诺里尔斯克镍业集团铜镍矿选矿工艺改进的新进展

王晓民，祁世兵，石玉成，刘冰川，郑玉荣

（1. 金川集团股份有限公司，甘肃金昌 737100；2.中国科学院兰州文献情报中心，甘肃兰州 730000）

1 概述

俄罗斯镍工业矿物原料主要由位于泰梅尔半岛的诺里尔斯克工业区和科拉半岛的贝辰加工业区的硫化铜镍矿，以及对其选矿-冶金处理后的工业废料三部分构成，约占俄罗斯已探明镍储量85%以上，占俄罗斯镍和钴总产量92%～93%。因此，通过提高有色金属回收率、降低有色金属随废弃尾矿损失来提升铜镍矿选矿指标尤为重要，这不仅能最大限度提升企业的技术经济效益，还可以利用地面堆存的废弃尾矿作为地下采矿工程的充填料，同时还能降低对环境的污染[1]。

在俄罗斯从事硫化铜镍矿选矿业务的主要企业有诺里尔斯克镍业极地分公司诺里尔斯克选矿厂与塔尔纳赫选矿厂，以及科拉矿冶公司贝晨加选矿厂。

1999年1月，诺里尔斯克选矿厂和塔尔纳赫选矿厂建立了选矿厂生产联合体。除了主车间外，尾矿设施和水力运输均合二为一。两个选矿厂生产的铜精矿供其铜冶炼厂处理，诺里尔斯克选矿厂生产的镍精矿送镍冶炼厂处理，塔尔纳赫选矿厂生产的镍精矿和磁黄铁矿精矿送纳杰日金斯克冶炼厂处理。

近年来，诺里尔斯克镍业投入巨资对诺里尔斯克选矿厂和塔尔纳赫选矿厂实施了大规模升级改造，成效显著，其技术水准也代表了当今硫化铜镍矿选矿领域的领先水平[2]，本文就两个选矿厂的改造情况进行了简要描述。

2 原料来源及成份

诺里尔斯克选矿厂主要处理分布在泰梅尔半岛矿床的全部浸染矿石和塔尔纳赫矿床与十月矿床的部分富矿和铜矿石，以及堆存的磁黄铁矿精矿，其储量、品位情况表1，表2。塔尔纳赫选矿厂主要处理塔尔纳赫-十月矿床的富矿和铜矿石。

表1 诺里尔斯克镍业极地分公司已探明矿石储量及成分

表2 磁黄铁矿精矿的化学成分，%

3 塔尔纳赫选矿厂

塔尔纳赫选矿厂1981年建成投产，目前采用优先-混合-优先工艺（CKC-工艺）浮选流程，产出镍精矿、铜精矿和磁黄铁矿精矿。该工艺于2001年研发成功并推广应用，后经多次改进。

诺里尔斯克镍业的生产技术发展战略是通过增加富矿、铜矿、浸染状矿石的开采量，逐步扩大塔尔纳赫选矿厂产能来实现塔尔纳赫区域矿产资源的综合利用和企业发展。此规划分阶段实施，其中之一就是推行CKC-工艺，第一套综合性运行设施是在塔尔纳赫选矿厂磨浮车间安装的ОК-100ТС (Outotec)新型浮选机已于2015年1月22日工业投产。安装的新型浮选机、泵设备、矿液槽系统，以及确保工艺运营的现代化、智能化、自动化管理系统等从2014年已投料运行。塔尔纳赫选矿厂扩能改造分2套综合性运行设施完成，2006年至2011年为考核期，并由参与研究开发的相关机构的专家对各个工艺环节进行评估。处理矿石量约1000万t/a的两套综合性运行设施按计划在2016年完成工业投产[3]。

塔尔纳赫选矿厂目前应用的CKC-工艺如图1所示。

图1 塔尔纳赫选矿厂现行CKC-工艺流程图

3.1 CKC-工艺和KC-工艺

通过工艺改进、设备升级和主体工序现代化改造将大幅度提高诺里尔斯克镍业整体选冶水平，尽管送选矿厂处理的矿石品质持续降低且成分复杂，但可以系统性解决环境问题[4]

推广应用CKC-流程后，矿石磨矿细度可从80%～0.074mm降到70%～0.074mm，从而大幅度降低了磨矿车间的能耗。

在2004-2005年，在CKC-流程的基础上开发出了含镍磁黄铁矿浮选的新工艺。另外，为满足纳杰日金斯克冶炼厂扩大处理镍原料至2400kt/a的需要，矿冶试验研究中心与塔尔纳赫选矿厂共同开发出了一种选矿处理富矿与铜矿石料的新优先一混合工艺（KC-流程），与CKC-流程比较，KC-流程可使精矿硫化物产率减少到5%～7%。另外，在保持有价组份处于较高回收率外，KC-流程还有利于改善所有精矿的质量：

（1）铜精矿中铜品位29%～30%（重量），铜回收率～80%；

（2）镍精矿中镍品位～11.5%（重量），镍回收率保持在77%～80%，与CKC-流程比较，有价组份随废弃尾矿的损失并无增大；

（3）硫与铁入废弃尾矿的回收率分别提高到了7%和9%。

基于此，KC-流程已确定为诺里尔斯克极地分公司2020年前扩大塔尔纳赫选矿厂产能的生产技术发展方案，但不包括一期的10500kt/a矿石产能。

塔尔纳赫选矿厂的在规模现代化改造始于2014年，包括建设两条综合性生产线，以及针对新尾矿池的大量工程设施。在改造期间，扩大了主厂房，安装了产能为10200kt/a矿石的通用设备—Metso Minerals公司产的半自磨矿机、浮选机，以及细磨机。新尾矿池每年可堆存大约600万吨闭路返料，可大幅度降低新鲜水使用并减少对环境的影响。此次改造除了达到更高的生产指标外，还能提升环境指标（增加硫入尾矿回收并减少二氧化硫排放量）。

塔尔纳赫选矿厂的规模现代化改造于2017年3月达到矿石处理能力的设计指标，4月份达到设计参数。未来的工作重点是提高选厂作业效率。截止2017年6月，诺里尔斯克镍业极地分公司塔尔纳赫选矿厂的现代化改造项目达到了规定指标，选矿厂产能提升了30%以上（从7600kt/a提高到了10200kt/a），金属随尾矿损失降低，镍和铜进入混合精矿的回收率达到设计指标，且镍磁黄铁矿和铜精矿质量得到提高。塔尔纳赫选矿厂的现代化流程也完全可以推广应用于小规模冶炼产能的同类企业。

项目总投资总计超过470亿卢布（约合8.23亿美元）[5]。

3.2 CKC-工艺论证与发展规划

根据相关机构专家起草的工艺规程编制完成了“塔尔纳赫选矿厂改造重建与技术革新扩大产能至16000kt/a矿石”项目设计。目前该项目仍在实施中。

项目包括两条全套辅助工作系统(ПК)，在2016年开工，塔尔纳赫选矿厂计划产能达到10500kt/a。

第一套综合性运行设施第一条全套辅助工作系统的半工业试验投料试车于2015年1月22日开始，在塔尔纳赫选矿厂磨浮车间安装了Outotec公司提供的ОК-ЮО ТС新型浮选机。

新设备初步运行结果表明, 起始作业精矿的质量指标较之全套辅助工作系统运行前有明显提高。如精矿中铜品位从26.25%提高到28.49%。同时在一次含镍磁黄铁矿浮选精矿中镍含量从8.05%提高到10.24%。

诺里尔斯克镍业的发展战略目标是将塔尔纳赫选矿厂的矿石处理能力提高到16000kt/a。

4 诺里尔斯克选矿厂

诺里尔斯克选矿厂始建于1948年，1953年完成全部工程建设。在2006-2008年开始了 “诺里尔斯克选矿厂扩大处理堆存的磁黄铁矿精矿至1500 kt/a产能”和“诺里尔斯克选矿扩大产能至8200 kt/a矿石分段改造”综合方案[7]。

目前诺里尔斯克选矿厂矿石处理能力约7500kt/a，矿石采自塔尔纳赫矿矿床和“十月”矿床（其中处理浸染矿石量约4000kt/a，处理铜矿石量约3500kt/a），产品是镍精矿和铜精矿。另外处理堆存的磁黄铁矿精矿1500kt/a。诺里尔斯克选矿厂将扩大矿石处理能力至～10000kt/a。

4.1 生产工艺

目前在诺里尔斯克选矿厂采用不同工艺流程处理浸染矿石和铜矿石。塔尔纳赫矿区“共青团”矿山和“十月”矿山的铜矿石采用混合-优先流程分离产出铜精矿、含镍磁黄铁矿精矿和废弃尾矿。诺里尔斯克-1矿床、塔尔纳赫矿床和十月矿床的浸染矿石采用重力-浮选-重力混合-优先工艺流程。该工艺在过程初期采用Knelson-48离心选矿机分选出富集铂族金属的重精矿。将精矿轻部分浮选富集获得混合精矿，之后对其浮选分离产出铜精矿、镍精矿和最终尾矿，而最终尾矿送Knelson-48尾矿选矿机再回收贵金属。

4.2 100万吨/年扩能项目

极地分公司正在推行一项扩大浸染矿开采量、提高诺里尔斯克选矿厂处理浸染状矿石效率的综合规划。

通过处理浸染矿料100万吨/年扩能项目阐述了诺里尔斯克镍业极地分公司诺里尔斯克选矿厂的阶段性改造成果。在诺里尔斯克选矿厂细碎工段建设了第4套破碎分级系统，新安装了高效重力选矿系统，设备依次投入运营，在破碎车间和磨浮车间的空地已进行了投产前的调试工作，选矿厂正常运营，且没有减少现行生产线矿石处理量。在完成第一阶段改造后，诺里尔斯克选矿厂可将浸染矿石处理产能平均提高约800kt/a。在2015年6-7月份实现选矿厂第二阶段改造。该项改造最终不仅可提高诺里尔斯克选矿厂产能1000kt/a，使极地分公司产品产量增加，而且还可提高选矿厂整体工作的稳定性。

在2012年4季度之前，在诺里尔斯克选矿厂对推存的磁黄铁矿精矿原料进行了处理。当推存在磁黄铁矿仓库的所有物料处理完之后采取了利用现行工艺空闲设备转产扩大浸染矿石处理量的方案。因此研发并实施了扩大诺里尔斯克选矿厂处理浸染矿石混合料1000kt/a的项目方案[7]。

截至2015年7月，大规模改造项目全部完工并投产运营。此次改造的最大优点是项目在诺里尔斯克选矿厂现行破碎车间和磨浮车间实施，便于逐步增大原矿处理量。项目实施并没有影响正常选矿工艺流程。复杂的工艺设备在2013年底完成安装调试后就已投产，可以使浸染矿石处理量平均增加800kt/a。

在改造第一阶段采取了以下措施：

① 在诺里尔斯克选矿厂破碎车间细碎工段完成了第4套破碎分级系统建设，包括以下设备：皮带输送机、КМД-2200Т破碎机和ГРС 2000×5000筛分机。

② 为了增大浸染矿石的磨矿量，将铜矿磨矿工段磨矿分级设备搬迁到一段磨矿和分级工区。为了用浸染矿石取代磨矿和分级系统的铜矿石，建设并投产了磨矿分级系统,包括МШРГУ4500×6000球磨机、1КСП-24分级机、带式输送机和Warman 12/10高性能自动泵水力旋流器装置。

③ 将一段磨矿的4台МШЦ3200X3800磨矿机（同时安装有Warman 12/10自动泵水力旋流器装置）用于二段磨矿和分级作业。

④ 将Wemco机械浮选机用于浸染矿混合粗选—6台60m3浮选机和5台20m3浮选机。

完成第一阶段计划可以解决以下问题：

① 能够提升选矿厂现行设备的现代化水平。

② 能够增大诺里尔斯克选矿厂浸染矿石处理量1000kt/a。

③ 能够确保改造顺利进行，且在选矿厂不停产情况下处理浸染矿石。

近期将进行诺里尔斯克选矿厂第二阶段改造，主要包括：

① 新安装由5台Knelson-48选矿机组成的高效重力选矿系统。

② 将脱水浓缩机用于破碎车间粉矿洗涤矿泥浓缩和混合精矿脱水。

③ 完成Warman自动泵水力旋流器装置泵房的翻修。

项目完成后不仅能够提高极地分公司诺里尔斯克选矿厂产能和产品产量，而且还能够提高选矿厂整体工作的稳定性。

5 结语

（1）选矿工艺依据矿石特点选择

在选矿工艺选择方面，诺里尔斯克选矿厂应用带有重选的混合-分离浮选流程，矿石原料以贫矿为主。塔尔纳赫选矿厂采用CKC-浮选流程，矿石原料主要为富矿。选矿厂获得的产品是铜精矿、镍精矿、磁黄铁矿精矿和抛弃的尾矿。

（2）推广使用新药剂

寻找新药剂提高混合精矿质量。成功推广使用了ДМДК和ДП-4新药剂，不仅使镍入最终镍精矿的回收率提高了10%，而且还改善了精矿质量。1998年，ДМДК药剂在塔尔纳赫选矿厂磁黄铁矿浮选工艺推广应用，从而大幅度提高了铁和硫入尾矿中的回收率，磁黄铁矿入尾矿的产率达到58%～59%，仅此可减少二氧化硫排放量l40kt/a。

1999年塔尔纳赫选矿厂和诺里尔斯克选矿厂在粗铜精矿精选作业成功应用了亚硫酸氢钠，产出了含镍低的高质量铜精矿。在2005-2006年，在塔尔纳赫选矿厂铜浮选系统完成了共同使用 “Б”牌号ТАФ-7和НБА药剂替代标准型丁基黑药的工业试验，效果显著：铜精矿中铜镍比从22.07提高到了22.53，同时铜入铜精矿的回收率也从74.07%提高到了75.80%。此工艺制度于2006年投入工业应用。

（3）改进工艺，提高金属回收率

2001年，塔尔纳赫选矿厂采用新的CKC-流程浮选工艺替代了原设计的优先浮选流程。新工艺的主要优点是可以将低含镍磁黄铁矿分离到单独的产品中，在精选作业处理后可以将其作为铂族金属原料送去处理。该工艺的另一优点是可以将原矿中全部脉石都分离到混合浮选尾矿中。

2003年应用了粗铜精矿再磨工艺，2004年增加了铜精矿第二次精选作业。采用新工艺使铜入铜精矿回收率提高了2%，镍精矿和磁黄铁矿精矿中的镍铜比得到改善。

在2004-2005年，在CKC-流程的基础上开发出了含镍磁黄铁矿浮选的新工艺。另外，还开发出了的选矿处理富矿与铜矿的KC-流程。

综上所述，俄罗斯多年来一直从事着对诺里尔斯克选矿厂和塔尔纳赫选矿厂的大规模技术改造与工艺改进，有些改进还在进行当中，特别是在推广使用新设备、新工艺，以及在寻求新药剂等方面成效显著，使有价金属回收率明显提高，降低了生产成本，改善了生态环境，提高了经济效益。