諾里爾斯克鎳業集團銅鎳礦選礦工藝改進的新進展

王曉民，祁世兵，石玉成，劉冰川，鄭玉榮

（1. 金川集團股份有限公司，甘肅金昌 737100；2.中國科學院蘭州文獻情報中心，甘肅蘭州 730000）

1 概述

俄羅斯鎳工業礦物原料主要由位于泰梅爾半島的諾里爾斯克工業區和科拉半島的貝辰加工業區的硫化銅鎳礦，以及對其選礦-冶金處理后的工業廢料三部分構成，約占俄羅斯已探明鎳儲量85%以上，占俄羅斯鎳和鈷總產量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尤為重要，這不僅能最大限度提升企業的技術經濟效益，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，同時還能降低對環境的污染[1]。

在俄羅斯從事硫化銅鎳礦選礦業務的主要企業有諾里爾斯克鎳業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聯合體。除了主車間外，尾礦設施和水力運輸均合二為一。兩個選礦廠生產的銅精礦供其銅冶煉廠處理，諾里爾斯克選礦廠生產的鎳精礦送鎳冶煉廠處理，塔爾納赫選礦廠生產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，諾里爾斯克鎳業投入巨資對諾里爾斯克選礦廠和塔爾納赫選礦廠實施了大規模升級改造，成效顯著，其技術水準也代表了當今硫化銅鎳礦選礦領域的領先水平[2]，本文就兩個選礦廠的改造情況進行了簡要描述。

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 諾里爾斯克鎳業極地分公司已探明礦石儲量及成分

表2 磁黃鐵礦精礦的化學成分，%

3 塔爾納赫選礦廠

塔爾納赫選礦廠1981年建成投產，目前采用優先-混合-優先工藝（CKC-工藝）浮選流程，產出鎳精礦、銅精礦和磁黃鐵礦精礦。該工藝于2001年研發成功并推廣應用，后經多次改進。

諾里爾斯克鎳業的生產技術發展戰略是通過增加富礦、銅礦、浸染狀礦石的開采量，逐步擴大塔爾納赫選礦廠產能來實現塔爾納赫區域礦產資源的綜合利用和企業發展。此規劃分階段實施，其中之一就是推行CKC-工藝，第一套綜合性運行設施是在塔爾納赫選礦廠磨浮車間安裝的ОК-100ТС (Outotec)新型浮選機已于2015年1月22日工業投產。安裝的新型浮選機、泵設備、礦液槽系統，以及確保工藝運營的現代化、智能化、自動化管理系統等從2014年已投料運行。塔爾納赫選礦廠擴能改造分2套綜合性運行設施完成，2006年至2011年為考核期，并由參與研究開發的相關機構的專家對各個工藝環節進行評估。處理礦石量約1000萬t/a的兩套綜合性運行設施按計劃在2016年完成工業投產[3]。

塔爾納赫選礦廠目前應用的CKC-工藝如圖1所示。

圖1 塔爾納赫選礦廠現行CKC-工藝流程圖

3.1 CKC-工藝和KC-工藝

通過工藝改進、設備升級和主體工序現代化改造將大幅度提高諾里爾斯克鎳業整體選冶水平，盡管送選礦廠處理的礦石品質持續降低且成分復雜，但可以系統性解決環境問題[4]

推廣應用CKC-流程后，礦石磨礦細度可從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-流程的基礎上開發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大處理鎳原料至2400kt/a的需要，礦冶試驗研究中心與塔爾納赫選礦廠共同開發出了一種選礦處理富礦與銅礦石料的新優先一混合工藝（KC-流程），與CKC-流程比較，KC-流程可使精礦硫化物產率減少到5%～7%。另外，在保持有價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年前擴大塔爾納赫選礦廠產能的生產技術發展方案，但不包括一期的10500kt/a礦石產能。

塔爾納赫選礦廠的在規模現代化改造始于2014年，包括建設兩條綜合性生產線，以及針對新尾礦池的大量工程設施。在改造期間，擴大了主廠房，安裝了產能為10200kt/a礦石的通用設備—Metso Minerals公司產的半自磨礦機、浮選機，以及細磨機。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環境的影響。此次改造除了達到更高的生產指標外，還能提升環境指標（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模現代化改造于2017年3月達到礦石處理能力的設計指標，4月份達到設計參數。未來的工作重點是提高選廠作業效率。截止2017年6月，諾里爾斯克鎳業極地分公司塔爾納赫選礦廠的現代化改造項目達到了規定指標，選礦廠產能提升了30%以上（從7600kt/a提高到了10200kt/a），金屬隨尾礦損失降低，鎳和銅進入混合精礦的回收率達到設計指標，且鎳磁黃鐵礦和銅精礦質量得到提高。塔爾納赫選礦廠的現代化流程也完全可以推廣應用于小規模冶煉產能的同類企業。

項目總投資總計超過470億盧布（約合8.23億美元）[5]。

3.2 CKC-工藝論證與發展規劃

根據相關機構專家起草的工藝規程編制完成了“塔爾納赫選礦廠改造重建與技術革新擴大產能至16000kt/a礦石”項目設計。目前該項目仍在實施中。

項目包括兩條全套輔助工作系統(ПК)，在2016年開工，塔爾納赫選礦廠計劃產能達到10500kt/a。

第一套綜合性運行設施第一條全套輔助工作系統的半工業試驗投料試車于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。

新設備初步運行結果表明, 起始作業精礦的質量指標較之全套輔助工作系統運行前有明顯提高。如精礦中銅品位從26.25%提高到28.49%。同時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%。

諾里爾斯克鎳業的發展戰略目標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。在2006-2008年開始了 “諾里爾斯克選礦廠擴大處理堆存的磁黃鐵礦精礦至1500 kt/a產能”和“諾里爾斯克選礦擴大產能至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大礦石處理能力至～10000kt/a。

4.1 生產工藝

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“共青團”礦山和“十月”礦山的銅礦石采用混合-優先流程分離產出銅精礦、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-優先工藝流程。該工藝在過程初期采用Knelson-48離心選礦機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，之后對其浮選分離產出銅精礦、鎳精礦和最終尾礦，而最終尾礦送Knelson-48尾礦選礦機再回收貴金屬。

4.2 100萬噸/年擴能項目

極地分公司正在推行一項擴大浸染礦開采量、提高諾里爾斯克選礦廠處理浸染狀礦石效率的綜合規劃。

通過處理浸染礦料100萬噸/年擴能項目闡述了諾里爾斯克鎳業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碎工段建設了第4套破碎分級系統，新安裝了高效重力選礦系統，設備依次投入運營，在破碎車間和磨浮車間的空地已進行了投產前的調試工作，選礦廠正常運營，且沒有減少現行生產線礦石處理量。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能平均提高約800kt/a。在2015年6-7月份實現選礦廠第二階段改造。該項改造最終不僅可提高諾里爾斯克選礦廠產能1000kt/a，使極地分公司產品產量增加，而且還可提高選礦廠整體工作的穩定性。

在2012年4季度之前，在諾里爾斯克選礦廠對推存的磁黃鐵礦精礦原料進行了處理。當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行工藝空閑設備轉產擴大浸染礦石處理量的方案。因此研發并實施了擴大諾里爾斯克選礦廠處理浸染礦石混合料1000kt/a的項目方案[7]。

截至2015年7月，大規模改造項目全部完工并投產運營。此次改造的最大優點是項目在諾里爾斯克選礦廠現行破碎車間和磨浮車間實施，便于逐步增大原礦處理量。項目實施并沒有影響正常選礦工藝流程。復雜的工藝設備在2013年底完成安裝調試后就已投產，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碎工段完成了第4套破碎分級系統建設，包括以下設備：皮帶輸送機、КМД-2200Т破碎機和ГРС 2000×5000篩分機。

② 為了增大浸染礦石的磨礦量，將銅礦磨礦工段磨礦分級設備搬遷到一段磨礦和分級工區。為了用浸染礦石取代磨礦和分級系統的銅礦石，建設并投產了磨礦分級系統,包括МШРГУ4500×6000球磨機、1КСП-24分級機、帶式輸送機和Warman 12/10高性能自動泵水力旋流器裝置。

③ 將一段磨礦的4臺МШЦ3200X3800磨礦機（同時安裝有Warman 12/10自動泵水力旋流器裝置）用于二段磨礦和分級作業。

④ 將Wemco機械浮選機用于浸染礦混合粗選—6臺60m3浮選機和5臺20m3浮選機。

完成第一階段計劃可以解決以下問題：

① 能夠提升選礦廠現行設備的現代化水平。

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行，且在選礦廠不停產情況下處理浸染礦石。

近期將進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Knelson-48選礦機組成的高效重力選礦系統。

② 將脫水濃縮機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自動泵水力旋流器裝置泵房的翻修。

項目完成后不僅能夠提高極地分公司諾里爾斯克選礦廠產能和產品產量，而且還能夠提高選礦廠整體工作的穩定性。

5 結語

（1）選礦工藝依據礦石特點選擇

在選礦工藝選擇方面，諾里爾斯克選礦廠應用帶有重選的混合-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率達到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成功應用了亞硫酸氫鈉，產出了含鎳低的高質量銅精礦。在2005-2006年，在塔爾納赫選礦廠銅浮選系統完成了共同使用 “Б”牌號ТАФ-7和НБА藥劑替代標準型丁基黑藥的工業試驗，效果顯著：銅精礦中銅鎳比從22.07提高到了22.53，同時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年投入工業應用。

（3）改進工藝，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計的優先浮選流程。新工藝的主要優點是可以將低含鎳磁黃鐵礦分離到單獨的產品中，在精選作業處理后可以將其作為鉑族金屬原料送去處理。該工藝的另一優點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。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-流程的基礎上開發出了含鎳磁黃鐵礦浮選的新工藝。另外，還開發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諾里爾斯克選礦廠和塔爾納赫選礦廠的大規模技術改造與工藝改進，有些改進還在進行當中，特別是在推廣使用新設備、新工藝，以及在尋求新藥劑等方面成效顯著，使有價金屬回收率明顯提高，降低了生產成本，改善了生態環境，提高了經濟效益。