高立強，馮建偉，譚巧義

(1.中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038； 2.中國科學院過程工程研究所， 北京 100190)

紅土鎳礦原礦預處理工藝研究

高立強1，馮建偉1，譚巧義2

(1.中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038； 2.中國科學院過程工程研究所， 北京 100190)

隨著全球?qū)︽囆枨罅康脑黾蛹耙睙捈夹g的發(fā)展，紅土型鎳礦成為重要的鎳資源。紅土鎳礦在冶煉原料準備過程中需要先對原礦進行預處理，為原料準備提供合適粒徑的原礦。紅土鎳礦原礦礦石性質(zhì)對預處理工藝選擇影響很大，大部分紅土礦含水較高，礫石含量和礫石尺寸變化較大，這些礦石性質(zhì)影響原礦預處理工藝選擇。針對紅土鎳礦原礦礦石性質(zhì)和生產(chǎn)現(xiàn)狀，介紹了幾種常見的紅土礦原礦預處理工藝。

紅土礦； 礦石性質(zhì)； 破碎； 預處理工藝

1 鎳礦資源特點

鎳金屬因具有很強的抗腐蝕性、耐熱性以及良好的可塑性與韌性，可廣泛應用于鋼鐵、有色冶金、電鍍、化工、機械等行業(yè)。世界上可開采的鎳資源有兩類，其一是巖漿型硫化鎳礦，其二是風化型氧化鎳礦(紅土鎳礦)。目前，全球已探明的鎳儲量約1.6億t，其中硫化鎳礦約占30%，紅土鎳礦約占70%[1]。由于硫化鎳礦雜質(zhì)少、選冶技術成熟，全球60%左右的鎳產(chǎn)自于此類礦石，但是由于硫化鎳礦床大量開采和儲量快速減少，使得硫化鎳礦后備可開采資源嚴重不足。隨著鎳的需求量增大，人們將鎳開發(fā)的重點轉(zhuǎn)向紅土型鎳礦，紅土鎳礦已經(jīng)成為目前開采鎳資源的主要礦石類型[2]。各地區(qū)紅土礦資源的分布特點見表1[3]。

表1 各地區(qū)紅土礦資源的分布特點

從表1可以看出，紅土礦主要分布在印度尼西亞、菲律賓和新喀里多尼亞等地。這些地區(qū)位于赤道附近，受熱帶氣候環(huán)境影響降水發(fā)達，礦石含水較多。由于礦石表層風化較徹底，而下部風化較少，導致紅土礦石礫石含量由于礦石含水較多、物性較粘使得這些地區(qū)的紅土礦原礦預處理難度增大。

2 選冶對原礦預處理要求

紅土礦冶煉工藝流程較多，這些工藝主要分為火法冶煉工藝和濕法冶煉工藝兩大類。

(1)火法冶煉工藝。大多數(shù)的火法工藝使用的傳統(tǒng)流程是干燥—焙燒/還原—電爐熔煉。礦石在進入干燥作業(yè)時需要一定粒度，則原礦預處理工藝就是將礦石進行破碎，為火法冶煉提供合格粒度原料的作業(yè)過程。典型的工程有廣西某鎳冶煉廠，原礦預處理工藝采用齒輥破碎機將外購的紅土鎳礦原礦進行破碎，破碎后得到合格粒度的礦石為冶煉提供原料。

(2)濕法冶煉工藝。紅土鎳礦的濕法冶煉工藝主要有氨浸浸出工藝和高壓酸浸浸出工藝。兩種濕法冶煉工藝均需要選礦工藝對冶煉原料進行造漿除雜，從而為濕法冶煉提供合格料漿。原礦預處理工藝就是要為選礦造漿除雜作業(yè)提供合格粒度的過程。巴布亞新幾內(nèi)亞某紅土鎳礦項目采用高壓酸浸冶煉工藝，開采礦石首先要選礦進行洗礦和除雜，原礦預處理工藝采用篩分破碎機將含水較高的濕粘礦石進行破碎，得到滿足洗礦作業(yè)要求的物料。

3 紅土鎳礦礦石性質(zhì)

3.1 紅土鎳礦礦層地質(zhì)特征

大部分紅土礦由6層組成，分別為腐殖土層、紅色褐鐵礦層、黃色褐鐵礦層、殘積層、含礫石的殘積層及基巖，礦層的結(jié)構(gòu)和特征見圖1[4]。

圖1 某紅土礦結(jié)構(gòu)剖面圖

腐殖土層是黑棕色到黑色含有腐殖質(zhì)的土壤，該層鎳鈷品位在邊界品位以下。是采礦需要剝離的對象。

褐鐵礦層又分為紅色褐鐵礦層和黃色褐鐵礦層。紅色褐鐵礦層為氧化運移的褐鐵礦層，厚度從1～10m不等，平均厚度小于3m，紅色褐鐵礦層也是采礦剝離的主要對象。黃色褐鐵礦層的顏色多樣，在微黃褐色、微紅褐色到桔黃赭色之間變化。礦層為多孔狀，有可塑性，巖石的殘余結(jié)構(gòu)比較少。該層是主要的鎳和鈷礦化層，平均厚度小于10m。黃色褐鐵礦層是主要開采對象。

殘積層和含礫殘積層是基巖經(jīng)過風化變質(zhì)的產(chǎn)物，呈棕色。兩層最顯著的特點是仍然保留著原巖的原始結(jié)構(gòu)和礦物的晶體結(jié)構(gòu)，厚度最深達到17m，平均厚度5m左右。殘積層包含有硅鎳礦。含水的鎳鎂硅酸鹽相應地增加了該層鎳的品位。這兩個層也是主要開采對象。開采時很容易將層中大塊礫石一并開采運至后續(xù)作業(yè)。

礦區(qū)的基巖主要是純橄欖巖，偶爾可見斜方輝橄欖巖、輝巖和輝長巖。基巖高和低的起伏不均。高的地方沿斷層的主控制方向形成突起，這種被稱為“尖礁”。

3.2 紅土礦礦石性質(zhì)

紅土鎳礦的原礦礦石性質(zhì)與原礦預處理工藝息息相關，將影響預處理工藝和設備的選擇。

(1)紅土礦含水率較高。由于紅土鎳礦礦區(qū)大部分位于赤道附近，受熱帶氣候環(huán)境影響降水量大，礦石含水較多，一般可以達到30%～60%。由于礦石含水較多，造成礦石物性較粘，增大了紅土礦原礦預處理作業(yè)的難度。

(2)紅土礦中礫石含量及尺寸變化較大。從紅土鎳礦礦層地質(zhì)特征看，礦層分為6層，但實際情況是每層厚度不均，特別是殘積層和含礫殘積層，含有礫石情況不規(guī)律。采礦露天開采，使用大型設備，使得采礦提供原礦的礦石組成中土質(zhì)含量和礫石含量比例變化較大，礫石尺寸不易控制。這也對原礦預處理工藝選擇產(chǎn)生很大影響。

4 紅土礦原礦預處理工藝

4.1 基于顎式破碎機的原礦預處理工藝

此種原礦預處理工藝主要是利用顎式破碎機作為原礦破碎設備，選用不同的給料設備為顎式破碎機供礦。目前已經(jīng)應用的工程中主要是用棒條振動篩或者棒條滾擺式給料機(Wobbler Feeder)為顎式破碎機給礦。兩種給料設備兼具有預先篩分和給礦的功能，可以預先篩除土質(zhì)原礦和粒度較小的礫石，將篩上的大塊給入顎式破碎機，篩下物料和破碎后的物料就成為原礦預處理最終產(chǎn)品。

4.1.1 棒條振動篩+顎式破碎機工藝

澳大利亞某紅土礦項目的原礦預處理采用此種工藝。

采礦供礦礦石最大粒度1 200mm，給入預處理原礦倉，礦倉貯礦能力為350t濕礦，下設變頻的板式給料機用于向棒條振動篩給礦。板式給料機給礦到棒條振動篩(安裝時篩孔150mm)。棒條振動篩篩上物料(超過150mm的物料)給到顎式破碎機，破碎產(chǎn)物和棒條振動篩篩下物料落入帶式輸送機運走。每個破碎站配有碎石機，破碎可能堵塞顎式破碎機的大塊石頭。

項目在試生產(chǎn)時發(fā)現(xiàn)此種預處理工藝存在一定問題，由于采場運來的礦石中含有部分粒度適宜的塊礦容易卡在棒條振動篩的篩孔中，使得棒條振動篩的預先篩分能力達不到設計要求。按原設計，原礦經(jīng)棒條振動篩預篩后，僅有35%的礦石進入顎式破碎機進行破碎。由于部分礦石卡住棒條振動篩篩孔，減小篩孔面積使得粒度小于150mm的礦石進入顎式破碎機，顯得破碎機能力不足，同時土質(zhì)粘性礦石進入破碎機，引起顎式破碎機破碎腔堵塞，使得整個破碎系統(tǒng)能力達不到設計值，這個問題在褐鐵礦破碎時尤為明顯，試生產(chǎn)期間該系統(tǒng)日最大處理量僅達到設計值的92%，見圖2。

圖2 棒條振動篩卡住礫石

4.1.2 棒條滾擺式給料機+顎式破碎機工藝

棒條滾擺式給料機(Wobbler Feeder)是一種在礦石工程中不常用的給料設備。棒條滾擺式給料機工作原理：設備運行時，每個棍子按相同速度旋轉(zhuǎn)，輥子在旋轉(zhuǎn)過程中兩輥開口保持一定距離，物料落入設備輥面上，細粒物料通過開口下落，超過開口尺寸的大塊物料會在輥子旋轉(zhuǎn)過程中沿著輥道向前運動，最終從前端排出。因此棒條滾擺式給料機也兼具有預先篩分功能和給料功能。

棒條滾擺式給料機應用于紅土鎳礦原礦預處理有其自身的優(yōu)缺點。優(yōu)點：①棒條滾擺式給料機兼具有預先篩分和給料2個功能使得它可以取代2臺設備組合，例如可以代替板式給料機+振動篩；②處理物料不會發(fā)生堵塞篩孔的問題，能夠穩(wěn)定給礦；③沒有振動部件，產(chǎn)生噪音較小；④能耗較小。缺點：①在處理濕/粘礦石時，篩分效果不好，從而造成濕粘的土質(zhì)礦石進入顎式破碎機，使破碎機發(fā)生堵礦現(xiàn)象，降低顎式破碎機碎礦能力；②棒條滾擺式給料機的給料厚度不能太大，否則輥軸的推力無法傳遞上方的物料，造成上方的物料不向前行，另外物料太厚分級效果不好，細粒物料來不及篩分直接從尾端排出，影響顎式破碎機作業(yè)。

4.1.3 基于顎式破碎機的原礦預處理工藝特點

顎式破碎機的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了設備不能破碎含泥含水多的紅土鎳礦。1200×1500顎式破碎機的給礦口寬度為1 200mm，排礦口最大為180mm，無論采用棒條滾擺式給料機(Wobbler Feeder)還是采用棒條振動篩為顎式破碎機給礦時，只要給料設備篩上物中含有大量的土質(zhì)粘性物料，粘性物料進入顎式破碎機后在動顎擠壓靜顎下，礦泥成餅狀緊貼于鄂板上，降低物料流動性，堵塞排礦口。

基于顎式破碎機為破碎設備的紅土鎳礦原礦預處理工藝適合含水較低紅土鎳礦。含水較低的紅土鎳礦礦石流動性好，容易被棒條振動篩與棒條滾擺式給料機篩分，從而給入顎式破碎機的礦石不含或少量含有粘土，不會大規(guī)模造成破碎機堵塞現(xiàn)象。

4.2 固定格篩(振動格篩)+液壓碎石機工藝

此種原礦預處理工藝配置比較簡單。選礦原礦倉上設置固定格篩(振動格篩)，礦石經(jīng)礦倉頂格篩篩去大塊礫石，格篩篩下物料利用板式給料機給入選礦(洗礦)作業(yè)，篩上大塊礫石用移動(或固定)液壓碎石機打碎或扒出。這種預處理工藝最大的優(yōu)點是工藝簡單，投資相對較少。同時也存在幾方面缺點：①液壓碎石機破碎效率較低，要求原礦物料中礫石含量不能太多，如果給入原礦倉的一車礦石中大部分是大塊的礫石，則很容易在沒有及時破碎的情況下發(fā)生蓬料現(xiàn)象，造成礦倉下部板式給料機給礦不穩(wěn)定；②物料含水不能過高，應具有一定流動性，原礦含水較高，采礦運礦汽車倒進原礦倉物料由于流動性差很容易在固定格篩上形成蓬料，也會造成礦倉下部板式給料機空轉(zhuǎn)或給礦不穩(wěn)定現(xiàn)象；③若采用振動格篩隔去大塊礫石，則要求設備性能較高，對原礦篩分的格篩設備比較重，需要振動力較大，振動部件與篩體連接處容易破損。

對于固定格篩(振動格篩)+液壓碎石機的原礦預處理工藝，要求原礦給礦性質(zhì)穩(wěn)定，供礦物料含水不能太高且具有一定流動性，同時物料內(nèi)大塊礫石含量不能過多。

如果采用振動格篩處理原礦，則需要即能滿足對原礦篩分預處理的振幅和頻率的要求，同時保證設備結(jié)構(gòu)堅固，保證一定的設備作業(yè)率。

4.3 基于篩分破碎機的原礦預處理工藝

篩分破碎機是針對軟巖礦石和中等硬度礦石研發(fā)的一種破碎設備，廣泛應用于石灰石、煤、紅土鎳礦等礦石的原礦預處理，見圖3。

圖3 篩分破碎機

以篩分破碎機為破碎設備的原礦預處理工藝主要特點：①對礦石性質(zhì)變化的適應性較高，干礦、濕礦、泥礦和粘性礦物都適用。設備自帶的刮料器使得篩分破碎機能夠處理含水高、粘度大的礦石；②適用于軟巖或中等硬度的礦石破碎，一般破碎礦石硬度不大于200MPa；③設備處理能力較大；④給礦粒度范圍較大，最大可以達到2 000mm；⑤結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量小，運營成本低，易于維護；⑥有固定式和移動式破碎站兩種型式。

從原礦預處理工藝特點可以看出篩分破碎機基本適應紅土鎳礦含泥含水較多的特點，紅土鎳礦礫石硬度約120MPa，也屬于篩分破碎機所承受的破碎礦石硬度范圍，篩分破碎機能夠破碎單向最大2 000mm給礦粒度。因此可以認為基于篩分破碎機的原礦預處理工藝能夠很好地適應紅土鎳礦原礦礦石性質(zhì)，可作為紅土鎳礦原礦預處理的推薦方案。

5 結(jié)語

紅土鎳礦的礦石性質(zhì)特別是礦石含水率、礫石含量和礫石尺寸將影響原礦預處理工藝的選擇。大部分紅土鎳礦有含水率較高、粘性較大、礫石含量不穩(wěn)定及礫石尺寸較大等特點。原礦預處理工藝要適應紅土鎳礦這一性質(zhì)。對于原礦含水較少、流動性相對較好的紅土鎳礦可以采用基于顎式破碎機的原礦預處理工藝，如棒條振動篩+顎式破碎機工藝、棒條滾擺式給料機(Wobbler Feeder)+顎式破碎機工藝。對于原礦礫石含量較少、含水較少的紅土鎳礦可以采用簡單的固定格篩(振動格篩)+液壓碎石機工藝，這種工藝配置簡單、投資較少，對于處理規(guī)模較小的礦山也可采用此方法進行紅土鎳礦原礦預處理。基于篩分破碎機的原礦預處理工藝，處理規(guī)模較大，并且對原礦礦石性質(zhì)適應性較強，因此可作為紅土鎳礦原礦預處理優(yōu)先考慮的工藝。

[1] 馮建偉.紅土鎳礦選礦工藝與設備的現(xiàn)狀及展望[J].中國有色冶金，2013,(5)：1-6.

[2] 肖安雄摘譯.美國金屬雜質(zhì)對世界有色金屬冶煉廠的調(diào)查第三部分：鎳紅土礦[J].中國有色冶金,2008,(4):1-12.

[3] 徐慶新摘譯.紅土礦的過去與未來[J].中國有色冶金,2005,(6):1-8.

[4] 高明權,趙少儒.“濕型”紅土鎳礦床特征及開采特點[J].中國礦業(yè)，2010,(5):81-84.

Pretreatment process research of lateritic nickel ore

With the increasing demand of nickel and the development of smelting technology, lateritic nickel ore has become an important nickel resources. Lateritic nickel ore needs to preprocess in the raw material preparation for smelting process to provide qualified raw material. The properties of lateritic ore affect the choice of pretreatment technology strongly. Most of the lateritic ore contains higher moisture content, high content of gravel and gravel size changed greatly, and these properties influenced the choice of the pretreatment process. Based on the properties of lateritic nickel ore and production situation, several common pretreatment processes of lateritic nickel ore were introduced.

lateritic nickel ore; ore properties; crush; pretreatment process

1672-609X(2017)02-0031-04

TD921

A

2017-03-02

高立強(1984-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，工程師，從事選礦工程咨詢與設計工作。