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选矿技术
红土镍矿选矿工艺与设备的现状及展望
来源:万方2019-06-16967
 红土镍矿选矿工艺与设备的现状及展望 ·1· 红土镍矿选矿工艺与设备的现状及展望冯建伟 (中国恩菲工程技术有限公司,北京100038)

【摘要]针对红土镍矿的矿石性质与生产现状,对目前红土镍矿的选矿处理工艺与设备进行了综述,重点介绍了针对火法冶炼和湿法冶炼两种冶炼工艺配套的矿石制备工艺和设备,并着重叙述了HPAL 项目红土矿选矿工艺的发展过程和现状,最后展望了红土镍矿选矿工艺的发展前景。 [关键词]红土镍矿;矿石制备;工艺;设备【中图分类号]TD921;TF815 【文献标识码】B [文章编号】1672—6103(2013)05-0001-06 镍金属因具有很强的抗腐蚀性、耐热性以及良好的可塑性与韧性,可广泛应用于钢铁、有色冶炼、电镀、化工、机械等行业。世界上可开采的镍资源有两类,其一是岩浆型硫化镍矿,其二是风化型氧化镍矿(红土镍矿)。目前,全球已探明的镍储量约为1.6 亿t,其中硫化镍矿约占30%,红土镍矿约占70%,由于硫化镍矿资源品质好,工艺技术成熟,现在约60%的镍产量来源于硫化镍矿,但因硫化镍矿的长期开采,全球硫化镍矿已出现资源危机u,,近年来全球镍行业将资源开发的重点转向了储量丰富的红土镍矿。红土镍矿成分复杂,按照化学成分的不同大体可以分为褐铁矿型和硅镁镍矿型(残积矿)两大类;按照含水率多少的不同又分为“湿型矿”和“干型矿” 两类;按照红土镍矿生产镍的冶炼工艺可分为火法冶炼和湿法冶炼两类。红土矿选矿工艺主要是为冶炼制备合格的矿石或矿浆,根据火法冶炼和湿法冶炼对物料要求的不同,以及处理红土矿性质的不同,其矿石制备方法也差别较大。各种红土矿性质差异大、含水高、粘度大等问题使得红土矿选矿成为红土矿开发利用的难点之一,所以对红土矿选矿进行深入研究意义重大。 1 红土镍矿的资源分类及矿石性质目前发现的红土矿多在热带、亚热带地区,这与 [作者简介]冯建伟(1979一),男,陕西渭南人,工程师,主要从事选矿工艺设计。 [收稿日期】2013—06—30 红土矿的成因有关。红土矿大多是因气候原因风化造成母岩(具体为镍镁橄榄岩或镍纯橄榄岩)经自然雨淋、氧化等作用,大量不溶的离子遗留形成含有铁、铝、镍、钻、硅、铬等含水氧化物。红土镍矿按照成分不同可分为褐铁矿型和硅镁镍矿型两大类,褐铁矿型红土矿位于矿床的上部,特点是镍、硅、镁含量较低,铁、钴含量较高,这种矿石宜采用湿法冶炼工艺处理。硅镁镍矿也叫残积矿,位于矿床的下部,特点是镍、硅、镁的含量较高,铁、钴含量较低,这种矿石宜采用火法冶炼工艺处理。而处于中间过渡层的矿石既可以采用火法冶炼工艺,也可采用湿法冶炼工艺。不同矿物类型的红土镍矿成分与提取工艺详见表1“1。红土矿因为矿区气候和雨量的不同,含水率差别很大,按照含水率的差别分为“干型矿”和“湿型矿”两种。“干型矿”主要分布在距离赤道较远的南半球大陆,如澳大利亚的西澳、昆士兰州和新南威尔士州,其红土矿主要为粘土(蒙脱石)型和铁氧化物一硅质型,其含水率低(10%.30%),Ni品位较低,因水分较低选矿难度较低。“湿型矿”主要分布在赤道地区,如新喀里多尼亚、印尼、菲律宾、巴布亚新几内亚和加勒比海地区,其含水率高(约35%~60%),Ni品位较高,其中部分红土矿还含有较高的铬铁矿,选矿难度较大。虽然红土镍矿有不同类型之分,但从总体上看,它们都具有以下特点: (1)含镍品位较低(1%一3%),矿物组成比一般硫化镍矿复杂很多,各类红土矿都是经过风化以后万方数据 ·2· 中固有色冶4t'- A卷红土镍矿湿法冶炼的矿石,它含有大量的超细物料,通常含有大量的水分,既有表面水也有结晶水,还夹杂有数量不等的坚硬岩石。这种岩石根据其有用矿物含量可能废弃,也可能进行处理,即使是把这些岩石废弃的话,可能仍然要对其进行筛分、破碎、擦洗,以便易于搬运和最大限度地回收有用矿物,破碎和筛分设计要考虑的主要问题是矿石的粘性。 (2)成分含量波动大。不仅镍、钴等有价元素的含量变化大,而且脉石成分(SiO:、MgO、Fe:0,、A1:0,) 变化大,即使是在同一矿床,红土矿成分(Ni、co、Fe、 cr等)也随着矿层的深度不同而不断变化。 (3)砾石含量及粒度变化大。红土矿中砾石的粒度虽然整体上呈现褐铁矿含砾石较少且粒度较小,残积层含砾石较多且粒度较大的规律,但实际上褐铁矿和残积矿的砾石粒度均有可能从3 mm。 2 000 mm分布不等。

(4)水分变化大。不仅红土矿湿型和干型含水率变化较大,即使是同一矿床,旱季和雨季的矿石含水变化也很大。 2红土镍矿选矿工艺与设备现状目前红土镍矿的冶炼工艺分为火法冶炼和湿法冶炼两种,火法冶炼工艺主要分为还原熔炼镍铁和还原熔炼造锍两种。湿法冶炼工艺主要包括细菌浸出、还原焙烧后氨浸、加压酸浸工艺等。红土矿的选矿工艺主要是为冶炼制备合格的矿石或矿浆,所以选矿工艺(矿石制备)也可分为:火法冶炼的矿石制备、湿法冶炼的矿石制备,其中湿法冶炼中的还原焙烧后氨浸,由于先进行焙烧,属于火法冶炼,故本文将其视为火法冶炼的矿石制备。 2.1火法冶炼的矿石制备火法冶炼由于冶炼过程中能耗高、成本高等原因,目前主要用于处理高品位的红土镍矿,且以干型红土矿为主。火法冶炼的特点是对物料进行煅烧或焙烧,对矿石的基本要求是进行破碎、筛分,粗粒用于煅烧,粒度要求约25 mm一150 mm,细粒丢弃或制团后煅烧。为节省能源消耗,火法冶炼对矿石水分要求越低越好,所以火法冶炼的矿石制备不能加水冲洗,必要的时候还要先干燥,再破碎筛分。两种典型火法冶炼的矿石制备如下。 2.1.1鹰桥多米尼加镍铁厂矿石制备鹰桥多米尼加镍铁厂红土矿原矿含水26%。 30%,属于干型红土矿,矿石处理能力为110 t/h,其矿石制备工艺为“三级筛分+破碎+干燥筛分”,详见图l。取图1鹰桥多米尼加镍铁厂矿石制备流程图 2.1.2印尼PT INCO镍铁厂矿石制备印尼PT INCO镍铁厂红土矿原矿含水15%~ 25%,属于干型红土矿。其矿床分为东区和西区两部分,东区矿床矿石制备工艺为“二级筛分+破碎+ 干燥筛分+破碎”,详见图2;西区矿床矿石制备工艺为“二级筛分+干燥筛分”,详见图3。 2.1.3火法冶炼的矿石制备总结总结现有的火法冶炼矿石制备工厂,其工艺和设备的选择的共性如下: (1)确定矿石制备工艺和设备的主要因素、矿石的性质,例如含水率、矿石粘度、砾石含量、砾石大小、各粒级有用元素的品位和分布,及煅烧对矿石粒度大小的要求,以及由冶炼工艺确定的矿石工业品位大小等。 (2)矿石制备筛分设备的选择。红土矿砾石粒万方数据 2013年10月第5期 冯建伟:红土镍矿选矿工艺与设备的现状及展望 ·3· 圭堡堑堡金图2印尼PT INCO镍铁厂东区矿床矿石制备流程图圭丝堑望盒图3印尼PT INCO镍铁厂西区矿床矿石制备流程图度范围较大,为保证矿石能正常进入后续设备,一般都需要在原矿仓上方设置格筛作为第一段筛分;当红土矿含水较高、粘度较大时,可使用滚轴筛作为第二段筛分;如果红土矿含水较低、粘度不大时,可采用振动筛作为第二段筛分;为提高细粒矿石的回收率,可以选择圆筒筛或圆筒磨筛机作为第三段筛分。 (3)矿石制备破碎设备的选择。含水率低、矿石粘度低的红土矿可以使用颚式破碎机进行破碎;含水率较高、矿石粘度大的红土矿建议使用双齿对辊破碎机或MMD型破碎机(也叫筛分破碎机)进行破碎。 2.2湿法冶炼的矿石制备湿法工艺虽然存在着工艺复杂、流程长、对设备要求高等问题,但它与火法工艺相比,具有能耗低、金属回收率高等优势。所以目前可用于处理较低品位的红土镍矿,且既可处理干型红土矿也可处理湿型红土矿。湿法冶炼的特点是对物料进行浸出,对矿石的基本要求是矿浆的粒度、品位、浓度达到冶炼浸出要求,故其主要是对红土矿进行洗矿(粗细粒分离)、除杂(主要除去磨蚀性较强的铬铁矿)、矿浆浓缩。两种典型的湿法冶炼矿石制备如下。 2.2.1 澳大利亚穆林穆林公司干型红土矿的矿石制备澳大利亚穆林穆林公司冶炼工艺采用高压酸浸工艺,其红土矿原矿含水26%,属干型红土矿,矿石处理能力为400万t/a、Ni品位1.24%、Cr品位 0.88%。其褐铁矿和残积矿分开处理,褐铁矿矿石制备工艺为“双齿对辊破碎+磨矿+浓缩”,详见附图 4,残积矿矿石制备工艺为“二段颚式破碎+磨矿”,详见附图5。图4穆林穆林公司褐铁矿的矿石准备流程图皇塑型壅互图5穆林穆林公司残积矿的矿石准备流程图 2.

2.2古巴毛阿镍厂湿型红土矿矿石制备古巴毛阿镍厂冶炼工艺采用加压酸浸工艺,其红土矿原矿含水36%,属于湿型红土矿,矿石处理能力为260万t/a、Ni品位1.36%,其矿石主要为褐铁矿,少量残积矿与和褐铁矿合并处理。其矿石制备万方数据 ·4· 中固有色冶金 A卷红土镍矿湿法冶炼工艺为“洗矿+矿浆浓缩”,详见图6,其中洗矿工艺为“四级筛分+两段洗矿+破碎”,目的是将褐铁矿中的混杂的蛇纹石分离出去,并将褐铁矿制成矿浆送浸出车间使用。,mm 式破碎机鲎堕查 壁虽笙錾图6古巴毛阿镍厂矿石制备流程图 2.2.3湿法冶炼的矿石制备总结总结现有的湿法冶炼矿石制备工厂,其工艺和设备的选择的共性如下: (1)确定矿石制备工艺和设备的主要因素、矿石的性质,例如含水率、矿石粘度、砾石含量、砾石大小、各粒级有用元素的品位和分布,及湿法冶炼工艺对矿石粒度大小、工业品位、浓度、杂质含量等要求。 (2)对干型红土矿的矿石制备,相对比较简单,可以采用“破碎+磨矿”的工艺流程,褐铁矿的破碎最好采用双齿对辊破碎机或MMD型破碎机,若采用颚式破碎机容易出现堵塞破碎腔的故障;残积矿的破碎可以采用颚式破碎机;磨矿可以采用半自磨,既能减少低Ni、高Mg的脉石进入矿浆,又能减少钢球的消耗。 (3)对湿型红土矿的矿石制备,由于矿石含水高、粘度大、砾石含量波动大等不利因素,矿石制备比较复杂。一般在原矿仓前设格筛,之后采用滚轴筛筛分,然后进入圆筒洗矿机或圆筒擦洗机中加高压冲洗水洗矿,之后采用槽式洗矿机进行擦洗,用振动筛进行除杂草木屑。如果矿石中含有铬铁矿,根据工程经验,必须对除Cr足够重视。 (4)湿式红土矿中如果需要除铬,工程中容易出现以下问题:①合格洗矿产品中较粗细粒(一3 mm) 多为细小泥团,且部分包裹铬铁矿,使洗矿产品中 Cr含量难以降低,并影响铬铁矿的回收。②选铬工艺流程难以兼顾降低洗矿产品中铬含量同时产出合格铬铁矿精矿。 3 某红土镍矿项目选矿流程发展与实施 3.1流程选择原则 3.1.1资源性质该红土镍矿项目位于大洋洲,其红土矿原矿含水30%~50%,属于湿型红土矿,Ni品位~1%,其矿石类型可分为褐铁矿、残积矿、含砾残积矿三类。含镍褐铁矿类矿石中,针铁矿占主导地位,蛇纹石和滑石的含量都很少,而残积矿则相反,其中的蛇纹石、镁橄榄石和滑石的含量较多。工艺矿物学研究结果表明: (1)褐铁矿型矿石和残积型矿石中的Ni主要赋存在针铁矿中; (2)矿石中伴生的Co含量较高,且大部分的co 赋存在钴土矿和锰矿物之中; (3)矿石中伴生的Cr含量,达到综合回收要求,且主要以粗粒铬铁矿的形式存在; (4)矿石中碱性脉石矿物的含量较低,其中大部分的MgO主要与铬铁矿的关系密切。因此,通过选铬过程有利于减少对输送管道的磨损,同时也降低了MgO的含量,使得冶炼高压酸浸过程酸耗降低。

3.1.2长距离管道输送及冶炼工艺要求该项目冶炼工艺采用高压酸浸工艺,冶炼厂与矿山距离较远,选矿厂在矿山制备好矿浆后需要通过长距离管道输送到冶炼厂。长距离管道输送对选矿产品的要求主要体现在:矿浆粒度、矿浆浓度、磨蚀性较强的铬铁矿的含量。冶炼工艺对选矿产品的要求主要体现在:有用元素Ni、co的含量,杂质元素 Mg、A1、Cr的含量,矿浆粒度等方面。 3.1.3选矿工艺的原则流程根据长距离管道输送和冶炼工艺对选矿产品的要求,选矿的目的是实现原矿中砾石和含镍细粒矿的分离,除去矿浆中铬铁矿,通过分级及磨矿控制矿浆的粒度,通过浓缩实现矿浆的浓度。据此目的,选矿工艺的原则流程是:洗矿、选铬(除铬)、矿浆浓缩,详见图7。 3.2国外可研的选矿工艺 3.2.1 国外可研推荐的选矿工艺该项目最初由国外某设计公司进行了可行性研万方数据 2013年10月第5期 冯建伟:红土镍矿选矿工艺与设备的现状及展望 ·5· 盛趑图7项目矿石准备工艺原则流程图究,其推荐的选矿原则工艺流程是:洗矿、除铬、矿浆浓缩,其中洗矿工艺流程是“滚轴筛+两级圆筒擦洗机+振动筛”,选铬流程为“两段水力旋流分级+三段螺旋溜槽除铬+球磨机闭路磨矿”,矿浆浓缩采用深锥浓缩机。 3.2.2对国外的选矿工艺评述国外公司对上述选矿工艺曾进行过小型试验、半工业试验,根据试验结果分析,国外推荐的红土矿选矿工艺有以下缺点: (1)洗矿工艺的缺点是:①湿式红土矿粘度与水分大,辊轴筛在分离大块的过程中会带走部分沾在大块上的细粒矿泥,分离效果不好;②由于湿式红土矿属难洗矿石,用圆筒擦洗机洗矿过程需添加洗矿介质,否则洗矿分离效果不佳,造成生产过程复杂; ③圆筒洗矿机装机功率高,设备投资大。 (2)选铬流程的缺点是:①铬铁矿精矿品位铬铁比达不到商品级要求,只能作为炉料级铬铁矿精矿堆存;②螺旋溜槽的选铬富集比低,除铬后的矿浆中 Cr203品位高。 (3)该矿浆浓缩机的缺点是:①底流浓度过高导致不能合理利用高差实现自流;②输送工艺复杂,浓缩机采用价格昂贵的深锥浓缩机,长距离管道输送需要两级泵站,输送设备需要采用隔膜泵,导致设备投资大、装机功率高。 3.3国内试验研究为了更全面的了解该项目的矿石性质,为制定更加适应矿石性质的选矿工艺提供试验依据,中国恩菲工程技术有限公司先后与国内相关试验单位进行了洗矿小型探索性试验、选矿扩大验证试验、提高铬铁矿铬铁比试验、矿浆浓缩试验、矿浆流变特性试验等相关试验。 3.4恩菲推荐的选矿工艺流程及设备通过试验充分了解项目的矿石性质,中国恩菲工程技术有限公司以多年来积累的工程经验为基础,根据对国外红土矿选矿流程和国内相关选矿实践的深入研究和对比,制定了以国产设备为基础,恩菲自有知识产权的洗矿、选铬工艺流程。该选铬工艺可以概括为“二次筛分、二次擦洗” 除去砾石的洗矿流程,“多次分级、重磁联合”选出铬铁矿的选铬流程,并提出变高浓度输送为较低浓度输送的长距离(130 km)输送方案,采用自动稀释高效浓缩机提高浓缩效果的矿浆浓缩流程,从而可以使用高效浓缩机代替深锥浓缩机,同时使两级泵站减少为一级泵站,在特定矿浆浓度下,还可以实现不开输送泵矿浆能自流到冶炼厂。 3.5恩菲推荐的流程、设备的特点经过扩大验证试验和项目的试生产结果,恩菲推荐的选矿工艺流程、设备具有以下特点: (1)将褐铁矿和残积矿按照一定的比例合并处理,既降低了采矿难度,又实现了矿石的充分配矿,同时残积矿的砾石可以作为褐铁矿的擦洗介质。 (2)充分考虑了矿石的性质,对国内洗矿设备进行了改进,实现了先使粗细尽快分离,然后针对砾石和粘土的不同性质分别洗矿,充分利用矿石中的粗颗粒作为洗矿擦洗介质,既降低了粗颗粒表面沾附的细粒矿泥,又提高了细颗粒的打散程度。 (3)洗矿、选铬设备全部使用国产设备,设备装机功率小、投资低。

(4)解决了国外推荐的选矿流程中存在的诸多问题,与国外推荐的选矿流程相比能产出更好质量的红土矿矿浆,同时能产出商品级的铬铁矿。 4结语与展望红土镍矿的矿石性质与硫化镍矿差别很大,具有矿石组成复杂,含水率大,粘度大等特点,再加之采矿提供的矿石成分波动大,而后续冶炼工艺对矿石的质量又要求比较严格,使得红土矿选矿工艺看似简单,实际工程应用中难点很多。火法冶炼的矿石制备工艺主要是筛分和破碎,其原矿主要是品位较高的残积矿,含水率较低,粘度较小,相对比较简单。目前使用的筛分设备主要是格筛、振动筛,但已经有个别矿山开始将用于湿型红土矿筛分的滚轴筛用于干型红土矿筛分,虽然滚轴筛的价格较高,但能有效防止黏土堵筛现象。干型红土矿目前使用的破碎机主要是颚式破碎机、双齿对辊破碎机,在个别含水率较高的矿山也开始使用万方数据中固有色冶金 A卷红土镍矿湿法冶炼性能更加优良、功率较高、价格较高的MMD型破碎机。湿法冶炼的矿石制备工艺主要是洗矿、除铬,其原矿主要是品位较低的褐铁矿或与残积矿混合的混合矿,具有含水率高,粘度大,工艺复杂的特点。目前使用的洗矿设备主要是滚轴筛、圆筒洗矿机、圆筒擦洗机、槽式洗矿机等,但已经有个别矿山开始在洗矿之前增加MMD型破碎机破碎,以减少较大颗粒进入洗矿设备后对设备的磨损。目前使用的除铬设备主要是水力旋流器、螺旋溜槽、摇床等。由于红土矿粒度细,使得物料难沉降,故红土矿矿浆浓缩一般均使用高效浓缩机,也有个别矿山将深锥浓缩机应用于矿浆浓缩。随着高品位硫化镍矿资源日益减少,处理低品镍红土矿的工艺是未来镍冶炼的发展方向。因,解决好冶炼的矿石制备工艺与设备中存在的一问题,为冶炼工艺提供合格稳定的矿浆,对于镍工业今后的发展具有非常重要的意义。

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