红土镍矿原矿预处理工艺研究

高立强，冯建伟，谭巧义

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038； 2.中国科学院过程工程研究所， 北京 100190)

红土镍矿原矿预处理工艺研究

高立强1，冯建伟1，谭巧义2

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038； 2.中国科学院过程工程研究所， 北京 100190)

随着全球对镍需求量的增加及冶炼技术的发展，红土型镍矿成为重要的镍资源。红土镍矿在冶炼原料准备过程中需要先对原矿进行预处理，为原料准备提供合适粒径的原矿。红土镍矿原矿矿石性质对预处理工艺选择影响很大，大部分红土矿含水较高，砾石含量和砾石尺寸变化较大，这些矿石性质影响原矿预处理工艺选择。针对红土镍矿原矿矿石性质和生产现状，介绍了几种常见的红土矿原矿预处理工艺。

红土矿； 矿石性质； 破碎； 预处理工艺

1 镍矿资源特点

镍金属因具有很强的抗腐蚀性、耐热性以及良好的可塑性与韧性，可广泛应用于钢铁、有色冶金、电镀、化工、机械等行业。世界上可开采的镍资源有两类，其一是岩浆型硫化镍矿，其二是风化型氧化镍矿(红土镍矿)。目前，全球已探明的镍储量约1.6亿t，其中硫化镍矿约占30%，红土镍矿约占70%[1]。由于硫化镍矿杂质少、选冶技术成熟，全球60%左右的镍产自于此类矿石，但是由于硫化镍矿床大量开采和储量快速减少，使得硫化镍矿后备可开采资源严重不足。随着镍的需求量增大，人们将镍开发的重点转向红土型镍矿，红土镍矿已经成为目前开采镍资源的主要矿石类型[2]。各地区红土矿资源的分布特点见表1[3]。

表1 各地区红土矿资源的分布特点

从表1可以看出，红土矿主要分布在印度尼西亚、菲律宾和新喀里多尼亚等地。这些地区位于赤道附近，受热带气候环境影响降水发达，矿石含水较多。由于矿石表层风化较彻底，而下部风化较少，导致红土矿石砾石含量由于矿石含水较多、物性较粘使得这些地区的红土矿原矿预处理难度增大。

2 选冶对原矿预处理要求

红土矿冶炼工艺流程较多，这些工艺主要分为火法冶炼工艺和湿法冶炼工艺两大类。

(1)火法冶炼工艺。大多数的火法工艺使用的传统流程是干燥—焙烧/还原—电炉熔炼。矿石在进入干燥作业时需要一定粒度，则原矿预处理工艺就是将矿石进行破碎，为火法冶炼提供合格粒度原料的作业过程。典型的工程有广西某镍冶炼厂，原矿预处理工艺采用齿辊破碎机将外购的红土镍矿原矿进行破碎，破碎后得到合格粒度的矿石为冶炼提供原料。

(2)湿法冶炼工艺。红土镍矿的湿法冶炼工艺主要有氨浸浸出工艺和高压酸浸浸出工艺。两种湿法冶炼工艺均需要选矿工艺对冶炼原料进行造浆除杂，从而为湿法冶炼提供合格料浆。原矿预处理工艺就是要为选矿造浆除杂作业提供合格粒度的过程。巴布亚新几内亚某红土镍矿项目采用高压酸浸冶炼工艺，开采矿石首先要选矿进行洗矿和除杂，原矿预处理工艺采用筛分破碎机将含水较高的湿粘矿石进行破碎，得到满足洗矿作业要求的物料。

3 红土镍矿矿石性质

3.1 红土镍矿矿层地质特征

大部分红土矿由6层组成，分别为腐殖土层、红色褐铁矿层、黄色褐铁矿层、残积层、含砾石的残积层及基岩，矿层的结构和特征见图1[4]。

图1 某红土矿结构剖面图

腐殖土层是黑棕色到黑色含有腐殖质的土壤，该层镍钴品位在边界品位以下。是采矿需要剥离的对象。

褐铁矿层又分为红色褐铁矿层和黄色褐铁矿层。红色褐铁矿层为氧化运移的褐铁矿层，厚度从1～10m不等，平均厚度小于3m，红色褐铁矿层也是采矿剥离的主要对象。黄色褐铁矿层的颜色多样，在微黄褐色、微红褐色到桔黄赭色之间变化。矿层为多孔状，有可塑性，岩石的残余结构比较少。该层是主要的镍和钴矿化层，平均厚度小于10m。黄色褐铁矿层是主要开采对象。

残积层和含砾残积层是基岩经过风化变质的产物，呈棕色。两层最显著的特点是仍然保留着原岩的原始结构和矿物的晶体结构，厚度最深达到17m，平均厚度5m左右。残积层包含有硅镍矿。含水的镍镁硅酸盐相应地增加了该层镍的品位。这两个层也是主要开采对象。开采时很容易将层中大块砾石一并开采运至后续作业。

矿区的基岩主要是纯橄榄岩，偶尔可见斜方辉橄榄岩、辉岩和辉长岩。基岩高和低的起伏不均。高的地方沿断层的主控制方向形成突起，这种被称为“尖礁”。

3.2 红土矿矿石性质

红土镍矿的原矿矿石性质与原矿预处理工艺息息相关，将影响预处理工艺和设备的选择。

(1)红土矿含水率较高。由于红土镍矿矿区大部分位于赤道附近，受热带气候环境影响降水量大，矿石含水较多，一般可以达到30%～60%。由于矿石含水较多，造成矿石物性较粘，增大了红土矿原矿预处理作业的难度。

(2)红土矿中砾石含量及尺寸变化较大。从红土镍矿矿层地质特征看，矿层分为6层，但实际情况是每层厚度不均，特别是残积层和含砾残积层，含有砾石情况不规律。采矿露天开采，使用大型设备，使得采矿提供原矿的矿石组成中土质含量和砾石含量比例变化较大，砾石尺寸不易控制。这也对原矿预处理工艺选择产生很大影响。

4 红土矿原矿预处理工艺

4.1 基于颚式破碎机的原矿预处理工艺

此种原矿预处理工艺主要是利用颚式破碎机作为原矿破碎设备，选用不同的给料设备为颚式破碎机供矿。目前已经应用的工程中主要是用棒条振动筛或者棒条滚摆式给料机(Wobbler Feeder)为颚式破碎机给矿。两种给料设备兼具有预先筛分和给矿的功能，可以预先筛除土质原矿和粒度较小的砾石，将筛上的大块给入颚式破碎机，筛下物料和破碎后的物料就成为原矿预处理最终产品。

4.1.1 棒条振动筛+颚式破碎机工艺

澳大利亚某红土矿项目的原矿预处理采用此种工艺。

采矿供矿矿石最大粒度1 200mm，给入预处理原矿仓，矿仓贮矿能力为350t湿矿，下设变频的板式给料机用于向棒条振动筛给矿。板式给料机给矿到棒条振动筛(安装时筛孔150mm)。棒条振动筛筛上物料(超过150mm的物料)给到颚式破碎机，破碎产物和棒条振动筛筛下物料落入带式输送机运走。每个破碎站配有碎石机，破碎可能堵塞颚式破碎机的大块石头。

项目在试生产时发现此种预处理工艺存在一定问题，由于采场运来的矿石中含有部分粒度适宜的块矿容易卡在棒条振动筛的筛孔中，使得棒条振动筛的预先筛分能力达不到设计要求。按原设计，原矿经棒条振动筛预筛后，仅有35%的矿石进入颚式破碎机进行破碎。由于部分矿石卡住棒条振动筛筛孔，减小筛孔面积使得粒度小于150mm的矿石进入颚式破碎机，显得破碎机能力不足，同时土质粘性矿石进入破碎机，引起颚式破碎机破碎腔堵塞，使得整个破碎系统能力达不到设计值，这个问题在褐铁矿破碎时尤为明显，试生产期间该系统日最大处理量仅达到设计值的92%，见图2。

图2 棒条振动筛卡住砾石

4.1.2 棒条滚摆式给料机+颚式破碎机工艺

棒条滚摆式给料机(Wobbler Feeder)是一种在矿石工程中不常用的给料设备。棒条滚摆式给料机工作原理：设备运行时，每个棍子按相同速度旋转，辊子在旋转过程中两辊开口保持一定距离，物料落入设备辊面上，细粒物料通过开口下落，超过开口尺寸的大块物料会在辊子旋转过程中沿着辊道向前运动，最终从前端排出。因此棒条滚摆式给料机也兼具有预先筛分功能和给料功能。

棒条滚摆式给料机应用于红土镍矿原矿预处理有其自身的优缺点。优点：①棒条滚摆式给料机兼具有预先筛分和给料2个功能使得它可以取代2台设备组合，例如可以代替板式给料机+振动筛；②处理物料不会发生堵塞筛孔的问题，能够稳定给矿；③没有振动部件，产生噪音较小；④能耗较小。缺点：①在处理湿/粘矿石时，筛分效果不好，从而造成湿粘的土质矿石进入颚式破碎机，使破碎机发生堵矿现象，降低颚式破碎机碎矿能力；②棒条滚摆式给料机的给料厚度不能太大，否则辊轴的推力无法传递上方的物料，造成上方的物料不向前行，另外物料太厚分级效果不好，细粒物料来不及筛分直接从尾端排出，影响颚式破碎机作业。

4.1.3 基于颚式破碎机的原矿预处理工艺特点

颚式破碎机的结构形式决定了设备不能破碎含泥含水多的红土镍矿。1200×1500颚式破碎机的给矿口宽度为1 200mm，排矿口最大为180mm，无论采用棒条滚摆式给料机(Wobbler Feeder)还是采用棒条振动筛为颚式破碎机给矿时，只要给料设备筛上物中含有大量的土质粘性物料，粘性物料进入颚式破碎机后在动颚挤压静颚下，矿泥成饼状紧贴于鄂板上，降低物料流动性，堵塞排矿口。

基于颚式破碎机为破碎设备的红土镍矿原矿预处理工艺适合含水较低红土镍矿。含水较低的红土镍矿矿石流动性好，容易被棒条振动筛与棒条滚摆式给料机筛分，从而给入颚式破碎机的矿石不含或少量含有粘土，不会大规模造成破碎机堵塞现象。

4.2 固定格筛(振动格筛)+液压碎石机工艺

此种原矿预处理工艺配置比较简单。选矿原矿仓上设置固定格筛(振动格筛)，矿石经矿仓顶格筛筛去大块砾石，格筛筛下物料利用板式给料机给入选矿(洗矿)作业，筛上大块砾石用移动(或固定)液压碎石机打碎或扒出。这种预处理工艺最大的优点是工艺简单，投资相对较少。同时也存在几方面缺点：①液压碎石机破碎效率较低，要求原矿物料中砾石含量不能太多，如果给入原矿仓的一车矿石中大部分是大块的砾石，则很容易在没有及时破碎的情况下发生蓬料现象，造成矿仓下部板式给料机给矿不稳定；②物料含水不能过高，应具有一定流动性，原矿含水较高，采矿运矿汽车倒进原矿仓物料由于流动性差很容易在固定格筛上形成蓬料，也会造成矿仓下部板式给料机空转或给矿不稳定现象；③若采用振动格筛隔去大块砾石，则要求设备性能较高，对原矿筛分的格筛设备比较重，需要振动力较大，振动部件与筛体连接处容易破损。

对于固定格筛(振动格筛)+液压碎石机的原矿预处理工艺，要求原矿给矿性质稳定，供矿物料含水不能太高且具有一定流动性，同时物料内大块砾石含量不能过多。

如果采用振动格筛处理原矿，则需要即能满足对原矿筛分预处理的振幅和频率的要求，同时保证设备结构坚固，保证一定的设备作业率。

4.3 基于筛分破碎机的原矿预处理工艺

筛分破碎机是针对软岩矿石和中等硬度矿石研发的一种破碎设备，广泛应用于石灰石、煤、红土镍矿等矿石的原矿预处理，见图3。

图3 筛分破碎机

以筛分破碎机为破碎设备的原矿预处理工艺主要特点：①对矿石性质变化的适应性较高，干矿、湿矿、泥矿和粘性矿物都适用。设备自带的刮料器使得筛分破碎机能够处理含水高、粘度大的矿石；②适用于软岩或中等硬度的矿石破碎，一般破碎矿石硬度不大于200MPa；③设备处理能力较大；④给矿粒度范围较大，最大可以达到2 000mm；⑤结构紧凑，尺寸小，重量小，运营成本低，易于维护；⑥有固定式和移动式破碎站两种型式。

从原矿预处理工艺特点可以看出筛分破碎机基本适应红土镍矿含泥含水较多的特点，红土镍矿砾石硬度约120MPa，也属于筛分破碎机所承受的破碎矿石硬度范围，筛分破碎机能够破碎单向最大2 000mm给矿粒度。因此可以认为基于筛分破碎机的原矿预处理工艺能够很好地适应红土镍矿原矿矿石性质，可作为红土镍矿原矿预处理的推荐方案。

5 结语

红土镍矿的矿石性质特别是矿石含水率、砾石含量和砾石尺寸将影响原矿预处理工艺的选择。大部分红土镍矿有含水率较高、粘性较大、砾石含量不稳定及砾石尺寸较大等特点。原矿预处理工艺要适应红土镍矿这一性质。对于原矿含水较少、流动性相对较好的红土镍矿可以采用基于颚式破碎机的原矿预处理工艺，如棒条振动筛+颚式破碎机工艺、棒条滚摆式给料机(Wobbler Feeder)+颚式破碎机工艺。对于原矿砾石含量较少、含水较少的红土镍矿可以采用简单的固定格筛(振动格筛)+液压碎石机工艺，这种工艺配置简单、投资较少，对于处理规模较小的矿山也可采用此方法进行红土镍矿原矿预处理。基于筛分破碎机的原矿预处理工艺，处理规模较大，并且对原矿矿石性质适应性较强，因此可作为红土镍矿原矿预处理优先考虑的工艺。

[1] 冯建伟.红土镍矿选矿工艺与设备的现状及展望[J].中国有色冶金，2013,(5)：1-6.

[2] 肖安雄摘译.美国金属杂质对世界有色金属冶炼厂的调查第三部分：镍红土矿[J].中国有色冶金,2008,(4):1-12.

[3] 徐庆新摘译.红土矿的过去与未来[J].中国有色冶金,2005,(6):1-8.

[4] 高明权,赵少儒.“湿型”红土镍矿床特征及开采特点[J].中国矿业，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

高立强(1984-)，男，内蒙古赤峰人，工程师，从事选矿工程咨询与设计工作。