某銅尾礦再選工藝及設備的應用

于哲 黎小峰 楊為玥 陳飛飛

摘要：銅尾礦作為礦山固廢的重要組成部分，一直以來未得到很好的利用。以國內某選廠銅尾礦再選為例，介紹了一種粗顆粒選別的專用浮選設備及優先浮選+常規磨浮作業回收銅尾礦中銅金屬的選別工藝。該方案能很好的適應選廠銅尾特性，成功解決了銅尾礦再選的難題，結果表明：+120目粒級回收率大大提高，單作業回收率達到21.13%，銅精礦品位達到18%～20%，作業綜合回收率達到80%，提高了選廠的整體銅回收率。該工藝及設備的應用成功推廣至其它選廠尾礦的回收，均取得較好的經濟效益及社會效益。

關鍵詞：礦山固廢;銅尾礦回收;粗顆粒浮選機

引言

礦山開采、礦物加工和冶煉生產是礦山生產過程中產生固廢最為集中的作業[1]。其中礦山開采、礦物加工所產生的固體廢物又分為兩種，即廢石和尾礦。尾礦是選礦廠在特定經濟技術條件下，將礦石磨細、選取“有用組分”后所排放的廢棄物，也就是礦石經選別出精礦后剩余的固體廢棄物。礦物加工過程中產生的固廢按照工藝流程的不同，其尾礦可分為：手選尾礦、重選尾礦、磁選尾礦、浮選尾礦、化學尾礦、電選及光電選尾礦。而浮選尾礦是礦山固廢中最為突出的問題。目前浮選尾礦的處理方式比較單一，僅僅是將其以礦漿的形式通過管道運輸到礦山附近筑有堤壩的尾礦庫中。尾礦庫一方面是一個高勢能的人造泥石流危險源，存在潰壩的風險;另一方面，尾礦的堆存成本和維護成本非常高，每年都需要花費大量的資金去建設和維護[2][3]。隨著礦山的不斷開采，堆積的尾礦越來越多，截止到2019年，我國現有礦山企業數量超過15.5萬個，各類中小礦山超過14.5萬個，而全國尾礦庫就有400多萬個，占地面積超大1.87～2.47萬平方千米，堆積的尾礦量已超過200億噸。2012年～2016年連續五年尾礦產量在16億噸以上，平均年利用率僅為3.51億噸，利用率僅20%左右[4]。近幾年，尾礦提倡干式堆存，與濕式排放相比，雖然能節省30%左右的建設費用，能有效減少占地面積，但只停留在尾礦庫的管理上，而尾礦中殘留的大量有用金屬還是得不到有效利用[6]。

我國銅礦資源較為豐富，銅儲量排世界第六，但我國銅礦的需求量大，每年需要從國外進口大致1900萬噸的銅精礦，與日本、印度、韓國是世界上最主要的四大銅礦進口國。在我國，每年產生的銅尾礦量非常大，目前主要的利用方式有銅尾礦用于礦井充填或復墾土地、銅尾礦用于生產水泥[7]、銅尾礦制作免燒磚、銅尾礦制備微晶玻璃[8]、銅尾礦生產陶瓷[9]和尾礦再選[10]。尾礦再選又存在兩種方式，一是對現有的尾礦庫進行再回收，二是對工藝和設備進行改造，從而實現銅礦資源的最大回收，降低銅礦品位[11]。銅礦資源中大約有13-15%的銅金屬損失在銅尾礦中，而丟失在尾礦中的銅金屬只有很小一部分得到開發利用，為此充分利用銅尾礦中的銅金屬顯得尤為重要[12]。

目前國內改善銅尾礦回收的重心主要放在工藝流程的優化上，比如出現了選冶聯合流程、重-浮-磁-重選聯合流程、常規浮選流程、硫化-浮選流程、浸出-溶劑萃取-電積流程及各類浸出流程等。但往往忽略了專用浮選設備的影響，采用的都是常規浮選機。隨著人們對選礦生產過程的不斷認識，無論是選礦工程師還是科研人員越來越重視工藝與設備相結合，重視針對不同的礦石性質、粒度組成應選擇不同類型的浮選機以使其浮選動力學性質與流體動力學性質相適應，最終提高浮選指標。

一、銅尾礦再選

我國銅尾礦品位一般在0.077%左右，整體回收率在85%左右，這就意味著有15%左右的銅金屬損失在銅尾礦中。究其原因，一方面是由于銅尾礦本身的性質所造成：伴生礦物種類多、共生關系復雜、粒度呈現粗細兩頭分布[13];另一方面是由于未選擇合理的尾礦回收工藝及專用浮選設備。為此合理的工藝流程及專用浮選設備使用有利于改善選廠尾礦的回收，提高銅的整體回收率。現以江西某銅礦選廠尾礦再選為例，分析了改造前銅尾礦再選工藝及設備的不足，進而在工藝及設備配置上有針對性的提出了改造方案，對比分析了改造前后尾礦再選指標的變化。

（一）銅尾礦礦石性質

原礦多元素化學分析結果見表1，原礦銅物相分析結果見表2。

選廠每年處理的原礦中含銅金屬量為18.5萬噸，選銅綜合回收率86.5%左右，約有13.5%的銅金屬損失在尾礦中，粒度組成及品位分析如表3所示，其中大約有53.5%損失在+120目的粒級上，即每年約有10000噸銅金屬損失在粗顆粒級上。銅尾礦中主要含銅礦物為銅的硫化礦，約占銅金屬量的86.89%，其中主要是黃銅礦，約占總銅的80%，其次為少量的黝銅礦，約占總銅的7%。黃銅礦和黝銅礦絕大多數是以貧連生體和包裹體產出，與黃銅礦和黝銅礦連生或包裹的脈石主要是石英和云母。為此有針對性地對尾礦中+120目的粒級的銅金屬進行回收將提高該選廠的經濟效益，同時提升選廠整體的技術水平。

（二）改造前、后銅尾礦再選工藝

目前該選廠尾礦回收是以小部分尾礦作為入選原料，從中回收銅金屬以及伴生的金和銀。工藝流程采用的是常規浮選流程，其中三期尾礦處理一年的銅金屬產量在350噸左右，品位在13%以上。由于尾礦中+120目顆粒中銅金屬損失最多，常規的工藝流程選別效果不好，富集比和回收率均不高。入選尾礦全部進入球磨機再磨，增加了磨礦成本，為此在工藝上進行了優化。改造前后的工藝流程如圖1所示。

（三）改造前、后銅尾礦再選設備配置

原流程采用的是10臺JJF-16m3型浮選機，主要存在的問題一方面在于JJF-16m3型浮選機對粗粒級的浮選效果不是很好;同時受設備容積的限制，尾礦處理量只占該選廠尾礦中可回收的銅的小部分，大部分選廠尾礦資源未得到充分的回收利用。

近幾年來浮選機新技術的發展為尾礦中粗粒級目的礦物回收提供更深層次的技術依托。這些浮選新技術包括粗顆粒浮選機、類詹姆森矮體浮選柱、改進型的淺槽機械攪拌式浮選機等[14]。礦冶科技集團有限公司作為國內前沿的浮選機研究機構，在選礦裝備上進行了大量的基礎研究，依據不同的工況研制出了不同種類型號的浮選機，滿足各種復雜工況的使用要求。根據北礦機電多年來生產實踐和不斷的探索，得出如果能在浮選工藝和設備上取得突破，則尾礦回收可實現跨越式發展，而近幾年來浮選機新技術的發展為尾礦中粗粒級目的礦物回收提供了更深層次的技術依托。綜合成熟性、可靠性、和適用性三方面對比分析，粗顆粒型浮選機比較適合于該選廠尾礦選別的試驗研究。為此，針對該選廠銅尾礦的現狀提出了利用CGF-40粗顆粒浮選機進行預先粗選。浮選設備采用專用的粗顆粒CGF-40型浮選機，其具有的主要優勢在于：1）充氣量大，適應粗顆粒礦物較大充氣量的要求，能形成部分相對大一點的氣泡，有利于背負較大礦粒上浮，且能提高礦粒與氣泡的接觸機會;2）輸入功率要低，葉輪對礦漿的攪拌力相對要弱，礦漿的湍流強度低，有利于粗粒礦物與氣泡集合體的形成和順利上浮;3）通過葉輪區的礦漿量大，有利于物料的懸浮和增加氣泡與礦粒的接觸機會;4）在低攪拌力下，保證了氣泡能均勻地分散在礦漿中，同時保證了較粗礦粒能充分懸浮;5）槽體較常規浮選機更淺，使背負粗粒礦物氣泡升浮距離短，同時分離區和泡沫層要更加平穩，以縮短受干擾的距離和降低干擾力;6）泡沫堰負載速率更為合理，即泡沫可以及時進入泡沫槽，縮短在泡沫層的停留時間，減少脫附概率[15]。

此方案的優點在于可盡可能多地回收銅等有價金屬，提高入選的粗精礦品位及作業回收率。同時預先粗選粗精礦產率大大降低，進而降低了再磨的量節省磨礦成本。

二、結果與分析

預先浮選作業浮選時間8.5min左右，粗精品位達到0.3-0.4%，其預先浮選作業銅富集比3.018倍，銅回收率達到21.13%，現場水篩+120目及+200目粒級產率分別為21.75%、32.00%（均高于常規浮選設備泡沫產品相應的粒級含量10%左右）;預先粗選得到的粗精礦經常規磨浮作業流程后，作業綜合回收率預計達80%，銅精礦品位達18%～20%。CGF-40浮選機在該選廠銅尾礦廠回收的應用，取得較好的效果。同時我們將該工藝及粗顆粒浮選機預先粗選的設備配置應用到其它選廠的尾礦回收中，均取得了較好的經濟效益及社會效益，如承德地區的豐寧三贏鐵礦、隆化順達礦業、雙灤建龍地等多個礦山，回收選鐵尾礦中的-200目30%左右的磷礦物，最大上浮粒徑0.7mm-1.2mm;首鋼秘魯鐵礦采用該設備回收鐵精礦中硫鐵礦，粒度為-200目10%左右，浮選濃度為35%，最大粒徑達1.5mm; 宜春鉭鈮礦回收粒度較粗的鋰礦物。均主要分布在+0.5mm、-0.5～+0.212mm和-0.212～+0.1mm這三個粒級，從各個粒級的回收率可以看出，在-0.5～+0.212mm、-0.212～+0.1mm和-0.1～+0.075mm三個粒級的回收率均較高，其中-0.1～+0.075mm的回收率最高，達到85.52%，總體回收率達73.61%。

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作者簡介：

于哲（1991-），男，漢族，內蒙古赤峰市人，助理工程師，碩士（美國伊利諾伊大學香檳分校）。