金川Ni-Cu回路的浮選改造升級

王瑪斗，K. Aberkrom，李金智，蘇許貴，曾紹波

1.金川集團股份有限公司 甘肅金昌 7371002.奧圖泰（上海）冶金設備技術有限公司 上海 200051）

1 介紹

金川集團是全球第四大鎳生產商，同時也運營著中國最大的鎳生產基地。金川本部地處于中國西北的甘肅省金昌市，其自有的Ni-Cu礦資源已開發了數十個春秋。本文所探討的選廠處理量為14000噸每天，產品為供冶煉處理的Ni-Cu粗精礦。選廠內浮選有兩段回路，通常稱為高精與低精回路。

1.1 工藝概況

一段磨礦回路由半自磨-分級閉路所構成，其產出的P80為150μm、礦漿濃度33%～42%的礦漿作為高精浮選回路的給礦。如圖1左上側所示，高精回路為兩條平行生產線，各自包括一臺130m3和三臺150m3的浮選機，其中位號為207與209的浮選機為130m3，該回路產出的精礦會經過單獨處理以產出高質量的Ni-Cu精礦。而高精回路的尾礦則會經過球磨機的再磨，將P80降到75μm，并以32%～39%的礦漿濃度作為低精回路的給礦。如圖1右下所示，低精回路同樣是兩條平行的生產線，且各自包含有七臺150m3的浮選機，其中前三臺為粗選作業產出低品位的粗精礦供低精精選作業，第四與第五臺為掃一作業而最后兩臺為掃二作業。掃一的精礦返回低精回路前端的攪拌槽，掃二作業的精礦則返回掃一的給礦箱。

1.2 考察與實驗室工作

為了評估本選廠的性能和作出對擴建11000噸每天選廠的選型建議，2015年分兩個時間段分別開展了兩次系統的浮選實驗工作。2015年三月的實驗工作中主要是各浮選階段的動力學實驗，以此為基礎在HSC模擬軟件內建立了完整的模型。這也導致了同年八月參數性設計以開展閉路實驗工作。兩次實驗同時也考察記錄了工業生產的水平，以作為基準對標實驗結果。

圖1 Ni-Cu選廠的高精與低精回路

圖2 鎳選礦品位-回收率關系

相關結果展示如圖2（Ni）與圖3（Cu），其中三月記錄工廠指標為動力學實驗期間，八月的指標為第二次實驗期間。黑色的趨勢線表示八月工廠的平均水平，描點的結果為全廠綜合回收率與品位，即高精與低精的混合產品。

圖2 中的數據表明從當年三月到八月選廠的回收率指標有所提升，但綜合Ni品位降低了幾個百分點。而基于三月份動力學實驗的閉路實驗表明在產品相近Ni品位的前提下，可獲得更高的回收率。以閉路實驗的結果所更新的模型也被用來預測工業級生產所能達到的最大回收率與品位。這意味著其他因素如處理量、藥劑制度、解離情況和礦石性質等都是在近乎等同的水平。具體來說，結果表明精礦中9.6%Ni品位和88%的回收率是可以達到的。如黑色趨勢線所示，工廠實際運行情況一直是在6%Ni品位與88%回收率到10%Ni品位與80%回收率之間變化波動。

圖3 銅選礦品位-回收率關系

圖3中的數據表明的是Cu的情況，全廠生產結果與Ni類似即八月時回收率略高但品位有所降低。工廠實際運行情況一直是在4% Cu品位與80%回收率到7% Cu品位與75%回收率之間變化波動。而基于三月份動力學實驗的閉路實驗達到了略低于6% Cu品位和80%的回收率結果。以閉路實驗的結果所更新的模型也被用來在各種變量下預測工業級生產所能達到的最大回收率與品位，具體來說，結果表明精礦中7.1% Cu品位和81%的回收率是可以實現的。

與金川工藝團隊匯總了以上實驗結果后，發現通過對浮選回路內工藝流程的和浮選機機械結構的改造優化，可提高冶金性能。工藝流程的變動由金川執行，例如將攪拌槽結構提高、改進高精的精選回路以提高最終精礦品質等。

針對已有的浮選作業，從以下方面考慮，對于低精粗掃選回路提出了升級改造方案包：

（1）在不犧牲品位的前提下提高回收率

（2）通過增加自動回穩定生產操作

（3）延長磨損件壽命并節能

實踐上這意味著更換攪拌機構為FloatForce 技術，降低轉速，同時通過泡沫流速控制原理與泡沫攝像頭（FrothSense）來自動控制充氣量與液位高度。

2 指標研究

作為升級改造項目的一部分，指標研究工作在金川銅鎳選廠內從2017年初開始。本研究目的在于調研升級改造是否能使性能有所不同。

升級改造是在低精回路開展的，從二段磨礦回路后其本身具有兩條平行的粗掃選生產線（分別為A與B）。每條線都有三槽粗選和四槽掃選，具體配置為給礦箱+1+2+中間箱+2+中間箱+2+排礦箱。基于業主早前的實驗工作與生產經驗，其中A線的整體效果比B線會遜色一些，導致這種不同的可能性較大的原因是前端最初調漿攪拌槽所分出來的礦漿體積上的差異。結合金川與奧圖泰所做的各項工作，決定對A線的五臺浮選機進行改造升級。

在開始所有的改造之前，對AB兩條線進行了取樣性能評估。該評估范圍僅限于粗選與前兩槽的掃選，因為正是這五臺將會進行對應的改造升級，這些槽子在圖4中標記為藍色。

在升級改造過程中，我們對兩條生產線，在升級改造的前后，分別取了浮選給礦、粗選精礦、粗、掃一精礦和掃一尾礦的樣品，以用于對比兩條線之間的品位與回收率。取樣時按照每8小時的一次即與班作業等時進行的。具體來說，在每班8小時內，會有一小時一輪共4小時的時間跨度的混合樣。最終，共有40組對比結果用于前后情況的對比分析。

所有的槽內礦漿樣品都是通過泵取樣的，即采用真空泵通過管道直接從槽內下部靠近鏢閥或給礦箱的位置所抽取的。而所有的精礦樣品則是用溢流取樣器，在各內置溜槽的溢流口邊緣以固定時間的接取并混合來作為各階段的精礦樣品的。粗選以前三槽的泡沫為樣品，掃一則是后續的兩槽。

圖4 低精粗掃選回路，藍色槽體為本項目升級改造的范圍

3 冶金性能

為了評估冶金性能上的影響，決定采用統計學對比的方法來進行比較。本項目中，認為學生t-測試適用于這種分析。學生t-測試的方法，是一種對于工廠內藥劑調整或者產線對比的通用評估分析方法。

3.1 浮選設備改造及工藝優化之前

在浮選機安裝之前，數據處理保留了41次觀察值，以進行比較。刪除了觀察數據中的異常值，以使數據更具代表性。根據數據，兩排浮選給料品位（Ni）幾乎相同（0.55%的鎳與0.56%的鎳）。A排的精礦品位略高B排，B線鎳回收率平均高于A排5.53%，將數據中極端異常值去除后，平均差值為5.53%-單位；即B系列較高。

我們進行了雙樣品T檢驗，以確定結果的統計學意義。T檢驗結果表明，回收率的差異具有統計學意義，錯誤結論的幾率為0.07%。配對T測試結果可詳見表1，其中給出較高的可信度即表明兩系列間回收率差值是真實且統計性明顯可見的。這可能有多方面的原因所致，但本項目中并未對其進行深入的研究以探尋根本原因。

3.2 浮選設備改造及工藝優化之后

改造之前浮選機安裝之后，數據處理保留了類似數量（39）的觀察值，以進行比較。再次，我們刪除了觀察數據中的異常值，以使數據更具代表性。根據數據，兩排的Ni給礦品位與改造之前幾乎相同（0.55%的鎳與0.55%的鎳）。

相比于改造前，精礦品位有所下降，其中A排仍比B排略高一些。因低精品位變化，回收率整體都有所提高。兩排之間的回收率差值則為3.6%-平均單位，對比改造前，提高了1.9%-單位。T-實驗表明差值為真的概率為0.08%的排他。同步對比改造前后的處理量、藥劑制度等均在相近水平。

學生t-實驗也同樣對銅的結果進行了展開，表明銅回收率同步提高了2.1%。如圖1所示，本作業提高對應的所改造的為左側低精回路。在此期間并未跟蹤和分析高精回路，因此對全廠而言，綜合回收率的提高應當是低于上述鎳1.9%和銅2.1%的結果的。

3.3 節能效果&磨損壽命

在現有的150m3浮選機內裝入FloatForce攪拌機構要求降低轉速以避免無序的紊流。改造前的轉子轉動時邊緣線速度為8.3m/s并且只能單方向轉動。改造后轉速有了明顯的下降，其產生的節能能效果如圖5所展示。

能耗的具體測量是在數天時間內的某一間隔時間所進行的，全部包括有165個觀察值。通過分析，所有的觀測值求出每一槽對應的平均值，在圖中A排為藍色而B排為黑色。如果把A排和B排的逐一做比較會發現，平均節能在8%即約為17.5 kWh每槽。如本文前面所闡述的，本項目主要目標是提高冶金性能。因此，轉速降低對磨損件使用壽命的影響以及對進一步節能有利之處并未進行深入研究。

升級改造完成后，平穩運行六個月時各部件在第一次大檢修期間檢查了磨損壽命。表明轉子與定子的磨損件對比于原攪拌機構，在磨損情況上有顯著的降低。這主要得力于轉速的降低和更高效的可在正反兩方向運行的攪拌機構，同時不同的襯膠材料也對此頗有貢獻。

表1 兩次樣品t-實驗假設等變量

表2 改造后等波動假設下所收集數據的學生t-實驗分析

圖5 升級改造完成后每槽能耗情況

4 工藝穩定

在選廠內，工藝控制穩定性對工藝性能的影響通常是一被忽略的特性。其中對此部分的解決方案是采用更為自動化程度高的工藝穩定控制，其包括以下特性：

（1）自動地控制充氣量進入槽內。

（2）依照前端的擾動補償來反饋調控泡沫厚度。

（3）采用特定算法調控理念來通過充氣量和泡沫厚度的調整來控制進入溜槽的出泡量。

因為原來的液位控制是通過PLC現場柜來實現的，這一新的調控方法要求更為復雜的線路布置。泡沫分析儀的引入也同樣是新的，因而現在主控室內的操作員也可以看到實時的工藝情況。需要克服的最大障礙是要停止原有的通過現場浮選工來手動調節浮選機參數的控制方式。

在將操作模式連接到專家系統之后，操作員可獨立自行的作業生產，只需要在選廠啟或停的時候打開或關閉該系統即可。

對照于第三節中描述的工藝改善情況，也進行了專家系統開關條件下對提高指標貢獻度的考察。但實際結果并不好在數值上體現，因為工藝明顯更為穩定，且部分工藝提高的貢獻是與自動化程度提高有關的。

5 結論

通過工業級實驗改造了五臺其他品牌的浮選機，同步提高了自動化水平，并評估了FloatForce混合攪拌技術。該評估是通過在浮選機升級改造的前后時間段取樣來進行的。所得到的相關結果以student的t-測試假設變量來分析，這種統計結果表明：對比于平行生產線，在低精浮選回路有1.9%鎳回收率和2.1%銅回收率的冶金性能提高。所安裝的新型攪拌技術和專家系統也實現了能耗節約8%和更為穩定的工藝操作。攪拌機構的使用壽命仍在持續增加，且目前為止已經是原有機構的150%了。