水萃銅渣浮選廠工藝設計

趙偉潔 王玉剛 張 磊郭明威

(1：北京市鋼鐵冶金節能減排工程技術研究中心 北京100029；2：寧波鋼鐵有限公司 浙江寧波315800；3：北京中冶設備研究設計總院有限公司 北京100029)

1 前言

近年來，世界銅產量迅速增長，我國的銅產量為世界第一。目前世界上80%以上的銅采用火法冶煉生產，20%使用濕法冶金生產。在我國，銅產量97%以上由火法冶煉生產，火法冶煉占據主導地位[1]。火法冶煉會帶來大量的銅渣，據統計每生產1t銅約產生2.2t銅渣[2]。開發這種二次資源可省去采礦費用，緩節環境壓力[3]。銅渣中Cu、Co、Ni[4-6]等金屬含量豐富，具備較高的回收價值。回收渣中銅的方法很多，主要有火法貧化、濕法提取和選礦分離等，各方法的物料適應性、工藝特性及回收效果各不相同，各有優缺點[7]。煉銅水萃渣來源于火法聯通的高溫產物[8]，其出爐溫度高達1250℃，為減少爐渣的成分及嵌布關系更為復雜[9]。在水萃過程中，由于爐渣中的銅組分來不及富集長大，成為細小顆粒均勻分散在水萃渣中，除少部分粒度較大外，其他粒徑均小于1μm，使得誰查中的銅更難回收[10]。

本文在水萃銅渣最新研究的基礎上，結合日處理3000t水萃銅渣浮選工程，探討水萃銅渣浮選廠的工藝設計。

2 水萃銅渣的性質

水萃銅渣是堅硬、致密、耐磨的玻璃相，外觀呈粒狀和條狀，夾雜有少量的針、片狀，表面有金屬光澤，顆粒形狀不規則、棱角分明。粒度以0-5mm為多，密度3.3-4.5t/m3，孔隙率50%左右，細度模數3.37-4.52，屬砂型渣。

2.1光學顯微分析

試樣顆粒多為圓球狀或類圓化，表面光滑。粒徑在0.05-10mm之間(見圖1)。試樣中主要為硅酸鹽液相渣，達到80-85%，少數硅酸鹽液相渣中析出橄欖石；10%左右的星點狀和細小樹枝狀的磁鐵礦，晶粒小于0.02mm(見圖2)。3%左右的較大粒度的磁鐵礦，粒徑在0.5-30μm之間，偶見鎂鉻鐵礦存在(見圖3)。磁鐵礦晶粒多被硅酸鹽液相渣包裹。1-3%左右的黃銅礦，呈圓球狀或粒狀，球徑在0.05-0.3mm之間。

圖1 渣試樣顯微照片；反光

圖2 試樣顯微照片；反光1-磁鐵礦；2-橄欖石；3-硅酸鹽液相渣

圖3 試樣顯微照片；反光1-硅酸鹽液相渣；2-磁鐵礦；3-鎂鉻鐵礦

圖4 試樣顯微照片；反光1-黃銅礦；2、3-磁鐵礦；4-石英

試樣中礦物基本相似，主要為磁鐵礦、黃銅礦和硅酸鹽液相渣。Fe賦存在磁鐵礦、硅酸鹽液相渣和黃銅礦中，Cu主要賦存在黃銅礦中，其他元素主要賦存在硅酸鹽液相渣或磁鐵礦中。

2.2掃描電鏡-能譜分析

圖5 圖2中3點譜圖

圖6 圖3中3點譜圖

圖7 圖4中1點譜圖

圖8 磨浮選的原則流程圖

3 水淬銅渣浮選銅精礦的工藝

3.1工藝流程

工藝描述如下：水淬銅渣磨礦分級后，合格礦漿進入浮選設備，經過一次粗選、二次掃選、三次精選后，獲得銅精礦礦漿和尾礦礦漿，銅精礦礦漿和尾礦礦漿采用濃縮設備和過濾設備處理后，最終獲得銅精礦和尾礦兩種產品。如圖8所示。

表1 試驗材料的化學成分及相變溫度

3.2形象流程

圖9 是水萃銅渣浮選的形象流程圖

圖9中：1、料倉；2、皮帶秤；3、帶式輸送機；4、濕式球磨機；5、渣漿泵；6、水力旋流器；7、攪拌槽；8、CLF型浮選機(粗選)；9、CLF型浮選機(掃選Ⅰ)；10、CLF型浮選機(掃選Ⅱ)；11、CLF型浮選機(精選Ⅰ)；12、CLF型浮選機(精選Ⅱ)；13、CLF型浮選機(精選Ⅲ)；14、濃密機(銅精礦)；15、渣漿泵；16、壓濾機(銅精礦)；17、銅精礦；18、濃密機(尾礦)；19、渣漿泵；20、壓濾機(尾礦)；21、尾礦；22、泵房；23、循環水池。

工作過程是：料倉1中水淬銅渣經皮帶秤2稱量后由帶式輸送機3輸送至濕式球磨機4，磨礦后水淬銅渣由渣漿泵5輸送至水力旋流器6進行分級作業，選出細度-200目≥80%，濃度控制在35-40%的礦漿；水力旋流器6的底流礦漿返回至濕式球磨機4再次磨礦。礦漿經攪拌槽7充分攪拌均勻后進入CLF型浮選機進行浮選作業：一次粗選、二次掃選、三次精選。CLF型浮選機(粗選)8的泡沫產物進入CLF型浮選機(精選Ⅰ)11一次精選，中礦礦漿進入CLF型浮選機(掃選Ⅰ)9一次掃選。一次精選后的泡沫產物進入CLF型浮選機(精選Ⅱ)12二次精選，二次精選的泡沫產物進入CLF型浮選機(精選Ⅲ)13三次精選，一次精選后的中礦礦漿返回掃選作業，二次精選后的中礦礦漿返回一次精選作業，三次精選后的中礦礦漿返回二次精選作業。三次精選后的泡沫產物進入濃密機(銅精礦)14進行濃縮作業，濃縮后的礦漿由渣漿泵15輸送至壓濾機(銅精礦)16進行脫水作業，最終獲得銅精礦產品17。一次掃選后的尾礦礦漿進入CLF型浮選機(掃選Ⅰ)10進行二次掃選，一次掃選后的中礦礦漿返回粗選作業，二次掃選后的中礦礦漿進入一次掃選作業。二次掃選后的尾礦礦漿進入濃密機(尾礦)18進行濃縮作業，濃縮后的礦漿由渣漿泵19輸送至壓濾機(尾礦)20進行脫水作業，最終獲得尾礦產品21。

浮選藥劑的加入量：CLF型浮選機(粗選)8：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)80g/t渣、2號油16g/t渣；CLF型浮選機(掃選Ⅰ)9：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)20g/t渣、2號油8g/t渣；CLF型浮選機(掃選Ⅱ)10：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)20g/t渣、2號油8g/t渣；CLF型浮選機(精選Ⅰ)11：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)30g/t渣；CLF型浮選機(精選Ⅱ)12：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)20g/t渣；CLF型浮選機(精選Ⅲ)13：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)10g/t渣。

濃密機的水和壓濾機過濾出的水回到循環水池循環利用。

濃密機(銅精礦)14、濃密機(尾礦)18、壓濾機(銅精礦)16、壓濾機(尾礦)20等溢流和過濾的水進入循環水池23，有泵房22中的水泵輸送至濕式球磨機4等用水點循環利用。

4 日處理3000t水萃銅渣浮選廠主要工藝設備

4.1工藝指標

本次設計銅浮選廠建成后可處理水萃銅渣3000t/d，年處理量約100萬t。產品為銅精礦。其中水萃銅渣中銅含量約為5.2%。

獲得的銅精礦數量和指標如下：

產率 1.4%

含銅品位 ≥13 %

銅回收率 ≥ 35%

4.2主要工藝設備

4.2.1磨礦設備

磨礦選擇濕式格子型球磨機。規格φ4.3×6m溢流型球磨機，共2臺。

φ4.3×6m濕式格子型球磨機設備參數：

筒體直徑 4300mm

筒體長度 6000mm

電機功率 1900 kW

電機轉數 167 r/min

電壓等級 10kV

重量 250t

4.2.2分級設備

一段磨礦檢查分級設備選擇φ610mm水力旋流器，共4臺，2用2備。二段磨礦分級設備選擇φ350mm水力旋流器，共8臺，5用3備。

4.2.3攪拌設備

礦漿攪拌槽用于浮選作業前的礦漿攪拌，使礦漿與藥劑充分混合，為選別作業創造條件。高效礦漿攪拌槽規格φ3.0×3.0m，共2臺。

φ3.0×3.0m提升攪拌槽設備參數：

有效容積 19.1 m3

槽體直徑 3000mm

槽體深度 3000mm

葉輪轉速 220 r/min

葉輪直徑 700mm

電機功率 18.5 kW

重量 6.32t

4.2.4浮選設備

1)粗掃選設備

粗掃選設備選擇CLF-40浮選機，其中，吸入槽4臺，直流槽6臺。初步設計粗選：3槽、掃選Ⅰ：3槽、掃選Ⅱ：2槽、掃選Ⅲ：2槽。

CLF-40粗顆粒浮選機設備參數：

容積：40m3

主軸電機功率(直流槽) 90 kW

CLF-40粗顆粒浮選機設備參數：

容積：40m3

主軸電機功率(吸入槽) 110 kW

刮板轉速：6 r/min

2)銅精選設備

銅精選設備選擇CLF-4浮選機，其中吸入槽3臺，直流槽4臺，初步設計銅精選Ⅰ：3槽、精選Ⅱ：2槽、精選Ⅲ：2槽。

CLF-4粗顆粒浮選機設備參數：

容積：4m3

主軸電機功率(吸入槽) 15 kW

CLF-4粗顆粒浮選機設備參數：

容積：4m3

主軸電機功率(直流槽) 11 kW

選礦廠項目建成后，每個選別作業所需浮選機的規格型號見表2。

表2 浮選機選型匯總表

注：此表中數量及功率均為單系列浮選。

4.2.5濃縮及脫水設備

本項目銅精礦擬采用φ9m高效濃密機1臺，浮選產出銅精礦礦漿濃度為20%，進入濃縮機進行濃縮，濃縮底流濃度為60%，底流通過渣漿泵進入壓濾機進行壓濾脫水，濃縮機溢流水進入循環水池，通過循環水泵，揚至選廠循環使用。

本項目銅尾礦φ30m高效濃縮機1臺，浮選產出銅尾礦礦漿濃度為25%，進入濃縮機進行濃縮，濃縮底流濃度為55%，底流通過渣漿泵進入壓濾機進行壓濾脫水，濃縮機溢流水進入循環水池，通過循環水泵，揚至選廠循環使用。

4.2.6過濾設備

銅精礦壓濾工藝流程：浮選產出銅精礦礦漿進入濃縮機進行濃縮，底流通過渣漿泵進入壓濾機進行壓濾脫水，最終銅精礦含水≤12%，通過汽車裝車外運，濃縮機溢流水及壓濾濾液進入循環水池，通過循環水泵，揚至選廠循環使用。

銅尾礦壓濾工藝流程：浮選產出尾礦礦漿進入濃縮機進行濃縮，底流通過渣漿泵進入壓濾機進行壓濾脫水，最終尾礦含水≤15%，通過汽車裝車外運，濃縮機溢流水及壓濾濾液進入循環水池，通過循環水泵，揚至選廠循環使用。

銅精礦、尾礦脫水均采用濃縮壓濾兩段脫水流程，最終銅精礦含水≤12%，尾礦含水≤15%。

設計擬采用80全自動隔膜壓濾機1臺，對精礦進行壓濾脫水；800全自動快開隔膜壓濾機5臺，對尾礦進行壓濾脫水。

5 結論

(1)結合水萃銅渣的特性和設計實踐，提出水萃銅渣浮選廠的工藝設計流程。

(2)以日處理3000t水萃銅渣浮選廠為例，介紹了主要工藝設備的選型，為同類設計提供參考。