諾里爾斯克鎳業(yè)集團(tuán)銅鎳礦選礦工藝改進(jìn)的新進(jìn)展

王曉民，祁世兵，石玉成，劉冰川，鄭玉榮

（1. 金川集團(tuán)股份有限公司，甘肅金昌 737100；2.中國科學(xué)院蘭州文獻(xiàn)情報(bào)中心，甘肅蘭州 730000）

1 概述

俄羅斯鎳工業(yè)礦物原料主要由位于泰梅爾半島的諾里爾斯克工業(yè)區(qū)和科拉半島的貝辰加工業(yè)區(qū)的硫化銅鎳礦，以及對(duì)其選礦-冶金處理后的工業(yè)廢料三部分構(gòu)成，約占俄羅斯已探明鎳儲(chǔ)量85%以上，占俄羅斯鎳和鈷總產(chǎn)量92%～93%。因此，通過提高有色金屬回收率、降低有色金屬隨廢棄尾礦損失來提升銅鎳礦選礦指標(biāo)尤為重要，這不僅能最大限度提升企業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，還可以利用地面堆存的廢棄尾礦作為地下采礦工程的充填料，同時(shí)還能降低對(duì)環(huán)境的污染[1]。

在俄羅斯從事硫化銅鎳礦選礦業(yè)務(wù)的主要企業(yè)有諾里爾斯克鎳業(yè)極地分公司諾里爾斯克選礦廠與塔爾納赫選礦廠，以及科拉礦冶公司貝晨加選礦廠。

1999年1月，諾里爾斯克選礦廠和塔爾納赫選礦廠建立了選礦廠生產(chǎn)聯(lián)合體。除了主車間外，尾礦設(shè)施和水力運(yùn)輸均合二為一。兩個(gè)選礦廠生產(chǎn)的銅精礦供其銅冶煉廠處理，諾里爾斯克選礦廠生產(chǎn)的鎳精礦送鎳冶煉廠處理，塔爾納赫選礦廠生產(chǎn)的鎳精礦和磁黃鐵礦精礦送納杰日金斯克冶煉廠處理。

近年來，諾里爾斯克鎳業(yè)投入巨資對(duì)諾里爾斯克選礦廠和塔爾納赫選礦廠實(shí)施了大規(guī)模升級(jí)改造，成效顯著，其技術(shù)水準(zhǔn)也代表了當(dāng)今硫化銅鎳礦選礦領(lǐng)域的領(lǐng)先水平[2]，本文就兩個(gè)選礦廠的改造情況進(jìn)行了簡要描述。

2 原料來源及成份

諾里爾斯克選礦廠主要處理分布在泰梅爾半島礦床的全部浸染礦石和塔爾納赫礦床與十月礦床的部分富礦和銅礦石，以及堆存的磁黃鐵礦精礦，其儲(chǔ)量、品位情況表1，表2。塔爾納赫選礦廠主要處理塔爾納赫-十月礦床的富礦和銅礦石。

表1 諾里爾斯克鎳業(yè)極地分公司已探明礦石儲(chǔ)量及成分

表2 磁黃鐵礦精礦的化學(xué)成分，%

3 塔爾納赫選礦廠

塔爾納赫選礦廠1981年建成投產(chǎn)，目前采用優(yōu)先-混合-優(yōu)先工藝（CKC-工藝）浮選流程，產(chǎn)出鎳精礦、銅精礦和磁黃鐵礦精礦。該工藝于2001年研發(fā)成功并推廣應(yīng)用，后經(jīng)多次改進(jìn)。

諾里爾斯克鎳業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略是通過增加富礦、銅礦、浸染狀礦石的開采量，逐步擴(kuò)大塔爾納赫選礦廠產(chǎn)能來實(shí)現(xiàn)塔爾納赫區(qū)域礦產(chǎn)資源的綜合利用和企業(yè)發(fā)展。此規(guī)劃分階段實(shí)施，其中之一就是推行CKC-工藝，第一套綜合性運(yùn)行設(shè)施是在塔爾納赫選礦廠磨浮車間安裝的ОК-100ТС (Outotec)新型浮選機(jī)已于2015年1月22日工業(yè)投產(chǎn)。安裝的新型浮選機(jī)、泵設(shè)備、礦液槽系統(tǒng)，以及確保工藝運(yùn)營的現(xiàn)代化、智能化、自動(dòng)化管理系統(tǒng)等從2014年已投料運(yùn)行。塔爾納赫選礦廠擴(kuò)能改造分2套綜合性運(yùn)行設(shè)施完成，2006年至2011年為考核期，并由參與研究開發(fā)的相關(guān)機(jī)構(gòu)的專家對(duì)各個(gè)工藝環(huán)節(jié)進(jìn)行評(píng)估。處理礦石量約1000萬t/a的兩套綜合性運(yùn)行設(shè)施按計(jì)劃在2016年完成工業(yè)投產(chǎn)[3]。

塔爾納赫選礦廠目前應(yīng)用的CKC-工藝如圖1所示。

圖1 塔爾納赫選礦廠現(xiàn)行CKC-工藝流程圖

3.1 CKC-工藝和KC-工藝

通過工藝改進(jìn)、設(shè)備升級(jí)和主體工序現(xiàn)代化改造將大幅度提高諾里爾斯克鎳業(yè)整體選冶水平，盡管送選礦廠處理的礦石品質(zhì)持續(xù)降低且成分復(fù)雜，但可以系統(tǒng)性解決環(huán)境問題[4]

推廣應(yīng)用CKC-流程后，礦石磨礦細(xì)度可從80%～0.074mm降到70%～0.074mm，從而大幅度降低了磨礦車間的能耗。

在2004-2005年，在CKC-流程的基礎(chǔ)上開發(fā)出了含鎳磁黃鐵礦浮選的新工藝。另外，為滿足納杰日金斯克冶煉廠擴(kuò)大處理鎳原料至2400kt/a的需要，礦冶試驗(yàn)研究中心與塔爾納赫選礦廠共同開發(fā)出了一種選礦處理富礦與銅礦石料的新優(yōu)先一混合工藝（KC-流程），與CKC-流程比較，KC-流程可使精礦硫化物產(chǎn)率減少到5%～7%。另外，在保持有價(jià)組份處于較高回收率外，KC-流程還有利于改善所有精礦的質(zhì)量：

（1）銅精礦中銅品位29%～30%（重量），銅回收率～80%；

（2）鎳精礦中鎳品位～11.5%（重量），鎳回收率保持在77%～80%，與CKC-流程比較，有價(jià)組份隨廢棄尾礦的損失并無增大；

（3）硫與鐵入廢棄尾礦的回收率分別提高到了7%和9%。

基于此，KC-流程已確定為諾里爾斯克極地分公司2020年前擴(kuò)大塔爾納赫選礦廠產(chǎn)能的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展方案，但不包括一期的10500kt/a礦石產(chǎn)能。

塔爾納赫選礦廠的在規(guī)?，F(xiàn)代化改造始于2014年，包括建設(shè)兩條綜合性生產(chǎn)線，以及針對(duì)新尾礦池的大量工程設(shè)施。在改造期間，擴(kuò)大了主廠房，安裝了產(chǎn)能為10200kt/a礦石的通用設(shè)備—Metso Minerals公司產(chǎn)的半自磨礦機(jī)、浮選機(jī)，以及細(xì)磨機(jī)。新尾礦池每年可堆存大約600萬噸閉路返料，可大幅度降低新鮮水使用并減少對(duì)環(huán)境的影響。此次改造除了達(dá)到更高的生產(chǎn)指標(biāo)外，還能提升環(huán)境指標(biāo)（增加硫入尾礦回收并減少二氧化硫排放量）。

塔爾納赫選礦廠的規(guī)?，F(xiàn)代化改造于2017年3月達(dá)到礦石處理能力的設(shè)計(jì)指標(biāo)，4月份達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)。未來的工作重點(diǎn)是提高選廠作業(yè)效率。截止2017年6月，諾里爾斯克鎳業(yè)極地分公司塔爾納赫選礦廠的現(xiàn)代化改造項(xiàng)目達(dá)到了規(guī)定指標(biāo)，選礦廠產(chǎn)能提升了30%以上（從7600kt/a提高到了10200kt/a），金屬隨尾礦損失降低，鎳和銅進(jìn)入混合精礦的回收率達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，且鎳磁黃鐵礦和銅精礦質(zhì)量得到提高。塔爾納赫選礦廠的現(xiàn)代化流程也完全可以推廣應(yīng)用于小規(guī)模冶煉產(chǎn)能的同類企業(yè)。

項(xiàng)目總投資總計(jì)超過470億盧布（約合8.23億美元）[5]。

3.2 CKC-工藝論證與發(fā)展規(guī)劃

根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)專家起草的工藝規(guī)程編制完成了“塔爾納赫選礦廠改造重建與技術(shù)革新擴(kuò)大產(chǎn)能至16000kt/a礦石”項(xiàng)目設(shè)計(jì)。目前該項(xiàng)目仍在實(shí)施中。

項(xiàng)目包括兩條全套輔助工作系統(tǒng)(ПК)，在2016年開工，塔爾納赫選礦廠計(jì)劃產(chǎn)能達(dá)到10500kt/a。

第一套綜合性運(yùn)行設(shè)施第一條全套輔助工作系統(tǒng)的半工業(yè)試驗(yàn)投料試車于2015年1月22日開始，在塔爾納赫選礦廠磨浮車間安裝了Outotec公司提供的ОК-ЮО ТС新型浮選機(jī)。

新設(shè)備初步運(yùn)行結(jié)果表明, 起始作業(yè)精礦的質(zhì)量指標(biāo)較之全套輔助工作系統(tǒng)運(yùn)行前有明顯提高。如精礦中銅品位從26.25%提高到28.49%。同時(shí)在一次含鎳磁黃鐵礦浮選精礦中鎳含量從8.05%提高到10.24%。

諾里爾斯克鎳業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)是將塔爾納赫選礦廠的礦石處理能力提高到16000kt/a。

4 諾里爾斯克選礦廠

諾里爾斯克選礦廠始建于1948年，1953年完成全部工程建設(shè)。在2006-2008年開始了 “諾里爾斯克選礦廠擴(kuò)大處理堆存的磁黃鐵礦精礦至1500 kt/a產(chǎn)能”和“諾里爾斯克選礦擴(kuò)大產(chǎn)能至8200 kt/a礦石分段改造”綜合方案[7]。

目前諾里爾斯克選礦廠礦石處理能力約7500kt/a，礦石采自塔爾納赫礦礦床和“十月”礦床（其中處理浸染礦石量約4000kt/a，處理銅礦石量約3500kt/a），產(chǎn)品是鎳精礦和銅精礦。另外處理堆存的磁黃鐵礦精礦1500kt/a。諾里爾斯克選礦廠將擴(kuò)大礦石處理能力至～10000kt/a。

4.1 生產(chǎn)工藝

目前在諾里爾斯克選礦廠采用不同工藝流程處理浸染礦石和銅礦石。塔爾納赫礦區(qū)“共青團(tuán)”礦山和“十月”礦山的銅礦石采用混合-優(yōu)先流程分離產(chǎn)出銅精礦、含鎳磁黃鐵礦精礦和廢棄尾礦。諾里爾斯克-1礦床、塔爾納赫礦床和十月礦床的浸染礦石采用重力-浮選-重力混合-優(yōu)先工藝流程。該工藝在過程初期采用Knelson-48離心選礦機(jī)分選出富集鉑族金屬的重精礦。將精礦輕部分浮選富集獲得混合精礦，之后對(duì)其浮選分離產(chǎn)出銅精礦、鎳精礦和最終尾礦，而最終尾礦送Knelson-48尾礦選礦機(jī)再回收貴金屬。

4.2 100萬噸/年擴(kuò)能項(xiàng)目

極地分公司正在推行一項(xiàng)擴(kuò)大浸染礦開采量、提高諾里爾斯克選礦廠處理浸染狀礦石效率的綜合規(guī)劃。

通過處理浸染礦料100萬噸/年擴(kuò)能項(xiàng)目闡述了諾里爾斯克鎳業(yè)極地分公司諾里爾斯克選礦廠的階段性改造成果。在諾里爾斯克選礦廠細(xì)碎工段建設(shè)了第4套破碎分級(jí)系統(tǒng)，新安裝了高效重力選礦系統(tǒng)，設(shè)備依次投入運(yùn)營，在破碎車間和磨浮車間的空地已進(jìn)行了投產(chǎn)前的調(diào)試工作，選礦廠正常運(yùn)營，且沒有減少現(xiàn)行生產(chǎn)線礦石處理量。在完成第一階段改造后，諾里爾斯克選礦廠可將浸染礦石處理產(chǎn)能平均提高約800kt/a。在2015年6-7月份實(shí)現(xiàn)選礦廠第二階段改造。該項(xiàng)改造最終不僅可提高諾里爾斯克選礦廠產(chǎn)能1000kt/a，使極地分公司產(chǎn)品產(chǎn)量增加，而且還可提高選礦廠整體工作的穩(wěn)定性。

在2012年4季度之前，在諾里爾斯克選礦廠對(duì)推存的磁黃鐵礦精礦原料進(jìn)行了處理。當(dāng)推存在磁黃鐵礦倉庫的所有物料處理完之后采取了利用現(xiàn)行工藝空閑設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)擴(kuò)大浸染礦石處理量的方案。因此研發(fā)并實(shí)施了擴(kuò)大諾里爾斯克選礦廠處理浸染礦石混合料1000kt/a的項(xiàng)目方案[7]。

截至2015年7月，大規(guī)模改造項(xiàng)目全部完工并投產(chǎn)運(yùn)營。此次改造的最大優(yōu)點(diǎn)是項(xiàng)目在諾里爾斯克選礦廠現(xiàn)行破碎車間和磨浮車間實(shí)施，便于逐步增大原礦處理量。項(xiàng)目實(shí)施并沒有影響正常選礦工藝流程。復(fù)雜的工藝設(shè)備在2013年底完成安裝調(diào)試后就已投產(chǎn)，可以使浸染礦石處理量平均增加800kt/a。

在改造第一階段采取了以下措施：

① 在諾里爾斯克選礦廠破碎車間細(xì)碎工段完成了第4套破碎分級(jí)系統(tǒng)建設(shè)，包括以下設(shè)備：皮帶輸送機(jī)、КМД-2200Т破碎機(jī)和ГРС 2000×5000篩分機(jī)。

② 為了增大浸染礦石的磨礦量，將銅礦磨礦工段磨礦分級(jí)設(shè)備搬遷到一段磨礦和分級(jí)工區(qū)。為了用浸染礦石取代磨礦和分級(jí)系統(tǒng)的銅礦石，建設(shè)并投產(chǎn)了磨礦分級(jí)系統(tǒng),包括МШРГУ4500×6000球磨機(jī)、1КСП-24分級(jí)機(jī)、帶式輸送機(jī)和Warman 12/10高性能自動(dòng)泵水力旋流器裝置。

③ 將一段磨礦的4臺(tái)МШЦ3200X3800磨礦機(jī)（同時(shí)安裝有Warman 12/10自動(dòng)泵水力旋流器裝置）用于二段磨礦和分級(jí)作業(yè)。

④ 將Wemco機(jī)械浮選機(jī)用于浸染礦混合粗選—6臺(tái)60m3浮選機(jī)和5臺(tái)20m3浮選機(jī)。

完成第一階段計(jì)劃可以解決以下問題：

① 能夠提升選礦廠現(xiàn)行設(shè)備的現(xiàn)代化水平。

② 能夠增大諾里爾斯克選礦廠浸染礦石處理量1000kt/a。

③ 能夠確保改造順利進(jìn)行，且在選礦廠不停產(chǎn)情況下處理浸染礦石。

近期將進(jìn)行諾里爾斯克選礦廠第二階段改造，主要包括：

① 新安裝由5臺(tái)Knelson-48選礦機(jī)組成的高效重力選礦系統(tǒng)。

② 將脫水濃縮機(jī)用于破碎車間粉礦洗滌礦泥濃縮和混合精礦脫水。

③ 完成Warman自動(dòng)泵水力旋流器裝置泵房的翻修。

項(xiàng)目完成后不僅能夠提高極地分公司諾里爾斯克選礦廠產(chǎn)能和產(chǎn)品產(chǎn)量，而且還能夠提高選礦廠整體工作的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

（1）選礦工藝依據(jù)礦石特點(diǎn)選擇

在選礦工藝選擇方面，諾里爾斯克選礦廠應(yīng)用帶有重選的混合-分離浮選流程，礦石原料以貧礦為主。塔爾納赫選礦廠采用CKC-浮選流程，礦石原料主要為富礦。選礦廠獲得的產(chǎn)品是銅精礦、鎳精礦、磁黃鐵礦精礦和拋棄的尾礦。

（2）推廣使用新藥劑

尋找新藥劑提高混合精礦質(zhì)量。成功推廣使用了ДМДК和ДП-4新藥劑，不僅使鎳入最終鎳精礦的回收率提高了10%，而且還改善了精礦質(zhì)量。1998年，ДМДК藥劑在塔爾納赫選礦廠磁黃鐵礦浮選工藝推廣應(yīng)用，從而大幅度提高了鐵和硫入尾礦中的回收率，磁黃鐵礦入尾礦的產(chǎn)率達(dá)到58%～59%，僅此可減少二氧化硫排放量l40kt/a。

1999年塔爾納赫選礦廠和諾里爾斯克選礦廠在粗銅精礦精選作業(yè)成功應(yīng)用了亞硫酸氫鈉，產(chǎn)出了含鎳低的高質(zhì)量銅精礦。在2005-2006年，在塔爾納赫選礦廠銅浮選系統(tǒng)完成了共同使用 “Б”牌號(hào)ТАФ-7和НБА藥劑替代標(biāo)準(zhǔn)型丁基黑藥的工業(yè)試驗(yàn)，效果顯著：銅精礦中銅鎳比從22.07提高到了22.53，同時(shí)銅入銅精礦的回收率也從74.07%提高到了75.80%。此工藝制度于2006年投入工業(yè)應(yīng)用。

（3）改進(jìn)工藝，提高金屬回收率

2001年，塔爾納赫選礦廠采用新的CKC-流程浮選工藝替代了原設(shè)計(jì)的優(yōu)先浮選流程。新工藝的主要優(yōu)點(diǎn)是可以將低含鎳磁黃鐵礦分離到單獨(dú)的產(chǎn)品中，在精選作業(yè)處理后可以將其作為鉑族金屬原料送去處理。該工藝的另一優(yōu)點(diǎn)是可以將原礦中全部脈石都分離到混合浮選尾礦中。

2003年應(yīng)用了粗銅精礦再磨工藝，2004年增加了銅精礦第二次精選作業(yè)。采用新工藝使銅入銅精礦回收率提高了2%，鎳精礦和磁黃鐵礦精礦中的鎳銅比得到改善。

在2004-2005年，在CKC-流程的基礎(chǔ)上開發(fā)出了含鎳磁黃鐵礦浮選的新工藝。另外，還開發(fā)出了的選礦處理富礦與銅礦的KC-流程。

綜上所述，俄羅斯多年來一直從事著對(duì)諾里爾斯克選礦廠和塔爾納赫選礦廠的大規(guī)模技術(shù)改造與工藝改進(jìn)，有些改進(jìn)還在進(jìn)行當(dāng)中，特別是在推廣使用新設(shè)備、新工藝，以及在尋求新藥劑等方面成效顯著，使有價(jià)金屬回收率明顯提高，降低了生產(chǎn)成本，改善了生態(tài)環(huán)境，提高了經(jīng)濟(jì)效益。