金川Ni-Cu回路的浮選改造升級(jí)

王瑪斗，K. Aberkrom，李金智，蘇許貴，曾紹波

1.金川集團(tuán)股份有限公司 甘肅金昌 7371002.奧圖泰（上海）冶金設(shè)備技術(shù)有限公司 上海 200051）

1 介紹

金川集團(tuán)是全球第四大鎳生產(chǎn)商，同時(shí)也運(yùn)營(yíng)著中國(guó)最大的鎳生產(chǎn)基地。金川本部地處于中國(guó)西北的甘肅省金昌市，其自有的Ni-Cu礦資源已開(kāi)發(fā)了數(shù)十個(gè)春秋。本文所探討的選廠處理量為14000噸每天，產(chǎn)品為供冶煉處理的Ni-Cu粗精礦。選廠內(nèi)浮選有兩段回路，通常稱(chēng)為高精與低精回路。

1.1 工藝概況

一段磨礦回路由半自磨-分級(jí)閉路所構(gòu)成，其產(chǎn)出的P80為150μm、礦漿濃度33%～42%的礦漿作為高精浮選回路的給礦。如圖1左上側(cè)所示，高精回路為兩條平行生產(chǎn)線，各自包括一臺(tái)130m3和三臺(tái)150m3的浮選機(jī)，其中位號(hào)為207與209的浮選機(jī)為130m3，該回路產(chǎn)出的精礦會(huì)經(jīng)過(guò)單獨(dú)處理以產(chǎn)出高質(zhì)量的Ni-Cu精礦。而高精回路的尾礦則會(huì)經(jīng)過(guò)球磨機(jī)的再磨，將P80降到75μm，并以32%～39%的礦漿濃度作為低精回路的給礦。如圖1右下所示，低精回路同樣是兩條平行的生產(chǎn)線，且各自包含有七臺(tái)150m3的浮選機(jī)，其中前三臺(tái)為粗選作業(yè)產(chǎn)出低品位的粗精礦供低精精選作業(yè)，第四與第五臺(tái)為掃一作業(yè)而最后兩臺(tái)為掃二作業(yè)。掃一的精礦返回低精回路前端的攪拌槽，掃二作業(yè)的精礦則返回掃一的給礦箱。

1.2 考察與實(shí)驗(yàn)室工作

為了評(píng)估本選廠的性能和作出對(duì)擴(kuò)建11000噸每天選廠的選型建議，2015年分兩個(gè)時(shí)間段分別開(kāi)展了兩次系統(tǒng)的浮選實(shí)驗(yàn)工作。2015年三月的實(shí)驗(yàn)工作中主要是各浮選階段的動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，以此為基礎(chǔ)在HSC模擬軟件內(nèi)建立了完整的模型。這也導(dǎo)致了同年八月參數(shù)性設(shè)計(jì)以開(kāi)展閉路實(shí)驗(yàn)工作。兩次實(shí)驗(yàn)同時(shí)也考察記錄了工業(yè)生產(chǎn)的水平，以作為基準(zhǔn)對(duì)標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1 Ni-Cu選廠的高精與低精回路

圖2 鎳選礦品位-回收率關(guān)系

相關(guān)結(jié)果展示如圖2（Ni）與圖3（Cu），其中三月記錄工廠指標(biāo)為動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)期間，八月的指標(biāo)為第二次實(shí)驗(yàn)期間。黑色的趨勢(shì)線表示八月工廠的平均水平，描點(diǎn)的結(jié)果為全廠綜合回收率與品位，即高精與低精的混合產(chǎn)品。

圖2 中的數(shù)據(jù)表明從當(dāng)年三月到八月選廠的回收率指標(biāo)有所提升，但綜合Ni品位降低了幾個(gè)百分點(diǎn)。而基于三月份動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的閉路實(shí)驗(yàn)表明在產(chǎn)品相近Ni品位的前提下，可獲得更高的回收率。以閉路實(shí)驗(yàn)的結(jié)果所更新的模型也被用來(lái)預(yù)測(cè)工業(yè)級(jí)生產(chǎn)所能達(dá)到的最大回收率與品位。這意味著其他因素如處理量、藥劑制度、解離情況和礦石性質(zhì)等都是在近乎等同的水平。具體來(lái)說(shuō)，結(jié)果表明精礦中9.6%Ni品位和88%的回收率是可以達(dá)到的。如黑色趨勢(shì)線所示，工廠實(shí)際運(yùn)行情況一直是在6%Ni品位與88%回收率到10%Ni品位與80%回收率之間變化波動(dòng)。

圖3 銅選礦品位-回收率關(guān)系

圖3中的數(shù)據(jù)表明的是Cu的情況，全廠生產(chǎn)結(jié)果與Ni類(lèi)似即八月時(shí)回收率略高但品位有所降低。工廠實(shí)際運(yùn)行情況一直是在4% Cu品位與80%回收率到7% Cu品位與75%回收率之間變化波動(dòng)。而基于三月份動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的閉路實(shí)驗(yàn)達(dá)到了略低于6% Cu品位和80%的回收率結(jié)果。以閉路實(shí)驗(yàn)的結(jié)果所更新的模型也被用來(lái)在各種變量下預(yù)測(cè)工業(yè)級(jí)生產(chǎn)所能達(dá)到的最大回收率與品位，具體來(lái)說(shuō)，結(jié)果表明精礦中7.1% Cu品位和81%的回收率是可以實(shí)現(xiàn)的。

與金川工藝團(tuán)隊(duì)匯總了以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果后，發(fā)現(xiàn)通過(guò)對(duì)浮選回路內(nèi)工藝流程的和浮選機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的改造優(yōu)化，可提高冶金性能。工藝流程的變動(dòng)由金川執(zhí)行，例如將攪拌槽結(jié)構(gòu)提高、改進(jìn)高精的精選回路以提高最終精礦品質(zhì)等。

針對(duì)已有的浮選作業(yè)，從以下方面考慮，對(duì)于低精粗掃選回路提出了升級(jí)改造方案包：

（1）在不犧牲品位的前提下提高回收率

（2）通過(guò)增加自動(dòng)回穩(wěn)定生產(chǎn)操作

（3）延長(zhǎng)磨損件壽命并節(jié)能

實(shí)踐上這意味著更換攪拌機(jī)構(gòu)為FloatForce 技術(shù)，降低轉(zhuǎn)速，同時(shí)通過(guò)泡沫流速控制原理與泡沫攝像頭（FrothSense）來(lái)自動(dòng)控制充氣量與液位高度。

2 指標(biāo)研究

作為升級(jí)改造項(xiàng)目的一部分，指標(biāo)研究工作在金川銅鎳選廠內(nèi)從2017年初開(kāi)始。本研究目的在于調(diào)研升級(jí)改造是否能使性能有所不同。

升級(jí)改造是在低精回路開(kāi)展的，從二段磨礦回路后其本身具有兩條平行的粗掃選生產(chǎn)線（分別為A與B）。每條線都有三槽粗選和四槽掃選，具體配置為給礦箱+1+2+中間箱+2+中間箱+2+排礦箱。基于業(yè)主早前的實(shí)驗(yàn)工作與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，其中A線的整體效果比B線會(huì)遜色一些，導(dǎo)致這種不同的可能性較大的原因是前端最初調(diào)漿攪拌槽所分出來(lái)的礦漿體積上的差異。結(jié)合金川與奧圖泰所做的各項(xiàng)工作，決定對(duì)A線的五臺(tái)浮選機(jī)進(jìn)行改造升級(jí)。

在開(kāi)始所有的改造之前，對(duì)AB兩條線進(jìn)行了取樣性能評(píng)估。該評(píng)估范圍僅限于粗選與前兩槽的掃選，因?yàn)檎沁@五臺(tái)將會(huì)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的改造升級(jí)，這些槽子在圖4中標(biāo)記為藍(lán)色。

在升級(jí)改造過(guò)程中，我們對(duì)兩條生產(chǎn)線，在升級(jí)改造的前后，分別取了浮選給礦、粗選精礦、粗、掃一精礦和掃一尾礦的樣品，以用于對(duì)比兩條線之間的品位與回收率。取樣時(shí)按照每8小時(shí)的一次即與班作業(yè)等時(shí)進(jìn)行的。具體來(lái)說(shuō)，在每班8小時(shí)內(nèi)，會(huì)有一小時(shí)一輪共4小時(shí)的時(shí)間跨度的混合樣。最終，共有40組對(duì)比結(jié)果用于前后情況的對(duì)比分析。

所有的槽內(nèi)礦漿樣品都是通過(guò)泵取樣的，即采用真空泵通過(guò)管道直接從槽內(nèi)下部靠近鏢閥或給礦箱的位置所抽取的。而所有的精礦樣品則是用溢流取樣器，在各內(nèi)置溜槽的溢流口邊緣以固定時(shí)間的接取并混合來(lái)作為各階段的精礦樣品的。粗選以前三槽的泡沫為樣品，掃一則是后續(xù)的兩槽。

圖4 低精粗掃選回路，藍(lán)色槽體為本項(xiàng)目升級(jí)改造的范圍

3 冶金性能

為了評(píng)估冶金性能上的影響，決定采用統(tǒng)計(jì)學(xué)對(duì)比的方法來(lái)進(jìn)行比較。本項(xiàng)目中，認(rèn)為學(xué)生t-測(cè)試適用于這種分析。學(xué)生t-測(cè)試的方法，是一種對(duì)于工廠內(nèi)藥劑調(diào)整或者產(chǎn)線對(duì)比的通用評(píng)估分析方法。

3.1 浮選設(shè)備改造及工藝優(yōu)化之前

在浮選機(jī)安裝之前，數(shù)據(jù)處理保留了41次觀察值，以進(jìn)行比較。刪除了觀察數(shù)據(jù)中的異常值，以使數(shù)據(jù)更具代表性。根據(jù)數(shù)據(jù)，兩排浮選給料品位（Ni）幾乎相同（0.55%的鎳與0.56%的鎳）。A排的精礦品位略高B排，B線鎳回收率平均高于A排5.53%，將數(shù)據(jù)中極端異常值去除后，平均差值為5.53%-單位；即B系列較高。

我們進(jìn)行了雙樣品T檢驗(yàn)，以確定結(jié)果的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。T檢驗(yàn)結(jié)果表明，回收率的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，錯(cuò)誤結(jié)論的幾率為0.07%。配對(duì)T測(cè)試結(jié)果可詳見(jiàn)表1，其中給出較高的可信度即表明兩系列間回收率差值是真實(shí)且統(tǒng)計(jì)性明顯可見(jiàn)的。這可能有多方面的原因所致，但本項(xiàng)目中并未對(duì)其進(jìn)行深入的研究以探尋根本原因。

3.2 浮選設(shè)備改造及工藝優(yōu)化之后

改造之前浮選機(jī)安裝之后，數(shù)據(jù)處理保留了類(lèi)似數(shù)量（39）的觀察值，以進(jìn)行比較。再次，我們刪除了觀察數(shù)據(jù)中的異常值，以使數(shù)據(jù)更具代表性。根據(jù)數(shù)據(jù)，兩排的Ni給礦品位與改造之前幾乎相同（0.55%的鎳與0.55%的鎳）。

相比于改造前，精礦品位有所下降，其中A排仍比B排略高一些。因低精品位變化，回收率整體都有所提高。兩排之間的回收率差值則為3.6%-平均單位，對(duì)比改造前，提高了1.9%-單位。T-實(shí)驗(yàn)表明差值為真的概率為0.08%的排他。同步對(duì)比改造前后的處理量、藥劑制度等均在相近水平。

學(xué)生t-實(shí)驗(yàn)也同樣對(duì)銅的結(jié)果進(jìn)行了展開(kāi)，表明銅回收率同步提高了2.1%。如圖1所示，本作業(yè)提高對(duì)應(yīng)的所改造的為左側(cè)低精回路。在此期間并未跟蹤和分析高精回路，因此對(duì)全廠而言，綜合回收率的提高應(yīng)當(dāng)是低于上述鎳1.9%和銅2.1%的結(jié)果的。

3.3 節(jié)能效果&磨損壽命

在現(xiàn)有的150m3浮選機(jī)內(nèi)裝入FloatForce攪拌機(jī)構(gòu)要求降低轉(zhuǎn)速以避免無(wú)序的紊流。改造前的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)邊緣線速度為8.3m/s并且只能單方向轉(zhuǎn)動(dòng)。改造后轉(zhuǎn)速有了明顯的下降，其產(chǎn)生的節(jié)能能效果如圖5所展示。

能耗的具體測(cè)量是在數(shù)天時(shí)間內(nèi)的某一間隔時(shí)間所進(jìn)行的，全部包括有165個(gè)觀察值。通過(guò)分析，所有的觀測(cè)值求出每一槽對(duì)應(yīng)的平均值，在圖中A排為藍(lán)色而B(niǎo)排為黑色。如果把A排和B排的逐一做比較會(huì)發(fā)現(xiàn)，平均節(jié)能在8%即約為17.5 kWh每槽。如本文前面所闡述的，本項(xiàng)目主要目標(biāo)是提高冶金性能。因此，轉(zhuǎn)速降低對(duì)磨損件使用壽命的影響以及對(duì)進(jìn)一步節(jié)能有利之處并未進(jìn)行深入研究。

升級(jí)改造完成后，平穩(wěn)運(yùn)行六個(gè)月時(shí)各部件在第一次大檢修期間檢查了磨損壽命。表明轉(zhuǎn)子與定子的磨損件對(duì)比于原攪拌機(jī)構(gòu)，在磨損情況上有顯著的降低。這主要得力于轉(zhuǎn)速的降低和更高效的可在正反兩方向運(yùn)行的攪拌機(jī)構(gòu)，同時(shí)不同的襯膠材料也對(duì)此頗有貢獻(xiàn)。

表1 兩次樣品t-實(shí)驗(yàn)假設(shè)等變量

表2 改造后等波動(dòng)假設(shè)下所收集數(shù)據(jù)的學(xué)生t-實(shí)驗(yàn)分析

圖5 升級(jí)改造完成后每槽能耗情況

4 工藝穩(wěn)定

在選廠內(nèi)，工藝控制穩(wěn)定性對(duì)工藝性能的影響通常是一被忽略的特性。其中對(duì)此部分的解決方案是采用更為自動(dòng)化程度高的工藝穩(wěn)定控制，其包括以下特性：

（1）自動(dòng)地控制充氣量進(jìn)入槽內(nèi)。

（2）依照前端的擾動(dòng)補(bǔ)償來(lái)反饋調(diào)控泡沫厚度。

（3）采用特定算法調(diào)控理念來(lái)通過(guò)充氣量和泡沫厚度的調(diào)整來(lái)控制進(jìn)入溜槽的出泡量。

因?yàn)樵瓉?lái)的液位控制是通過(guò)PLC現(xiàn)場(chǎng)柜來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一新的調(diào)控方法要求更為復(fù)雜的線路布置。泡沫分析儀的引入也同樣是新的，因而現(xiàn)在主控室內(nèi)的操作員也可以看到實(shí)時(shí)的工藝情況。需要克服的最大障礙是要停止原有的通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)浮選工來(lái)手動(dòng)調(diào)節(jié)浮選機(jī)參數(shù)的控制方式。

在將操作模式連接到專(zhuān)家系統(tǒng)之后，操作員可獨(dú)立自行的作業(yè)生產(chǎn)，只需要在選廠啟或停的時(shí)候打開(kāi)或關(guān)閉該系統(tǒng)即可。

對(duì)照于第三節(jié)中描述的工藝改善情況，也進(jìn)行了專(zhuān)家系統(tǒng)開(kāi)關(guān)條件下對(duì)提高指標(biāo)貢獻(xiàn)度的考察。但實(shí)際結(jié)果并不好在數(shù)值上體現(xiàn)，因?yàn)楣に嚸黠@更為穩(wěn)定，且部分工藝提高的貢獻(xiàn)是與自動(dòng)化程度提高有關(guān)的。

5 結(jié)論

通過(guò)工業(yè)級(jí)實(shí)驗(yàn)改造了五臺(tái)其他品牌的浮選機(jī)，同步提高了自動(dòng)化水平，并評(píng)估了FloatForce混合攪拌技術(shù)。該評(píng)估是通過(guò)在浮選機(jī)升級(jí)改造的前后時(shí)間段取樣來(lái)進(jìn)行的。所得到的相關(guān)結(jié)果以student的t-測(cè)試假設(shè)變量來(lái)分析，這種統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：對(duì)比于平行生產(chǎn)線，在低精浮選回路有1.9%鎳回收率和2.1%銅回收率的冶金性能提高。所安裝的新型攪拌技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了能耗節(jié)約8%和更為穩(wěn)定的工藝操作。攪拌機(jī)構(gòu)的使用壽命仍在持續(xù)增加，且目前為止已經(jīng)是原有機(jī)構(gòu)的150%了。