【矿业澳洲点评】西澳大利亚的三个镍项目—布隆、考斯和穆林穆林，都是用加压酸浸法处理红土矿生产金属镍，每个主要工艺步骤都采用了不同的工程路径，本文比较了这些路径。
《西澳大利亚三个镍红土矿项目的工程化比较》
【1 介绍】
位于西澳大利亚的三个镍项目—布隆、考斯和穆林穆林，产镍能力合计可达63,000t/a，相当于目前世界镍产能的6%，所需投资近15亿美元。
上述项目的资源都是红土矿，都是用高压酸浸法生产金属镍。
图1概述了主要工艺步骤，它的基本路线可以归纳成7个步骤。前两个步骤的设计—矿石制备和酸性加压浸出—是基于矿石性质的考虑，下游工艺包括对高压釜矿浆的化学和物理净化，为回收金属制备干净溶液。
从图1可进一步看出，每个主要工艺步骤都采用了不同的工程路径。本文比较了这些路径，主要通过公开发表的资料数据进行总结。
【2 矿石制备】
三个项目矿石制备的目的，是从粘土矿和石英中分离出细粒的含镍矿物，主要工艺不是磨矿而是矿浆浓密。
其中一些需要初碎，以给浆化设备提供粒度合适的物料，布隆和穆林穆林为此采用矿物分捡，而考斯流程采用颗式破碎机分离更复杂的物料。采用三种不同方法浆化，布隆用高压水冲洗机，考斯用擦洗机，穆林穆林用自磨机，采用的是诺德伯格自磨机（3.2MWA），在低钢球充填率下运转。
三个流程都要经过矿浆分级。根据矿石的类型，可能会有某种程度的富集。对考斯的褐铁矿，可能分离出筛上含镍低的矿石，将矿石品位富集。另一方面，布隆和穆林穆林的蒙脱石型粘土矿不适合选矿，尽管少量大块矿石可以分离出来。
穆林穆林的矿浆磨矿和分级是为高压釜提供合适粒度和解离度的物料，矿浆用四个槽贮存，每个贮槽对应一台高压釜。
考斯和布隆均在球磨机中进一步磨矿，排出矿浆用高效浓密机浓密，最大限度的浓缩矿浆以减少高压釜的尺寸，进而减少投资费用，并在接下来的流程中减少酸耗和蒸汽消耗。已证明使用咸水有助于改善矿浆沉降性能。但矿浆的粘度决定了固含量有一个极限值，大多数红土矿矿浆呈现Bingham塑性特征，随固含的升高而产生应力。
【3 高压酸浸】
高压酸浸是这三个项目的基础，高压釜的条件大同小异，几乎完全溶解镍和有价金属钴，同时尽量减少铁的溶解。
高压釜的设计中矿石性质很重要，沉降性能决定了所选尺寸高压釜的处理量，矿石的化学反应决定停留时间。镍和钴的反应迅速，而铁的反应可能较慢。本文的意图不是详细描述高压釜的化学过程，但已经认识到其中铁的反应是所需温度和减少酸耗的基础。
矿石中铁主要以针铁矿（FeOOH）形式存在，根据反应式(1)溶解，高温下溶解成赤铁矿，见反应式(2)，重新生成酸，结果是铁的溶解和酸耗的减少。
矿石中镁和铝的含量决定酸耗。考斯镁含量较低，决定了为最大程度的回收镍，其酸耗为375kg/t。布隆含镁较高，酸耗也相对较高，为518kg/t，而穆林穆林酸耗适中，为400kg/t。
停留时间范围从75分钟（布隆）到105分钟（考斯），尽管考斯的设计被认为相对保守。有证据表明，升高温度可增加反应速度，这样一来高压釜的操作压力升高，设计费用增加。水蒸气从250℃升高到260℃，蒸汽压力从3,978kPa大幅提高到4,696kPa。穆林穆林在255℃下运行，而布隆和考斯的高压釜操作温度为250℃。
六台高压釜穆林穆林占四台都是由西澳的工程公司制造，采用防爆复合钦板，由六个带搅拌的隔室组成。三个项目采用不同等级的钦及合金。穆林穆林矿浆水中氯离子较少，允许使用商用高纯度钦作衬里，而布隆和考斯采用含少量把的钦合金。钦合金，尤其是7级和12级，一般用来制作配件，如喷嘴和搅拌浆。工业上常用的钦合金主要性能见表1。
钦在大多数环境下优良的防腐性能是由于形成了稳定的氧化膜。
非合金钦的缝隙腐蚀可能是因为在布隆和考斯使用咸水引起的，但把已被证明可防止这种类型的腐蚀。所有三个项目的卧式高压釜的配置也略有不同。通过几级闪蒸槽(二个或四个)，控制高压釜压力降至大气压来回收热能，释放的蒸汽以直接接触的方式来加热矿浆给料。闪蒸和加热级数在很大程度上决定能量的回收效率。如果过剩的蒸汽可以利用，则可采用较少的级数，如在考斯，蒸汽可用于氨浸。
各级加热器之间的矿浆输送采用离心泵，常常通过逐级加压达到所需压力。最终采用奇好泵打人高压釜。泵的制作材料，限制了泵的最高使用温度为175℃到195℃。特别是弹性止回阀，过去对隔膜的限制由于加了一个水冷套而被解除。加热闪蒸回路热效率损失，泵的温度限制，高压釜中某些反应的吸热性质（尤其是形成黄钾铁矾时），以上因素相结合意味着必须提供额外的蒸气加热。可以加人釜中，也可添加到加热器中。
穆林穆林实现了多余热量的回收，浆化磨矿在接近沸点进行。蒸汽在第一级加热器和低压闪蒸槽中冷凝。
闪蒸后的矿浆包含未反应的固体物料，加上溶液中的硫酸镍和硫酸钴，浓度由加热级数和给料矿浆的固含量决定。配合报导的每年镍产量和矿石给料速率，根据加热级数回算出布隆、考斯、穆林穆林矿浆的镍含量估计分别是7g/L、9g/L、7g/L。
【4 中和、逆流洗涤（CCD）和尾矿】
含镍、钴溶液（加上Fe2、Al、Cu、Zn、Mn、Mg杂质）与固体浸渣通过逆流洗涤工序分离。单个浓密机尺寸由固体的沉降性能和流速决定，所选的级数由浓密机底流矿浆的固含量和洗涤比确定，应尽可能回收镍和钴。布隆浓密机底流浓度低（23%），有7个浓密机；考斯底流浓度较高（35%），只有5个；穆林穆林底流浓度很高（55%），洗涤比较低，有7个浓密机。
在所有三个项目中，中和试剂都是由磨矿设备提供的（闭路球磨）。布隆和考斯的来源是购买石灰石，而穆林穆林则利用当地开采的石灰岩。
正是从这一步开始，接下来采用的处理流程完全不同，选择不同的处理流程决定了部分中和的程度。
布隆直接采用萃取处理溶液，要求溶液PH为4，中和到此PH值是为了去除残留的铁、铝和铬。喷入空气以促进二价铁氧化成三价铁，也可采用过氧化氢。CCD浸渣用石灰石和石灰乳进一步中和后送尾矿库。考斯生产氢氧化镍中间产物，沉淀PH值为7左右。沉淀前的第一步是用石灰将溢流的值提高到6左右，以及用空气氧化以完全除去铁。由于镍和钴共同沉淀，形成的沉淀用浓密机回收及再循环。CCD浸渣经中和后输送到尾矿库。
穆林穆林在溶液PH值为2时生成中间产物硫化镍，逆流洗涤后不用进一步中和矿浆，CCD浸渣用石灰岩乳中和后排入尾矿坝。
【5 沉淀和再浸出】
来自布隆流程中中和和CCD段的干净溶液贮存在一个高密度聚乙烯池中，萃取前不需要作进一步的化学处理。
另外两个项目中部分中和后的溶液，以沉淀中间镍产品的方式进一步净化，接下来再浸出。采用这些步骤除掉了铁、镁、锰，并使工艺在浸出和镍回收之间彻底断开，增加了设备的灵活性。
在考斯流程中，沉淀步骤采用生产氢氧化镍中间产品，含镍大约30%，产品用浓密机回收并贮存在罐中。
在氨—碳酸钱溶液中溶解氢氧化物，接下来把氨从溶液中蒸发除去，同时除去部分最终杂质，氨和二氧化碳回收循环利用。
穆林穆林通过与硫化氢气体在高温（95℃）高压下（105kPa）反应生产硫化物中间产品，多余的硫化氢气体回收和循环使用。产品含镍约55%，过滤回收，滤液用作CCD洗水。
硫化沉淀步骤的目的是去除杂质，相对较纯的硫化物中间产品在氧压浸出阶段溶解，纯氧与硫化物在165℃和1,100kPa条件下反应。
【6 溶剂萃取】
流程从这里开始，所处理的溶液都是相对较纯的镍、钴溶液，如布隆和穆林穆林的硫酸溶液，以及考斯的氨溶液。主要杂质是铜和锌，溶液浓度差别很大。有中间产物的流程，可在溶解步骤设立操作条件以获得高浓度的溶液，尤其是选择萃取工艺的流程。
布隆要求溶液相对较稀（Ni 3g/L），在酸浸和逆流洗涤后稀释。考斯的溶液浓度为Ni 12g/L，主要被萃取参数，即有机相的最大负载限制。穆林穆林的溶液浓度高达100g/L，这对萃取段的规模产生重大影响，生产同样多的产品，布隆比穆林穆林规模大很多。
全都采用混合澄清萃取箱，但结构材料不同。规模较大的布隆用混凝土衬高密度聚乙烯，而规模较小的穆林穆林，使用玻璃钢澄清槽。布隆和穆林穆林采用Cyanex272作为萃取剂。这是一种麟酸，在镍溶液中选择性萃钴，萃余液含镍。布隆在接下来的净化流程中直接萃取全部杂质。穆林穆林在低值下选择性萃锌，第二步萃取生产适合直接回收的纯钴溶液。
考斯的氨溶液用LIX841萃取剂处理，即用肪类萃取剂选择性萃镍，大多数杂质留在萃余液中，生产的溶液适合镍电积。
【7 钴回收】
三个项目回收不同的钴产品。布隆生产阴极钴（电积），考斯生产硫化物滤饼，穆林穆林生产钴块或钴粉（氢还原）。
布隆流程包括几个除杂步骤。穆林穆林除锰包括加硫化钠沉淀、氧气浸出、水解沉淀和再浸出步骤。用萃取法除锌，离子交换法除铜，钴用电积法回收，阴极钴纯度达到99.8%。
穆林穆林也生产金属钴，但是在两台高压釜中用氢还原。
考斯从萃余液中生产复合硫化钴产品。氨用蒸馏法除去，但却不能除杂。产品以滤饼形式回收，含钴30-35%。Centaur目前正在研究回收金属钴。
【8 镍回收】
主要产品当然是金属镍。布隆和考斯都将镍产量提高到9,000t/a，而穆林穆林用氢还原生产45,000t/a镍。所有产品都达到LME标准，详见表2。
考斯电积与萃取形成闭路作业，而布隆结合Versatic萃取使杂质最小化，增加溶液镍含量。Versatic是一种竣酸，它可以从硫酸介质中分离出镍。
两个项目的电积条件类似，在镍含量60-90g/L条件下作业，采用钦板作始极板。
两者的显著差别是电解车间的通风和阴极板的剥离。布隆的电解车间是敞蓬式的，通过自然通风解决酸雾的问题，阴极采用人工剥离。相反，考斯通过管道通风，自动化剥离阴极。
穆林穆林氢还原厂是标准的谢里特设计，生产硫酸铵（化肥）作为副产品。
选择电积或是氢还原必须综合考虑以下因素使用电力经济与否；制氢装置，大型氨回收装置，硫酸按厂的投资和操作成本。
【9 基础设施】
所有工厂的主要试剂是硫酸。较小的工厂位于卡尔古力附近，因此可以就近利用镍冶炼厂烟气制酸。但这些冶炼厂的任何升级，都会导致供应量富裕。穆林穆林的选址是由世界最大单一系列硫酸厂决定的，它由孟山都提供，制酸规模44,000t/a。
这些工厂需要大量的电力，仅有布隆可从电网获得电力，而其他两个项目则是现场发电。穆林穆林通过涡轮机和燃气锅炉，从酸厂获得电力需求。考斯有四台燃气涡轮机组提供电力和蒸汽需求（50MW），余热锅炉提供辅助。
工厂使用大量的水，据报道大部分来自尾矿库。如前面所提到的，穆林穆林由地下水提供淡水水源，有益于高压酸浸回路。考斯的地下水接近海水成分，需要淡化后提供锅炉用水。布隆的水盐度超高，依靠水务局提供锅炉和饮用水。
【10 概括】
详细资料列于表3一表11。
【11 结论】
三个工厂代表大规模的“尖端技术”投资，基本上采用了类似的方法回收镍和钴，但每个处理步骤又涵盖了宽泛的单元操作和工程解决方案。
——苏平 摘译
——中国有色工程有限公司，北京
【矿业澳洲招聘信息】澳洲矿产公司招聘在澳工作和生活的挖掘机司机和其他技术工人。详情请咨询Tony，微信ID：staratlas。有意者请投简历至邮箱[email protected]。
【澳洲玉矿招商信息】澳洲最大的百年玉矿，出产优质澳洲绿玉髓原石，诚招国内玉石加工厂商及玉石贸易商合作。我们只做纯天然澳洲玉石。有意者联系Tony，微信号：staratlas。
【澳洲矿产资源】矿业澳洲最近合作澳洲石英砂、煤炭、铁矿石、锂辉石、碳酸锂资源一手货源，请终端用户联系Tony，微信ID：staratlas，澳洲手机+61450651088，中国手机+8613796708565。中介勿扰。
【矿业澳洲媒体公司电子期刊征订】《矿业澳洲》整合澳洲优质矿业资源，勘察现场、审定资料、确认钻探数据，为国人提供详实可靠的矿业数据，现面向全球征订《矿业澳洲》半月刊，有意者请把您的姓名、公司、电话、邮箱地址发送到Email: [email protected]，我们将定向向您发布《矿业澳洲》澳洲资源电子期刊。
【澳洲资源项目】点击下面的“阅读全文”（read more），有特别好的澳洲矿业项目。
