工程研究理事会(NSERC)的资助。

为何“低温固态”是关键?

传统镍提取的逻辑是“高温熔融”——将矿石加热到远高于其熔点的温度，使金属组分熔化为液态后分离。这一路径不仅能耗巨大，而且不可避免地产生大量SO₂。

多伦多大学团队的创新逻辑是“固态置换”——在远低于熔点的温度下，利用铁与镍硫化物之间的化学反应，让镍在固态下完成从矿石到合金的迁移。这一思路的优势在于：

能耗大幅降低：反应温度从传统熔炼的1200°C以上降至950°C以下;

无需熔炼设备：固态反应可在更简单的反应器中进行;

硫被“锁住” ：硫以固态FeS形式稳定存在，而非以气态SO₂排放;

流程简化：无需复杂的气体处理系统。

研究人员通过精确调控温度、气氛和铁添加量，在反应器内创造了有利的热力学条件，使镍的选择性富集成为可能。

解锁4500万吨镍资源，重塑全球供应链

盘活全球“沉睡”的超镁铁质镍资源

据估计，全球超镁铁质矿石中蕴藏着约4500万吨未开发的镍。这一数字几乎相当于全球已探明镍储量的相当比例。该技术一旦工业化，将把这些长期被视为“废石”的资源转化为可经济利用的镍资源，极大拓宽全球镍资源的可利用边界。

保障清洁能源转型的镍供应

镍是锂离子电池正极材料(尤其是高镍三元材料)的关键组分。随着电动汽车市场的爆发式增长，全球镍需求正加速攀升。该技术为缓解镍供应紧张提供了全新的资源来源，直接服务于全球清洁能源转型。

推动镍生产的绿色化转型

该工艺的零SO₂排放特性，使其与传统火法冶炼形成鲜明对比。在全球碳定价机制日益严格的背景下，这项技术为镍生产商提供了兼具经济性与环保性的替代方案，有望成为低碳镍生产的新标杆。

产出产品可直接对接电池级精炼

该工艺产出的镍铁合金(16%–24%镍)可通过常规精炼工艺进一步加工为电池级镍。这意味着该技术并非仅停留在粗炼层面，而是能够无缝对接新能源产业链的最终需求。

从“资源诅咒”到“资源解放”

超镁铁质矿石长期被视为“鸡肋”——储量巨大但难以利用。多伦多大学与Vale的这项合作，始于2023年双方建立的可持续采矿合作伙伴关系。如今，这一合作结出了硕果。

这项技术的真正价值在于重新定义了“可采资源”的边界。当高品位资源日渐枯竭，技术创新正将曾经的“废石”转化为未来的“富矿”。正如论文所指出，该工艺“拓宽了镍提取的技术版图，为构建更加公平、更具韧性的全球镍供应链做出了贡献”。

在全球镍市场持续紧张、各国竞相布局关键矿产供应链的当下，这项“低温固态提镍”技术，无疑为全球镍资源的可持续供应投下了一枚重磅炸弹——而这一次，爆炸的中心不是高温熔炉，而是一场静悄悄的“固态革命”。