国外某镍钴矿资源综合利用研究及应用_孙爱辉.pdf

国外某镍钴矿资源综合利用研究及应用孙爱辉 1，邹坚坚 2（1.瑞木镍钴管理（中冶）有限公司，北京100020；2.广东省科学院资源综合利用研究所，稀有金属分离与综合利用国家重点实验室，广东广州510651）摘要：针对国外某镍钴矿资源，在查明矿石性质的基础上，采用原矿擦洗-旋流器分级-螺旋粗选-摇床精选-磁选除铁工艺流程，生产应用多年来，在原矿镍钴铬铁品位分别为 0.93%、0.18%、3.25%、14.95%的情况下，获得镍钴回收率分别达到 97.60%和 96.08%，铬含量仅 1.19%的轻矿物，为后续湿法回收镍钴创造了有利条件，同时获得铬品位 32.13%，回收率 62.62%的铬精矿，铁品位 61.94%，铁回收率 24.48%的铁精矿。实现了此镍钴矿资源的综合回收利用。关键词：镍；钴；铬；铁；磁选；重选doi:10.3969/j.issn.1000-6532.2023.01.012中图分类号:TD951 文献标志码:A 文章编号:1000-6532（2023）01009905 镍具有优良的稳定性，使其在航天、航空、电子等高科技领域得到广泛应用；钴与镍一样用来制作各种合金，钴钢比钨钢、钼钢都硬，广泛应用于高精尖装备；铬具有硬质、耐磨、耐热和耐腐蚀等优良特点，广泛应用于冶金、耐火材料和化学工业1。我国人口众多，正处在工业化、城市化发展的关键阶段，对各种矿产资源的消耗均十分巨大，镍、钴、铬是我国的劣势资源，大部分依赖于进口，有效开展利用国外的镍钴矿资源意义重大2-5。全球已探明的镍储量约为 1.6 亿 t，其中红土镍矿约占 70%。红土矿选矿工艺主要是为冶炼制备合格的矿石或矿浆。红土镍矿中基本都含有一定量的钴、铬及铁等有价元素。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6。矿石中铬铁矿由于本身比重较大，国内外选矿通常采用重选回收，常用的重选设备有摇床、螺旋溜槽、离心选矿机等7。国外某镍钴矿为典型的红土镍矿，其主要有价元素为镍，同时含有钴和铬，属于以镍为主的镍钴铬多金属矿。针对此矿石特点，通过“分流归类-依性集中-综合回收”的整体研究思路8，采用“原矿擦洗-旋流器分级-螺旋粗选-摇床精选-磁选除铁”工艺对矿石中的镍钴铬进行回收，工业化应用多年来，获得了低铬含量的轻矿物、铬精矿和铁精矿产品，实现了此镍钴矿资源的综合回收利用。1矿石性质原矿化学多元素分析结果见表 1，由表 1 可知，该矿石为镍钴铬铁多金属矿。其中主要有价元素为镍、钴，并伴生一定的铬和铁。表 1 原矿主要元素分析结果/%Table 1 Analysis results of main elements of raw oreNiCoCrFeSSiO2MgOAl2O3P0.840.162.7112.080.0940.2110.179.260.016 试样的矿物组成及含量测定结果见表 2，从表 2 可以看出，矿石中矿物组成较复杂，金属矿物主要为铬铁矿、磁铁矿和假象赤铁矿；非金属矿物主要为石英、碳酸盐矿物、隐晶质粘土矿物和少量云母。收稿日期:2020-12-23作者简介:孙爱辉（1985-），男，工程师，本科，主要从事选矿生产管理。通信作者:邹坚坚（1987-），男，高级工程师，硕士，主要从事金属矿产的选矿工艺研究。第 1 期矿产综合利用2023 年 2 月Multipurpose Utilization of Mineral Resources 99 综合评述镍和钴的平衡分配见表 3，从表 3 可以看出，矿石中未见镍和钴的独立矿物，镍和钴均主要以离子吸附的形式存在于隐晶质粘土矿物中，其次在石英中，赋存于铬铁矿、磁铁矿和假象赤铁矿中的镍钴极少。表 3 镍和钴的平衡分配Table 3 Balanced distribution of nickel and cobalt矿物含量/%品位/%占有率/%NiCoNiCo铬铁矿18.120.050.0271.113.13磁铁矿9.920.030.0310.371.97假象赤铁矿2.800.090.0480.310.86石英26.390.100.0513.358.62粘土/碳酸盐等42.771.780.31294.8685.42合计100.000.800.156100.00100.00 隐晶质粘土矿物（图 1）：主要成分是纤磷钙铝石，本身颜色为白色，被铁质染后呈土红色，呈隐晶质集合体，粒径极微细，基本小于 0.01 mm。铬铁矿嵌布粒度相对较粗，一般在 0.100.30 mm之间。磁铁矿嵌布粒度最粗，多在 0.150.5 mm。矿石中未见镍的独立矿物，镍主要以离子吸附的形式存在于隐晶质粘土矿物，小部分赋存于磁铁矿和铬铁矿中。2实验方案的确定矿石的构造为松散状及砂土状构造，存在大量的粘土、碳酸盐矿物，粘土矿物将其他矿物粘结在一起形成较大的矿物聚合体，因此，首先需要通过适当的搅拌擦洗等措施将相互粘结在一起的矿物打开，再结合矿物之间的密度及磁性差异 表 2 原矿矿物组成定量检测结果Table 2 Quantitative test results of mineral composition of raw ore铬铁矿磁铁矿假象赤铁矿黄铁矿石英隐晶质粘土矿物碳酸盐矿物长石云母合计8.266.922.800.1626.3939.0613.601.391.42100.00 LimonitePhyrchloreCrandalliteLimoniteMagnetite-Ti铬铁矿100 m100 m100 m100 mMagnetitea.扫描电镜 BSE 图象粘土由微细粒纤磷钙铝石(Crandallite)和土状赤铁矿(Hematite)集合体组成,成无核心的泥球b.扫描电镜 BSE 图象粘土由微细粒纤磷钙铝石(Crandallite)和土状赤铁矿集合体组成,以褐铁矿(Limonite)颗粒为核心,成同心圆泥球状c.显微镜反光中粗粒铬铁矿单体d.扫描电镜 BSE 图象磁铁矿(Magnetite)单体颗粒图 1 扫描电镜 BSE 及显微镜反光图像Fig.1 Scanning electron microscope BSE and microscope reflection image 100 矿产综合利用2023 年进行选别。原矿主要矿物的密度测定结果见表 4。从表 4 可以看出：铬铁矿、磁铁矿等有用矿物的密度整体在 5 g/cm3左右，镍钴主要以离子吸附的形式存在于隐晶质粘土矿物，隐晶质粘土矿物的密度为 2.3 g/cm3左右，矿石的重选可选性系数 E 值大于 2.5，属于重选极易选范围，因此，采用重选可以有效实现铬铁矿、磁铁矿与隐晶质粘土矿物的分离9。原矿主要矿物的比磁化系数测定结果见表 5。表 4 主要矿物的密度1Table 4 Density of main minerals矿物密度/（gcm-3）矿物密度/（gcm-3）矿物密度/（gcm-3）铬铁矿4.95.1隐晶质粘土矿物2.22.4石英2.52.6磁铁矿4.95.2碳酸盐矿物2.62.8云母2.73.1 表 5 主要矿物的比磁化系数10Table 5 Specific magnetic susceptibility of main minerals矿物比磁化系数SI制/（m3kg-1）矿物比磁化系数SI制/（m3kg-1）矿物比磁化系数SI制/（m3kg-1）铬铁矿（6.38.8）10-7隐晶质粘土矿物（3.811.3）10-7石英2.510-9磁铁矿115610-6碳酸盐矿物3.810-9长石6210-9 从表 5 可以看出：铬铁矿的比磁化系数为（6.38.8）10-7 m3/kg，属于弱磁性矿物，磁铁矿的比磁化系数为 115610-6 m3/kg，属于强磁性矿物，基于铬铁矿与磁铁矿之间的磁性差异，采用弱磁选可以将铬铁矿与磁铁矿分离；石英、长石、碳酸盐矿物的比磁化系数均很低，通过磁选也可以实现铬铁矿、磁铁矿与这些脉石矿物的进一步分离；隐晶质粘土矿物由于受铁染等因素，比磁化系数达到（3.811.3）10-7，属于弱磁性矿物，很难采用磁选实现其与铬铁矿的分离10，不过由于隐晶质粘石矿物密度小，为泥质矿物，粒度微细，因此，可以借助于重选实现铬铁矿与陷晶质粘土矿物的分离。综合矿石性质分析，确定采用“原矿擦洗-分级-重选-磁选”原则流程进行研究。3实验结果与讨论 3.1搅拌擦洗-分级归类技术研究矿石为严重风化高度泥化的氧化矿，微细粒细泥严重粘结在矿物表面，如果不通过搅拌擦洗，难以暴露矿物的原生表面，将不能进行各种矿物间的有效分选，因此，需对矿石进行搅拌擦洗。首先，采用 XJT1.5-5.5L 型多功能搅拌机进行擦洗时间与矿泥关系实验研究，实验流程见图 2，结果见图 3。从图 3 可以看出，通过搅拌擦洗后，细泥的含量显著增加，表明通过搅拌擦洗可以有效使粘附于矿物表面的微细泥脱落，暴露出矿物的新鲜表面，有助于矿物分选，当搅拌时间达到 10 min时，细泥（-0.01 mm）含量达到 18.56%，进一步延长搅拌时间，细泥不再有明显增加，因此，选择适宜的搅拌擦洗时间为 10 min。采用 D350 mm 的旋流器进行分级，结果见表 6。水析 脱泥原矿(2.0 mm)搅拌擦洗min细泥(0.01 mm)沉砂(+0.01 mm)22 min图 2 搅拌擦洗时间实验流程Fig.2 Test process of stirring and scrubbing time 05101520246810121416182022细泥含量/%擦洗时间/min细泥(0.01 mm)含量图 3 搅拌擦洗时间实验结果Fig.3 Test results of stirring and scrubbing time 第 1 期2023 年 2 月孙爱辉等：国外某镍钴矿资源综合利用研究及应用 101 从表 6 可以看出，镍钴集中至溢流，铬铁集中至沉砂，旋流器分级有效地实现了镍钴与铬铁的分级归类。3.2重选归队研究旋流器沉砂主要是铬铁矿、磁铁矿和粒度较粗的脉石矿物，需要采用重选将铬铁矿、磁铁矿进行富集归队。为接近于实际生产应用，采用生产上最常采用的重选设备螺旋溜槽和摇床组合进行重选归队研究。实验采用的螺旋溜槽设备型号为 F-8，摇床设备型号为 LYN(S)1100500 mm。实验流程为螺旋溜槽粗选-摇床精选，流程见图 4，结果见表 7。从表 7 可以看出，采用螺旋溜槽与摇床组合进行重选归队研究，铬明显富集至重选精矿，作业回收率达到 82.19%；由于部分铁赋存于泥质赤铁矿和隐晶质粘土矿物，这些矿物为轻比重矿物，重选过程中进入到尾矿，铁的回收率相对较低，只有 52.08%；镍钴集中至尾矿，尾矿中镍钴的回收率达到 85%以上，表明重选很好的实现了镍钴与铬铁归队。螺旋溜 槽重选沉砂螺旋尾矿摇床 重选重选精矿摇床尾矿图 4 重选归队研究流程Fig.4 Re-election and return to the team research process 表 7 重选归队实验结果Table 7 Results of re-election test产品名称作业产率/%品位/%作业回收率/%NiCoCrFeNiCoCrFe重选精矿28.250.130.03118.6443.187.0012.3382.1952.08摇床尾矿31.790.630.0891.9317.0238.1739.849.5823.10螺旋尾矿39.960.720.0851.3214.5554.8347.838.2324.82沉砂100.000.520.0716.4123.42100.00100.00100.00100.00 3.3弱磁分离铬、铁研究基于铬铁矿、磁铁矿之间的磁性差异，采用弱磁选实现重选精矿中的铬铁分离，实验采用ZCT 滚筒弱磁选机进行弱磁选，实验流程见图 5，结果见表 8。弱磁 磁选重选精矿铬精矿铁精矿T图 5 弱磁分离铬、铁实验流程Fig.5 Test process of weak mag