哈密銅鎳礦選礦工藝優(yōu)化與生產(chǎn)實踐

羅立群，李金良，黃 紅

（1.武漢理工大學資源與環(huán)境工程學院，湖北 武漢430070；2.新疆瑞倫礦業(yè)有限責任公司，新疆哈密839000；3.武漢理工大學西院圖書館，湖北 武漢430070）

鎳冶金工業(yè)的原料主要來自硫化銅鎳礦石[1]，新疆哈密已探明的鎳礦資源分布在6個礦區(qū)，預測資源量為1580多萬金屬噸，鎳礦資源儲量90余萬金屬噸，僅次于鎳都金川，居中國第2位[2－3]。瑞倫礦業(yè)公司哈密黃山南銅鎳礦一期日處理礦石1500t項目于2010年10月建成投產(chǎn)。

因投產(chǎn)后的礦石性質與原試驗礦石性質發(fā)生了很大的變化，礦石泥化程度進一步惡化，浮選過程中泡沫較粘、跑槽現(xiàn)象嚴重，浮選藥劑成本高，生產(chǎn)指標很不理想[4－5]。通過分析試生產(chǎn)期間的大量數(shù)據(jù)、查明工藝礦物學特征，實施工藝流程結構改造、細化藥劑種類與品質、優(yōu)化用量組合，經(jīng)技術改造后生產(chǎn)過程穩(wěn)定、技術指標提高，經(jīng)濟效益顯著，表明改造后的流程及技術參數(shù)是適合瑞倫礦業(yè)哈密銅鎳礦分選的，可供類似企業(yè)參考。

1 試樣性質與工藝礦物學

1.1 礦石的化學成分

由于投產(chǎn)后的礦石性質與原試驗礦石性質發(fā)生了很大的變化，是造成工藝流程不適應礦石分選過程的主要因素，對此進行了工藝礦物學研究。入選礦石與原試驗礦石的多元素化學成分分析及鎳和銅的物相分析結果見表1、表2和表3。

表1 入選礦石與原試驗礦石主要化學成分對比／（wt%）

表2 入選礦石與原試驗礦石鎳的物相分析結果／（wt%）

表3 入選礦石與原試驗礦石銅的物相分析結果／（wt%）

從表1～3中的多元素分析與銅、鎳物相分析可以看出以下內容。

1）兩次礦石試樣中可供選礦回收的主要元素是鎳和銅，入選樣含量分別為0.62%和0.15%，而試驗樣鎳、銅稍高，為0.90%和0.28%。

2）為達到富集鎳礦物和銅礦物的目的，需要選礦排除或降低的脈石組分主要是SiO2和MgO，次為Al2O3和CaO，四者合計含量達74.77%和77.00%。

3）礦石中鎳主要分布在金屬硫化物和硅酸鹽類礦物中，入選樣分別占82.26%和17.74%，試驗樣則為87.64%和8.20%及4.16%的硫酸鎳，前者硫化鎳部分即為選礦采用浮選工藝分選鎳礦物時鎳的最大理論回收率。

4）礦石中銅主要以原生硫化銅和次生硫化銅兩種形式存在，二者分布率分別為73.34%、22.00%、86.07%、9.64%，合計達95%左右，從理論上來說，它們均為選礦富集回收銅的對象。

綜合化學成分特點，可以認為區(qū)內礦石屬發(fā)生輕微氧化的高氧化鎂、中低品位銅鎳硫化礦石，通過選礦可獲得鎳精礦和銅精礦2種產(chǎn)品。

1.2 主要礦物組成及產(chǎn)出形式

礦石新鮮面肉眼下顯灰黑色，具星散浸染狀構造，個別礦塊中金屬硫化物分布較為集中。原礦的X射線衍射分析結果見圖1，礦石中主要礦物組成及含量見表4。經(jīng)鏡下鑒定、X射線衍射分析和掃描電鏡分析綜合研究表明，礦石的組成礦物種類較為復雜，金屬礦物主要是鎳黃鐵礦、黃銅礦和磁黃鐵礦，次為墨銅礦、黃鐵礦、磁鐵礦等；脈石礦物以滑石、輝石或橄欖石為主，其次是角閃石、蛇紋石、黑云母、綠泥石和少量輝石及長石，其它微量礦物尚見方解石、鉻尖晶石、鈦鐵礦、榍石和磷灰石等。

圖1 原礦的X射線衍射分析圖譜

表4 入選礦石與原試驗礦石主要礦物組成及含量／（wt%）

鎳黃鐵礦。選礦富集回收鎳的主要目的礦物，分布較為廣泛，大部分礦塊中均可見及。自形、半自形粒狀，反射光下顯黃白色，反射率與黃鐵礦大致相近，均質體，晶粒內部特征的顯微孔洞較為發(fā)育。根據(jù)晶體形態(tài)、粒度特性和與嵌連礦物的交生關系，可將礦石中鎳黃鐵礦的產(chǎn)出形式大致分為3種。

1）呈不規(guī)則粒狀與磁黃鐵礦、黃銅礦或墨銅礦等其它金屬硫化物以各種形式緊密鑲嵌（圖2中A），少數(shù)可與磁鐵礦交生，部分則以浸染狀的形式不均勻分布在脈石中，交代磁黃鐵礦，但本身又常被黃銅礦交代，隨著交代程度的增強，磁黃鐵礦可呈微細的殘余包裹在鎳黃鐵礦中。晶體粒度變化較大，細小者小于0.05mm，少數(shù)粗者可至1.5mm左右，一般介于0.1～0.8mm之間，當與磁黃鐵礦或黃銅礦混雜交生時，構成的集合體粒度可至1～2.5mm左右。

2）呈細小的葉片狀、針狀、羽毛狀、火焰狀或不規(guī)則狀沿磁黃鐵礦解理斷續(xù)充填分布，而且多見于磁黃鐵礦晶粒的中部或顯微裂隙的鄰近部位，定向排列的特征較為明顯，顯然這種形式的鎳黃鐵礦是由固溶體分離作用形成的，粒度變化較大，細小者小于0.02mm。

3）呈細小的粒狀或不規(guī)則狀以浸染狀的形式嵌布在部分蝕變較強烈的礦塊中，絕大多數(shù)與磁黃鐵礦毗連而構成細小的連晶，尤其與滑石等葉片狀脈石的嵌連關系較為密切（圖2中B），而在相鄰的橄欖石、角閃石等柱粒狀脈石晶粒內部卻極少見其分布，因此常表現(xiàn)出局部較為富集的分布特征，粒度一般在0.02mm以下，部分甚至小于0.002mm。

1.3 不同磨礦細度中目的礦物解離度

使礦石中絕大部分目的礦物呈單體狀態(tài)產(chǎn)出是取得理想技術指標的必要條件[6]。不同磨礦細度條件下礦石中鎳黃鐵礦和黃銅礦的解離度測定結果列于表5。

圖2 試樣的顯微鏡下照片圖（反光）

表5 不同磨礦細度目的礦物的解離度／（wt%）

由表5可知，隨著磨礦細度由－0.074μm占74.60%提高到79.98%，單體鎳黃鐵礦所占比例由83.7%提高至90.5%，而黃銅礦則由85.3%上升至92.1%。顯然－0.074μm占80%左右的磨礦細度基本可滿足獲得合格鎳精礦和銅精礦的細度要求，不過略粗于根據(jù)礦物嵌布粒度推薦的磨礦細度，這與礦石中滑石和蛇紋石等鱗片狀脈石含量較高有關。

2 選礦生產(chǎn)流程與改造效果

2.1 原試驗推薦流程

對入選礦石原研究單位推薦的磨浮工藝流程為一段磨礦兩段預先浮選滑石，兩段混合銅鎳粗選，三次混合精選，三段掃選，銅鎳混合精礦再進行銅鎳分離，銅鎳礦浮選原閉路試驗結果如表6所示[4]。

表6 哈密黃山銅鎳礦浮選原閉路試驗結果／（wt%）

投產(chǎn)后生產(chǎn)指標和經(jīng)濟效益都不理想，主要是浮選過程中泡沫較粘、跑槽現(xiàn)象嚴重；浮選過程穩(wěn)定操作困難；預先浮選滑石產(chǎn)品中含鎳較高，影響了后續(xù)銅鎳浮選的回收率；藥劑用量較大，浮選藥劑成本高。

產(chǎn)業(yè)化之前的試驗研究相對比較充分，對礦石除了進行了詳細的條件試驗和開、閉路試驗之外，還進行了相對可磨度試驗，其結果如圖3所示。各粒度范圍的的相對可磨度K（K＝T0／T）處于1.33～1.11，平均為1.26，表明試樣相對易磨。

圖3 礦石相對可磨度測定曲線圖

2.2 改造后的生產(chǎn)流程與結構

通過分析試生產(chǎn)期間的大量數(shù)據(jù)，認為入選礦石性質與研究試樣的性質有根本性的變化，對此重新查明工藝礦物學特征，并補充了礦石測試了硬度系數(shù)f等試樣的部分參數(shù)。

測試硬度系數(shù)f時，將待測試樣由顏色深淺分為3類：即1為灰黑色；2為土灰色；3為灰白色。試件的抗壓強度是在 WE－30型液壓式萬能材料試驗機上進行，通過測得試塊的破壞載體，計算出抗壓強度為R，得到硬度系數(shù)f，即f＝R／100[7]。銅鎳礦試樣硬度系數(shù)f統(tǒng)計結果如表7所示。

表7 銅鎳礦試樣硬度系數(shù)f統(tǒng)計結果／（kg／cm2）

測得各類硬度系數(shù)f為：1（灰黑色）的為8.7；2（土灰色）為3.2；3（灰白色）為4.3。依照總體礦石儲量，綜合硬度系數(shù)為6.7，表明該試樣的屬中硬偏軟性的礦石，雖然有利于破碎與磨礦，但是需要注意過粉碎等問題。

根據(jù)試生產(chǎn)期間的情況，對浮選工藝流程進行主要技術改造。

1）適當粗磨防止過粉碎，調低鎳精礦品位確保鎳收率。根據(jù)入選礦石的機械性能，生產(chǎn)中確定適當粗磨，控制磨礦細度為78%±1.5%，防止過粉碎導致礦漿粘度過大影響浮選作業(yè)；適當降低鎳精礦品位，確保鎳的綜合回收率。

2）取消預先浮選滑石，改為直接銅鎳混合浮選?？疾旎旌洗诌xⅠ第1槽和第2槽，鎳精礦品位可以達到14.5%～15.2%，氧化鎂含量8.3%～9.0%，粗選鎳品位較高，而且滑石精礦中損失部分鎳回率，據(jù)此決定取消預先浮選滑石，直接進行銅鎳混合浮選。

3）調整流程結構，實現(xiàn)早收合格產(chǎn)品[7]。遵循能收早收的原則，將原設計混合粗選Ⅰ泡沫精礦進行三次精選作業(yè)改為第1槽與第2槽直接出產(chǎn)混合精選產(chǎn)品，混合粗選Ⅰ第3槽泡沫精礦進行一次精選作業(yè)出產(chǎn)品和混合粗選I前兩槽產(chǎn)品混合。混合粗選Ⅱ泡沫精礦由原設計三次精選作業(yè)改為二次精選作業(yè)產(chǎn)品與混合粗選I前兩槽產(chǎn)品混合。

4）強化中礦選別，提高鎳回收率。根據(jù)各階段的考察結果和中礦產(chǎn)品顯微鏡下觀察情況，決定在混合精選Ⅰ之后增加一組精選掃選作業(yè)，加強混合精選中礦連生體和浸染體狀結構顆?；厥铡?/p>

2.3 生產(chǎn)改造的技術措施與特點

通過現(xiàn)場磨礦試樣的實驗室驗證，浮選藥劑的選用與添加對生產(chǎn)指標影響很大，對此細化藥劑種類與品質，優(yōu)化添加與用量組合，工藝技術改進措施主要有以下方面。

1）細化羧甲基纖維素（MIBC）的使用品質。浮選生產(chǎn)中含有大量氧化鎂的滑石及易浮脈石礦物，礦石泥化較為嚴重，浮選泡沫發(fā)黏，泡沫層較厚，混合粗選作業(yè)區(qū)泡沫無金屬光澤，操作中常常出現(xiàn)跑槽現(xiàn)象。大量的雜質進入精礦中，直接影響有用礦物上浮，MIBC用量增加到1200g／t、水玻璃用量增加到1350g／t，對其抑制效果也不理想。根據(jù)浮選考察現(xiàn)象，經(jīng)反復試驗發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場所使用的MIBC代替度（醚化度）在0.4以下，而純度75%、pH 為7.0鎳選礦中MIBC代替度應保持在0.5以上較好。因為代替度是羧甲基纖維素的重要結構參數(shù)，它的高低可表示質量的優(yōu)劣，代替度對含鎂硅酸鹽的抑制效果有很大影響[9]。

通過試驗確定提高羧甲基纖維素質量，代替度≮0.65% 純度≮75%，pH ＝7.0～8.5對滑石和高氧化鎂礦物具有很好的抑制效果，生產(chǎn)現(xiàn)場投入使用后，各項生產(chǎn)理論指標都有了較好的改善，鎳精品位提高1.53%、鎳精礦氧化鎂含量降低2.8%。

2）對礦泥分散劑水玻璃和六偏磷酸鈉的優(yōu)化篩選。① 六偏磷酸鈉[（NaPO3）6]對現(xiàn)場礦石中侵染狀結構和連生體結構顆粒抑制效果過強，增加了侵染狀結構和連生體伴生的金屬顆粒在尾礦中損失，影響鎳回收率。② 水玻璃（Na2O·nSiO2）對礦泥、滑石、氧化鎂分散抑制效果也不理想。模數(shù)是水玻璃中的氧化硅和堿金屬氧化物的分子比（或摩爾比），經(jīng)實驗論證后，表明不同模數(shù)的水玻璃抑制效果有很大的差異，將原設計模數(shù)2.7的水玻璃改為模數(shù)為3.1。據(jù)此取消六偏磷酸鈉、并改用高模數(shù)水玻璃作為礦泥的分散劑，使用后鎳精礦品位提高0.23%，鎳回收率提高0.63%，氧化鎂降低0.6%，生產(chǎn)指標有很大的提高。

3）優(yōu)化起泡藥劑組合。原設計銅鎳混選流程采用BK－204作為起泡劑，在生產(chǎn)現(xiàn)場操作中發(fā)現(xiàn)泡沫兼并效果不理想，抑制劑和分散劑用量偏多，為了降低藥劑成本，通過試驗決定使用Z－200和2號油組合藥劑，工業(yè)生產(chǎn)投入使用后泡沫具有了良好的兼并效果，不但滑石上浮量有所降低，而且抑制劑和分散劑用量都有較大幅度的降低。

4）強化捕收劑的篩選與使用。原設計捕收劑為丁黃藥和Z－200，為了進一步提高銅鎳回收率，對捕收劑進行了優(yōu)化篩化比較，結果表明丁黃藥與Y89－2、Z－200三種捕收劑組合使用可達到藥劑“協(xié)同效應”，鎳回收率提高1.04%，同時氧化鎂含量未增加。

5）加強鎳連生體回收，提高鎳總收率。經(jīng)流程考察和顯微鏡觀察分析，掃選作業(yè)區(qū)伴生鎳黃鐵和部分磁黃鐵逐步上浮，但上浮速度慢，少部分易損失在尾礦中，為了進一步提高這部分金屬回收，在掃選Ⅰ加入100g／t硫酸銅對伴生鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦進行活化，起到明顯的效果，鎳回收率提高1.6%左右。

2.4 改造的生產(chǎn)實踐效果

采用新的工藝流程和改進后的藥劑制度后，實現(xiàn)了生產(chǎn)過程穩(wěn)定，多次生產(chǎn)考察的數(shù)質量流程結果如圖4。在提高浮選技術指標、節(jié)約藥劑成本、降低運行費用等方面成效顯著[10]。

圖4 新疆哈密銅鎳礦銅鎳浮選數(shù)質量流程圖

1）提高生產(chǎn)技術指標，增加經(jīng)濟效益。與試生產(chǎn)期間相比，在鎳精礦品位提高3.6%前提下鎳回收率提高5.67%。按年處理礦石25萬t計，可多收鎳金屬99.2t，銷售價按20萬元／t計算，增加經(jīng)濟效益1984萬元。

2）優(yōu)化藥劑種類與用量，節(jié)約藥劑成本。①羧甲基纖維素使用代替度0.4以下的處理每噸礦石用量為1200g，單耗金額5.62元／t；而使用代替度≮0.65，純度75%，使用量400g／t，單耗金額5.4元／t，替換使用后全年可節(jié)約成本5.4萬元。②水玻璃原用量1350g／t，經(jīng)技術改進后優(yōu)化，藥劑用量為500g／t，全年可節(jié)約成本29.3萬元。③預先浮選滑石工藝中設計硫化鈉用量800g／t，取消預先浮選滑石工藝后，硫化鈉停止使用，全年可節(jié)約成本38.0萬元。④取消預先浮選滑石工藝后，BK－204停止使用，全年可節(jié)約成本12.5萬元。

3）減少電量消耗，降低運行成本。取消預先浮選滑石工藝流程后，節(jié)約調漿攪拌槽1臺，裝機功率15kW；粗選浮選機16m3的6臺，裝機功率30kW／臺；掃選浮選機6m33臺，裝機功率11kW／臺。混合精選三次精選作業(yè)改為二次混合精選作業(yè)，節(jié)約2.8m3浮選槽2臺，裝機功率11kW；經(jīng)技改后全年節(jié)電約133.5×104kW·h，經(jīng)濟效益100.14萬元。此外，還節(jié)約設備保養(yǎng)與維修費用3萬多元。

由此技術改造，不但實現(xiàn)了企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)，還可創(chuàng)經(jīng)濟效益達2172萬多元。實踐表明：緊密結合入選礦石性質，優(yōu)化工藝流程結構，細化藥劑配伍與使用，取得了較好的經(jīng)濟技術指標。

3 結論

1）試樣為輕微氧化的高氧化鎂、中低品位銅鎳硫化 礦 石，含 鎳 為 0.62% ～0.89%，含 銅 為0.15%～0.26%，鎳主要以硫化物（鎳黃鐵礦）和硅酸鎳的形式存在。脈石礦物以滑石、輝石或橄欖石含量較高，礦石為星散浸染狀構造，結構較為松疏。

2）礦石機械性能屬中硬偏軟、易碎易磨礦石，綜合硬度系數(shù)為6.7，相對可磨度為1.26，易生成細泥惡化分選環(huán)境，適宜的磨礦細度為78%±1.5%。

3）現(xiàn)場技術改造中堅持生產(chǎn)實踐與小型試驗相結合，不斷進行優(yōu)化組合，適時調低鎳精礦品位確保鎳收率和生產(chǎn)過程穩(wěn)定。

4）生產(chǎn)改造不但實現(xiàn)了企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)，還可創(chuàng)2172萬多元的經(jīng)濟效益。表明緊密結合入選礦石性質、優(yōu)化工藝流程結構、細化藥劑配伍與使用是取得良好經(jīng)濟技術指標的關鍵。

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