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选矿技术
金川镍铜矿精矿降镁研究与实践进展
来源:胡显智 张文彬2017-04-124503

金川矿石属蛇纹石多金属硫化矿。为解决其浮选精矿降镁的难题,很多专家学者进行了长期研究,在磨浮工艺流程、酸法浮选、降镁药剂方面取得了一定进展。

金川有色金属公司是我国最大的镍生产企业,所产金属镍占全国产量的80% 以上。其矿石属蛇纹石多金属硫化矿。共有四个矿区,一矿区镍储量占16.36%,该矿区从60年代中期投产,现年产量仍在100万吨以上。该矿区矿石为海绵晶铁状构造,其次为半海绵晶铁状、斑杂状构造。主要金属矿物为:黄铁矿、紫硫镍铁矿、黄铜矿及少量磁黄铁矿、镍黄铁矿、白铁矿、墨铜矿等硫化物;此矿石经过选矿,所产精矿由于MgO含量高,精矿一直供矿热电炉作为原料。二矿区规模最大,镍储量占75.39%,二矿区有351个矿体,1号矿体镍储量占四个矿区的57.8%.2号矿体占17.08%,其余349个矿体总和仅占0.51%。该矿区从1983年出矿,一直是1、2号矿体混合出矿1996年2号矿体矿量减少到25%,1997年2号矿体出矿能力基本消失。现在,二矿区年出矿300万吨以上。二矿区富矿石为海绵晶铁状构造,贫矿石为浸染状构造。主要金属矿物有:磁黄铁矿、镍黄铁矿、黄铜矿、黄铁矿、方黄铜矿、墨铜矿、紫硫镍铁矿、马基诺矿、磁铁矿、铬尖晶石等;主要脉石矿物有橄榄石、蛇纹石、辉石、透闪石、碳酸盐、滑石、绿泥石、云母等。镍黄铁矿、黄铜矿、磁黄铁矿呈粗细粒不均匀嵌布,且彼此致密共生。一矿区矿石蛇纹石化蚀变程度大于二矿区矿石,而二矿区1号矿体矿石的蚀变程度又大于2号矿体矿石[1—3]

长期以来,浮选精矿降镁就是一个难题,特别是自闪速炉投产以来显得更为严重。闪速熔炼技术先进,比电炉节能25%左右,其烟气SO,浓度高易于制酸;同时,闪速炉与电炉相比还有产能大、对环境污染小等优点,但对精矿质量要求也更高。精矿中MgO含量必须小于6.5%[4]。为此。国内许多高校、科研院所及现场工程技术人员作了大量的工作,取得了很多进展。由于一矿区矿石蛇纹石化太严重,且镍矿物以紫硫镍铁矿为主,如要将精矿中MgO含量降到6.5%以下,则镍的回收率将大幅下降,这对于镍资源较贫乏的我国是不现实的,因此。一矿区矿石经浮选后,精矿仍供矿热电炉熔炼。近年来,选矿降镁主要针对二矿区矿石。

一、磨浮工艺流程的试验与研究

磨浮工艺流程经过众多单位长期研究。认为结合金川矿石特点。采用阶段磨浮流程较集中磨矿一浮选流程为好[5—10]。这样,粗粒级硫化镍矿物、硫化铜矿物就可先期回收以防止过磨引起矿泥罩盖等而影响这部矿物的回收。

(一))闪速浮选

闪速浮选是近来发展较快的一种快速回收粗粒级有用矿物的浮选技术,即在磨矿回路中间,经球磨机磨矿后的矿浆进入旋流器分级,沉砂进入闪速浮选机,优先浮选矿石中嵌布粒度粗、可浮性好的金属矿物,实现早收多收,闪速浮选尾矿返回球磨机。其显著优点是,能减少因过磨而引起的矿泥罩盖从而可提高金属回收率,同时可减轻磨矿回路的循环负荷[11]。金川公司于1997年进行了闪速浮选工业试验,取得了较好的结果[12],镍、铜总回收率分别比不加闪速浮选机提高1.32%和0.75%。因闪速浮选机产出的精矿粒度较粗,使精矿中—0.074mm粒级含量比不开闪速浮选机低32%,进而使精矿脱水成本降低。但闪速浮选也只能起到尽早回收已单体解离的粗粒矿物、减少有用矿物过磨损失的作用,并不能大幅度改善精矿质量[12]。因为金川铜镍硫化矿的有用矿物嵌布粒度粗细不均,细粒级部分的有用矿物也必须回收。而细粒级部分则必须经过再磨才能达到有用矿物与脉石矿物单体解离,但此时,由于蚀变蛇纹石易碎而引起的矿浆泥化现象难以避免,为了回收这部分细粒级有用矿物,部分蛇纹石将不可避免地一起上浮而进入精矿;因此,为了提高镍、铜选矿回收率就难以大幅度提高最终浮选精矿中Ni、cu品位并大幅度降低MgO含量。工业实践表明,选矿回收率与精矿中Ni、cu品位及MgO含量有密切关系,要降低1%的精矿MgO含量。Ni回收率要损失1.5%甚至更多。

(二)阶段磨浮粗精矿再磨工艺流程

针对二矿区富矿石,许多单位曾进行了一磨一选或两磨两选粗精矿再磨工艺流程的小型试验及工业试验研究,都取得了较好的选别指标。在保证镍精矿品位>7%、精矿中镍回收率>88%的前提下。精矿中MgO含量可降到6.5%以下[6—10,13,14]。有人还针对一矿区矿石进行过两磨两选粗精矿再磨工艺流程的试验研究[3,15,16],也取得了较好的选别指标。粗精矿再磨工艺流程中,粗选中所选出的粗精矿实际上是有用矿物的连生体,这样就能大大减轻因过磨而引起的蛇纹石矿泥对浮选的影响,进而改善最终精矿质量。然而,由于粗精矿必须经过再磨才能精选出合格的最终精矿。这样不但造成整个工艺设备多、能耗较高,而且导致最终精矿粒度变细。造成精矿脱水困难,压滤后水分达13% 以上,闪速炉前的气流干燥难以处理如此高水分的精矿,因此到目前为止。粗精矿再磨工艺尚未用于工业生产[2]

(三)两产品方案

因为金川二矿区镍铜矿石中磁黄铁矿较多,限制了精矿中镍品位的进一步提高(在保证镍回收率前提下)及精矿中MgO含量的进一步降低。有的选矿学者认为,只有从混合精矿中分离出一个低镍磁黄铁矿精矿,才能获得更高镍品位、更低MgO含量的镍铜精矿。为此曾进行了两产品方案工艺的试验研究[17]。结果表明,在自然pH条件下,采用较简单的工艺流程即可获得两个最终精矿—— 镍铜精矿和磁黄铁精矿。镍铜精矿中镍品位达11%以上。MgO含量降到5%以下,镍回收率达80%以上;磁黄铁精矿中镍品位为1%左右,MgO含量11%以上。镍回收率l0%左右。与一产品方案相比,镍铜精矿中镍品位大幅提高、MgO含量明显降低,且镍的总回收率有所提高;但至今尚未找到经济有效处理磁黄铁精矿的办法。因此,两产品方案仍未在生产实践中应用。有人[5]还曾提出对精矿进行适当分配以产出两个镍铜精矿,低镁高镍精矿供闪速炉熔炼。高镁低镍精矿供电炉熔炼。但其工艺流程、药剂制度复杂。且对镍的总回收率提高不大,因而也未能用于生产实践。

二、酸法浮选

浮选介质是影响浮选的一个重要因素,许多单位曾进行过酸性、中性、碱性介质条件的对比浮选试验研究,结果表明,铜镍回收率以酸性介质的浮选指标最高,碱性介质的次之,中性介质的最低[18]。酸法浮选的主要特点是:在酸性介质中,次生硫化镍矿物—— 紫硫镍铁矿在氧化蚀变过程中形成的表面氢氧化铁薄膜可被溶去,使紫硫镍铁矿得以活化;同时,镍黄铁矿、含镍磁黄铁矿的矿物表面能被及时清洗,防止其表面氧化,进而提高其可浮性;金川镍铜矿选矿中铜的回收率远比镍的回收率低,其主要原因是其中的墨铜矿可浮性低,而墨铜矿可浮性低的原因主要是由于墨铜矿中的水镁石层要比铜铁硫化物层松软,磨矿时墨铜矿易沿水镁石层断裂而具亲水性,在酸性介质中可溶去墨铜矿表面的水镁石层,露出铜铁硫化物表面进而可活化墨铜矿的浮选;矿石中钴、金、银及铂族元素等也可随铜镍矿物浮出量的增加而提高其回收率[19]。然而,由于金川矿石属超基性岩型矿石,蚀变严重,矿石本身呈碱性;且金川矿山采用胶结充填采矿法,使充填料或多或少地混入矿石中,而充填料碱性较强刨;因此酸法浮选的酸耗很大,且酸的加入易引起设备的腐蚀。因此,尽管酸法浮选指标较好,仍未能在生产实践中应用,选厂一直是采用在自然pH介质(pH=8,5~9.5)条件下进行浮选。

三、降镁药剂

为了解决精矿降镁难题,金川公司和许多高校、科研单位进行了多年攻关,进行了多种工艺条件及药剂制度的试验研究,取得了明显进步。多数研究者普遍认为[3、6、8、18],CMC、六偏磷酸钠、水玻璃均能有效地抑制以蛇纹石为主的含镁脉石矿物,小型试验指标都较好,然而在工业生产中因各种因素,降镁措施都难以实现。

据报道[21],组合抑制剂EP对蛇纹石具有很好的抑制作用,单矿物试验和实际矿石试验取得了较好的结果。

西北矿冶研究院进行了大量的抑镁新药剂研究工作。其中JCD降镁新药,由T-1140无机盐和29#有机聚合物及0#中性油三者组合而成。对镍黄铁矿和含镍磁黄铁矿等有活化作用;29#药剂是钙镁抑制剂,配合T-1140对蛇纹石有较强的抑制作用;0#油为T-1140和29#药剂的辅助药剂,起消粘、调泡和协助降镁作用[9]。JCD新药剂1992年3月完成小型试验,同年6月完成工业试验[14]。试验指标见表1[9]。现场一直沿用至今,是目前工业实践中应用最成功的抑镁药剂组合。但工业生产中也发现,因药剂性能不稳定,矿石性质波动等原因而引起精矿中MgO含量波动较大。

电化学浮选是当前选矿技术的前沿浮选工艺,若能成功应用于生产实践,可较好地解决因入选物料性质复杂多变引起选矿效率低的难题。“九五”期间,有的单位曾进行了电位调控浮选试验研究,主要内容包括:浮选工艺优化;电控浮选工艺参数的自动检测;计算机在线控制。实验室试验效果较理想,Ni回收率大于90% 的前提下,精矿中MgO含量小于6.5%u引。但现场工业试验未能成功。

按金川矿体圈定的工业品级,含镍0.3% ~0.99%的为贫矿,含镍≥1%的为富矿,至今仍是“采富留贫”。但有100多万吨镍金属藏于贫矿之中,覆盖于富矿体顶部,为降低采矿成本,扩大可利用的镍资源,开发利用贫矿势在必行。然而贫矿性质不同于富矿,贫矿原矿Ni(0.55%)、Cu(0.35%)品位不到富矿(Nil.6%、Cu0,83%)的一半,贫矿MgO含量(28%)却比富矿(22%)高。贫矿的选矿要比富矿更加困难,许多单位进行了贫矿选矿工艺的“九五”科技攻关,取得了很大进展,然而在保证精矿中MgO含量低于7%条件下,镍回收率只能达到75%左右 引。如要进一步提高镍的回收率,就难以保证精矿中MgO含量低于7%。

四、结语

由于金川镍矿石性质特别,原矿含硫低。磁黄铁矿含量较少,对降低镍精矿氧化镁含量难度大。因脉石矿物含蛇纹石高且易浮;同时金川矿石性质波动较大,不同矿区矿石性质差异较大,这给精矿降镁带来很大难度。即使浮选中使用象JCD这类特效降镁新药剂,处理其易选的二矿区矿石,也只能在保证较高回收率的同时降低精矿中MgO含量0.6%~1%左右[2]。从近几年现场生产实践结果看。对易处理的二矿区矿石,Ni回收率可达86%左右,精矿中Ni品位在7%左右,而精矿中MgO 含量在6.8%左右;对于原矿品位更低且含MgO更高更难处理的一矿区矿石,虽经多单位多年的联合攻关,选矿降镁难题仍未攻克。精矿中MgO含量仍在10%左右,不能用先进的闪速炉熔炼,只能送电炉冶炼。但电炉能耗高,生产成本高,污染严重,技术落后。镍精矿闪速熔炼系统已于1992年就建成投产,技术先进,能耗低,污染小,生产成本低,生产能力大。本可以完全取代电炉,但闪速炉对投入的精矿质量有严格的要求(Ni>6.5%,MgO<6.5%),如MgO含量高,不但冶炼的Ni收率低,成本上升,更会造成炉渣粘度过大,导致炉内结瘤,腐蚀炉体,产生漏炉。经冶炼工作者的多年努力,金川公司闪速炉对入炉精矿MgO含量可放宽至≤7%。但即使如此。选矿降镁仍是金川选矿中迫切需要攻克的难题;而且随着矿石的进一步贫化,原矿中MgO含量进一步增加,采用物理选矿降低冶炼入炉物料中MgO含量以适应闪速炉要求的难度会越来越大,且近期恐难以有重大突破。因此,很有必要开展其它非物理选矿方法进行精矿降镁的研究。以尽快攻克这一影响金川公司经济效益、制约公司产业结构和产品结构全局性调整的重大难题。

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