羅立群，李金良，黃 紅

（1.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430070；2.新疆瑞倫礦業(yè)有限責(zé)任公司，新疆哈密839000；3.武漢理工大學(xué)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(gè)礦區(qū)，預(yù)測(cè)資源量為1580多萬金屬噸，鎳礦資源儲(chǔ)量90余萬金屬噸，僅次于鎳都金川，居中國(guó)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(xiàng)目于2010年10月建成投產(chǎn)。

因投產(chǎn)后的礦石性質(zhì)與原試驗(yàn)礦石性質(zhì)發(fā)生了很大的變化，礦石泥化程度進(jìn)一步惡化，浮選過程中泡沫較粘、跑槽現(xiàn)象嚴(yán)重，浮選藥劑成本高，生產(chǎn)指標(biāo)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(xué)特征，實(shí)施工藝流程結(jié)構(gòu)改造、細(xì)化藥劑種類與品質(zhì)、優(yōu)化用量組合，經(jīng)技術(shù)改造后生產(chǎn)過程穩(wěn)定、技術(shù)指標(biāo)提高，經(jīng)濟(jì)效益顯著，表明改造后的流程及技術(shù)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(zhì)與工藝礦物學(xué)

1.1 礦石的化學(xué)成分

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

表1 入選礦石與原試驗(yàn)礦石主要化學(xué)成分對(duì)比／（wt%）

表2 入選礦石與原試驗(yàn)礦石鎳的物相分析結(jié)果／（wt%）

表3 入選礦石與原試驗(yàn)礦石銅的物相分析結(jié)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(nèi)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(yàn)樣鎳、銅稍高，為0.90%和0.28%。

2）為達(dá)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(jì)含量達(dá)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(yàn)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(shí)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(jì)達(dá)95%左右，從理論上來說，它們均為選礦富集回收銅的對(duì)象。

綜合化學(xué)成分特點(diǎn)，可以認(rèn)為區(qū)內(nèi)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(gòu)造，個(gè)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(jié)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(fù)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(zhǎng)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(yàn)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(zhì)體，晶粒內(nèi)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(guān)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(qiáng)，磁黃鐵礦可呈微細(xì)的殘余包裹在鎳黃鐵礦中。晶體粒度變化較大，細(xì)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(dāng)與磁黃鐵礦或黃銅礦混雜交生時(shí)，構(gòu)成的集合體粒度可至1～2.5mm左右。

2）呈細(xì)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(xì)小者小于0.02mm。

3）呈細(xì)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(qiáng)烈的礦塊中，絕大多數(shù)與磁黃鐵礦毗連而構(gòu)成細(xì)小的連晶，尤其與滑石等葉片狀脈石的嵌連關(guān)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(nèi)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(xì)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(shù)指標(biāo)的必要條件[6]。不同磨礦細(xì)度條件下礦石中鎳黃鐵礦和黃銅礦的解離度測(cè)定結(jié)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(xì)度目的礦物的解離度／（wt%）

由表5可知，隨著磨礦細(xì)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(xì)度基本可滿足獲得合格鎳精礦和銅精礦的細(xì)度要求，不過略粗于根據(jù)礦物嵌布粒度推薦的磨礦細(xì)度，這與礦石中滑石和蛇紋石等鱗片狀脈石含量較高有關(guān)。

2 選礦生產(chǎn)流程與改造效果

2.1 原試驗(yàn)推薦流程

對(duì)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(yù)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(jìn)行銅鎳分離，銅鎳礦浮選原閉路試驗(yàn)結(jié)果如表6所示[4]。

表6 哈密黃山銅鎳礦浮選原閉路試驗(yàn)結(jié)果／（wt%）

投產(chǎn)后生產(chǎn)指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)效益都不理想，主要是浮選過程中泡沫較粘、跑槽現(xiàn)象嚴(yán)重；浮選過程穩(wěn)定操作困難；預(yù)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(yàn)研究相對(duì)比較充分，對(duì)礦石除了進(jìn)行了詳細(xì)的條件試驗(yàn)和開、閉路試驗(yàn)之外，還進(jìn)行了相對(duì)可磨度試驗(yàn)，其結(jié)果如圖3所示。各粒度范圍的的相對(duì)可磨度K（K＝T0／T）處于1.33～1.11，平均為1.26，表明試樣相對(duì)易磨。

圖3 礦石相對(duì)可磨度測(cè)定曲線圖

2.2 改造后的生產(chǎn)流程與結(jié)構(gòu)

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

測(cè)試硬度系數(shù)f時(shí)，將待測(cè)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(qiáng)度是在 WE－30型液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，通過測(cè)得試塊的破壞載體，計(jì)算出抗壓強(qiáng)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(jì)結(jié)果如表7所示。

表7 銅鎳礦試樣硬度系數(shù)f統(tǒng)計(jì)結(jié)果／（kg／cm2）

測(cè)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(chǔ)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(duì)浮選工藝流程進(jìn)行主要技術(shù)改造。

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

2）取消預(yù)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(dá)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(yù)先浮選滑石，直接進(jìn)行銅鎳混合浮選。

3）調(diào)整流程結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)早收合格產(chǎn)品[7]。遵循能收早收的原則，將原設(shè)計(jì)混合粗選Ⅰ泡沫精礦進(jìn)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(jìn)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?；旌洗诌xⅡ泡沫精礦由原設(shè)計(jì)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(qiáng)化中礦選別，提高鎳回收率。根據(jù)各階段的考察結(jié)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(qiáng)混合精選中礦連生體和浸染體狀結(jié)構(gòu)顆?；厥?。

2.3 生產(chǎn)改造的技術(shù)措施與特點(diǎn)

通過現(xiàn)場(chǎng)磨礦試樣的實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，浮選藥劑的選用與添加對(duì)生產(chǎn)指標(biāo)影響很大，對(duì)此細(xì)化藥劑種類與品質(zhì)，優(yōu)化添加與用量組合，工藝技術(shù)改進(jìn)措施主要有以下方面。

1）細(xì)化羧甲基纖維素（MIBC）的使用品質(zhì)。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(yán)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(zhì)進(jìn)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(duì)其抑制效果也不理想。根據(jù)浮選考察現(xiàn)象，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(yīng)保持在0.5以上較好。因?yàn)榇娑仁囚燃谆w維素的重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，它的高低可表示質(zhì)量的優(yōu)劣，代替度對(duì)含鎂硅酸鹽的抑制效果有很大影響[9]。

通過試驗(yàn)確定提高羧甲基纖維素質(zhì)量，代替度≮0.65% 純度≮75%，pH ＝7.0～8.5對(duì)滑石和高氧化鎂礦物具有很好的抑制效果，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)投入使用后，各項(xiàng)生產(chǎn)理論指標(biāo)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(duì)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(duì)現(xiàn)場(chǎng)礦石中侵染狀結(jié)構(gòu)和連生體結(jié)構(gòu)顆粒抑制效果過強(qiáng)，增加了侵染狀結(jié)構(gòu)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(duì)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(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)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(biāo)有很大的提高。

3）優(yōu)化起泡藥劑組合。原設(shè)計(jì)銅鎳混選流程采用BK－204作為起泡劑，在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(yàn)決定使用Z－200和2號(hào)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(qiáng)化捕收劑的篩選與使用。原設(shè)計(jì)捕收劑為丁黃藥和Z－200，為了進(jìn)一步提高銅鎳回收率，對(duì)捕收劑進(jìn)行了優(yōu)化篩化比較，結(jié)果表明丁黃藥與Y89－2、Z－200三種捕收劑組合使用可達(dá)到藥劑“協(xié)同效應(yīng)”，鎳回收率提高1.04%，同時(shí)氧化鎂含量未增加。

5）加強(qiáng)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(jìn)一步提高這部分金屬回收，在掃選Ⅰ加入100g／t硫酸銅對(duì)伴生鎳黃鐵礦和磁黃鐵礦進(jìn)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(shí)踐效果

采用新的工藝流程和改進(jìn)后的藥劑制度后，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程穩(wěn)定，多次生產(chǎn)考察的數(shù)質(zhì)量流程結(jié)果如圖4。在提高浮選技術(shù)指標(biāo)、節(jié)約藥劑成本、降低運(yùn)行費(fèi)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(zhì)量流程圖

1）提高生產(chǎn)技術(shù)指標(biāo)，增加經(jīng)濟(jì)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(jì)，可多收鎳金屬99.2t，銷售價(jià)按20萬元／t計(jì)算，增加經(jīng)濟(jì)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(shù)改進(jìn)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(yù)先浮選滑石工藝中設(shè)計(jì)硫化鈉用量800g／t，取消預(yù)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(yù)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(yùn)行成本。取消預(yù)先浮選滑石工藝流程后，節(jié)約調(diào)漿攪拌槽1臺(tái)，裝機(jī)功率15kW；粗選浮選機(jī)16m3的6臺(tái)，裝機(jī)功率30kW／臺(tái)；掃選浮選機(jī)6m33臺(tái)，裝機(jī)功率11kW／臺(tái)?；旌暇x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(tái)，裝機(jī)功率11kW；經(jīng)技改后全年節(jié)電約133.5×104kW·h，經(jīng)濟(jì)效益100.14萬元。此外，還節(jié)約設(shè)備保養(yǎng)與維修費(fèi)用3萬多元。

由此技術(shù)改造，不但實(shí)現(xiàn)了企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)，還可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2172萬多元。實(shí)踐表明：緊密結(jié)合入選礦石性質(zhì)，優(yōu)化工藝流程結(jié)構(gòu)，細(xì)化藥劑配伍與使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。

3 結(jié)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(gòu)造，結(jié)構(gòu)較為松疏。

2）礦石機(jī)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(duì)可磨度為1.26，易生成細(xì)泥惡化分選環(huán)境，適宜的磨礦細(xì)度為78%±1.5%。

3）現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)改造中堅(jiān)持生產(chǎn)實(shí)踐與小型試驗(yàn)相結(jié)合，不斷進(jìn)行優(yōu)化組合，適時(shí)調(diào)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(shí)現(xiàn)了企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)，還可創(chuàng)2172萬多元的經(jīng)濟(jì)效益。表明緊密結(jié)合入選礦石性質(zhì)、優(yōu)化工藝流程結(jié)構(gòu)、細(xì)化藥劑配伍與使用是取得良好經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的關(guān)鍵。

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