Технология обогащения медно-никелевых руд
В настоящее время известно 53 минералов никеля, большинство из которых образовалось при высоких температурах и давлении, а также при застывании магмы или осаждении из горячих водных растворов. Никель также входит в виде изоморфной примеси в несколько десятков минералов, содержащих двухвалентное железо и магний.
Однако основная масса никеля извлекается из руд в виде сульфидных минералов и силикатов, характеристики которых приведены в таблице.
Основной объем никеля добывается в месторождениях магматических сульфидных медно-никелевых руд (65 % общего количества добываемого из руд никеля). Основные минералы в рудах этих месторождений пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит, встречаются пирит, кубанит, полидимит, никелин, миллерит, виоларит, а также минералы группы платины, галенит, сфалерит и борнит. В России руды этого типа расположены на Кольском полуострове и в районе Норильска. Сульфидные медно-никелевые руды добываются в Канаде, где имеется около 40 месторождений этого типа, в Южной Африке, Австралии, Финляндии,Швеции, Норвегии, США. Содержание никеля в сульфидных рудах составляет от 0,3 до 4 %, а соотношение меди и никеля в маломедистых рудах колеблется от 0,5 до 0,8, в высокомедистых – от 2 до 4. В этих рудах, кроме меди и никеля, повсеместно присутствуют кобальт, а также золото, платина, палладий, рутений, селен, теллур и др.
Характеристика основных никелевых минералов
| Минерал | Формула | Массовая доля Ni,% | Плотность, г/см3 | Твердость |
|
Пентландит Пирротин никеленосный Миллерит Никелин Полидимит Виоларит Гарниерит |
(Fe,Ni)9S8 От Fe6S9 до Fe11S12 NiS NiAs Ni3S4 Ni2FeS4 Ni4(Si4O10)(OH)4∙4H2O |
31,22 0,25–14,22 64,67 43,9 57,86 38,94 40,68–46,6 |
4,5–5,0 4,6–4,7 5,2–5,6 7,6–7,9 4,5–4,8 4,5–4,8 2,27–2,93 |
3–4 3,5–4,5 3,0–3,5 5,0–5,5 4,5–5,0 4,5–5,0 2,0–3,5 |
В зависимости от текстурных особенностей сульфидные руды подразделяются на следующие типы:
Вкрапленные руды наиболее распространены среди других никелевых сульфидных руд. Сульфидные минералы в этих рудах распределены между серпентизованными оливином и пироксеном. Соотношение никеля, меди и кобальта составляет 55–50:28–23:1.
Брекчиевидные руды относятся к типу богатых промышленных руд. Содержание их в рудных телах колеблется от 2 до 25 %. Руды состоят из об- ломков оталькованных серпентинитов, филлитов и туффитов, сцементированных мелкозернистой сульфидной массой, состоящей из пирротина, пентландита и халькопирита, содержание которых составляет 60–75 %. Соотношение никеля, меди и кобальта – 56:22:1.
Сплошные сульфидные руды тесно связаны с брекчиевидными в нижних частях рудных тел. Они состоят преимущественно из пирротина (60–80 %), пентландита и халькопирита. Крупность зерен пентландита может достигать 5–10 мм. Соотношение никеля, меди и кобальта в рудах составляет 35–25:17–14:1.
Прожилково-вкрапленные и прожилковые руды имеют небольшое распространение. Отличаются они тонким взаимным прорастанием основных сульфидных минералов – пирротина, халькопирита и пентландита. Соотношение никеля, меди и кобальта обычно составляет 47:48:1.
Силикатные никелевые руды характеризуются невысоким содержанием никеля ( до 1%) при соотношении никеля и кобальта 20…30 : 1. Добыча никеля из силикатных руд в общем производстве никеля составляет не более 15…20%, причем перерабатываются эти руды без предварительного обогащения.
Медно-никелевые руды обогащаются по прямым селективным, коллективно-селективным и комбинированным схемам.
По схеме селективной флотации обогащаются сплошные руды рудника «Комсомольский».
Эти руды характеризуются различной флотационной активностью сульфидных минералов, которые можно расположить по уменьшению флотируемости в следующей последовательности: халькопирит ( талнахит, моихукит, кубанит ), пентландит и никеленосный пирротин, пирротин. Селективная флотация медных и никелевых минералов происходит прежде всего за счет различной скорости окисления сульфидной поверхности. Никелевые сульфидные минералы хорошо и быстро окисляются, в то время как халькопирит окисляется значительно медленнее.
Сплошные сульфидные руды рудника «Комсомольский» после среднего и мелкого дробления направляются на измельчение, которое осуществляется в две стадии до крупности 80 % класса –0,05 мм. Содержание твердого в сливе гидроциклонов II стадии измельчения достигает 20 %, поэтому слив сгущается до 34 % твердого, при этом удаляется около 50 % воды. Сгущенный продукт затем идет в три контактных чана, куда подается воздух для окисления поверхности сульфидных минералов. После перемешивания в течение 15 мин никелевые минералы подавляются и несколько повышается флотоактивность медных сульфидных минералов. I основная флотация проводится в присутствии этилового дитиофосфата (7 г на 1 % Cu), Т-66 (12 г/т) и МИБК (6–10 г/т). После контрольной флотации, где в пенный продукт доизвлекаются сростки сульфидных минералов при подаче этилового дитиофосфата (1,5 г на 1 % Cu) и Т-66 (2 г/т), выделяются хвосты, направляемые на I флотацию пентландита, где ксантогенатом (25 г/т) извлекаются его крупные зерна. Хвосты I флотации пентландита доизмельчаются до крупности 92 % класса –0,044 мм с предварительной и поверочной классификацией для предотвращения его ошламования. Хвосты II пентландитовой флотации являются готовым пирротиновым концентратом, содержащим 2 % Ni и 0,4 % Cu.
Готовый никелевый концентрат – пенный продукт пентландитовой флотации и хвосты грубой медной флотации, питанием которой является концентрат I пентландитовой флотации. Полученный никелевый концентрат содержит 7.0–7,2 % Ni и 2,3 % Cu.
Медный концентрат извлекается из концентрата контрольной флотации после доизмельчения до 92 % класса –0,044 мм совместно с концентратом грубой медной флотации. После II основной и двух перечистных операций полученный медный концентрат содержит 26–28 % Cu и 1,7–1,9 % Ni. Общий никелевый концентрат содержит 8,0–8,5 % Ni и 4,4–4,7 % Cu. Для подавления пентландита в грубую медную флотацию подается известь, общийрасход которой по схеме составляет 0,5 г/т.
Схема флотации сплошных сульфидных медно-никелевых руд
Вкрапленные медно-никелевые руды обогащаются по схеме коллективной флотации с получением коллективного медно-никелевого концентрата, который в зависимости от соотношения меди и никеля селективно разделяют на медный и никелевый концентраты или подвергают плавке с получением файнштейна. При соотношении меди и никеля больше двух коллективный концентрат селективно разделяется, если же это соотношение меньше двух, концентрат подвергается плавке с получением файнштейна, который затем разделяется по методу И.Н. Масляницкого.
По схеме коллективной флотации измельчение руды в I стадии осуществляется до 40–50 % класса –0,074 мм, после чего руда направляется на межцикловую флотацию, которая проводится в щелочной среде при рН 9–10. Собиратели (бутиловый, амиловый ксантогенаты, бутиловый дитиофосфат или их сочетания) лучше подавать в мельницы, где они могут взаимодействовать со свежеобнаженной поверхностью пирротина, способного к быстрому окислению.
Последующая основная флотация проводится при доизмельчении хвостов межцикловой флотации до крупности 60–80 % класса –0,074 мм. Межцикловая и основная флотации проводятся, как правило, в открытом цикле, а промпродукты перерабатываются в отдельном цикле при доизмельчении до 90–100 % класса –0,074 мм. Получаемые в этом цикле концентраты объединяются с концентратами основной флотации. Иногда для повышения технологических показателей обогащения применяется раздельная флотация песков и шламов с подачей дополнительного собирателя – аполярного масла (керосин, машинное масло и т.п.). Схема коллективной флотации применяется на Ждановской обогатительной фабрике, где перерабатываются бедные вкрапленные медно-никелевые руды Ждановского месторождения.
Ждановская обогатительная фабрика введена в эксплуатацию в 1965 г. Технологическая схема обогащения медно-никелевых руд на этой фабрике показана на рис. 49. Руда крупностью 1 200 мм дробится в три стадии до 25 мм.I стадия дробления осуществляется в конусной дробилке ККД-1500/180, куда руда подается 100-тонными думпкарами. Крупнодробленая руда направляется в корпус среднего и мелкого дробления, где установлены каскадно три дробилки КСД-2200Б и шесть дробилок КМД-2200 и КМД-2200. Предварительное грохочение перед мелким дроблением осуществляется на шести инерционных грохотах 173-Гр.
После I стадии измельчения в шаровых мельницах МШР-3600Х5000, работающих в замкнутом цикле со спиральным классификатором (один двухспиральный классификатор диаметром 3 000 мм на две мельницы), до крупности 45–50 % класса –0,074 мм пульпа при содержании твердого 41–43 % направляется на межцикловую флотацию. Для создания щелочной среды в мельницы подается кальцинированная сода (710 г/т), сюда же в качестве собирателя вводится бутиловый ксантогенат (60–75 г/т). Для активации никелевых сульфидов в межцикловую флотацию подается медный купорос (до 9 г/т) и бутиловый дитиофосфат (7–20 г/т).
Технологическая схема коллективного обогащения медно-никелевых руд
Хвосты межцикловой флотации доизмельчаются в шаровых мельницах МШЦ-3600Х5500, работающих в замкнутом цикле с гидроциклонами ГЦ-50. В мельницы II стадии подается бутиловый ксантогенат (40–50 г/т). Слив гидроциклонов крупностью 80–85 % класса –0,074 мм направляется на основную коллективную флотацию с подачей медного купороса (0–9 г/т) и бутилового дитиофосфата (5–15 г/т). Концентраты межцикловой и основной коллективной флотации объединяются и перечищаются при подавлении минералов пустой породы КМЦ, которая подается на каждую перечистную флотацию при общем расходе 400–560 г/т. Полученный коллективный медно-никелевый концентрат содержит 5,8–6 % Ni, 2,3–2,75 % Cu и до 0,2 % Co при извлечении меди и никеля около 75 %, а кобальта 65 %.
Хвосты основной коллективной флотации подвергаются контрольной, куда подается медный купорос (0–5 г/т), бутиловый ксантогенат (8–10 г/т) и бутиловый дитиофосфат (0–5 г/т). Из хвостов контрольной флотации магнитной сепарацией на барабанном магнитном сепараторе при напряженности магнитного поля 80–96 кА/м извлекается магнетит. Промпродукты (хвосты перечистной и концентрат контрольной флотации) доизмельчаются до крупности 90 % класса –0,044 мм и флотируются в отдельном цикле. После перечистки концентрата промпродуктовой флотации, которая проводится в присутствии КМЦ (150 г/т), пенный продукт присоединяется к медно-никелевому концентрату.
Готовый медно-никелевый концентрат после сгущения подается в цех обжига для окомкования и термического упрочнения окатышей, которые затем направляются в металлургическое производство.
