某銅熔煉渣選廠的工藝與實踐

文 婭，趙紅星，張錦仙，武 釗

(昆明有色冶金設(shè)計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

我國銅冶煉渣數(shù)量大，其中大量銅及相當數(shù)量的貴金屬和稀有金屬長期堆存，占用大量用地，嚴重污染環(huán)境。隨著冶煉技術(shù)的發(fā)展，高效率熔煉爐的應(yīng)用，爐渣含金屬量還有上升趨勢。因此，開發(fā)利用銅冶煉渣資源具有非常重要的意義和可觀的經(jīng)濟效益。歐洲、北美和澳大利亞等冶煉廠都普遍地用浮選法來回收爐渣中的銅，獲得高銅低鐵的銅精礦，再返回熔煉爐中進行熔煉。

該銅渣屬于底吹爐熔煉渣，主要元素為Cu、Fe和SiO2，銅渣含鐵量很高，故它的質(zhì)地致密、堅硬，莫氏硬度達到5～8，屬于脆而難磨礦石，真密度為3.8～4.3 g/cm3。底吹爐熔煉渣緩冷浮選法作為一種較為成熟的選礦工藝，國內(nèi)外理論研究、工藝實踐兩方面均取得較好結(jié)果。根據(jù)工藝礦物學分析及試驗研究結(jié)論，設(shè)計采用兩段一閉路碎礦—兩段閉路磨礦—快速浮選工藝，項目建成后，經(jīng)過1a多的生產(chǎn)運營，實現(xiàn)了原礦處理的設(shè)計規(guī)模，銅回收率>94 %，尾礦含銅<0.22 %。該生產(chǎn)指標與國內(nèi)類似選廠比較，該生產(chǎn)指標達到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

1 工藝礦物學

1.1 主要化學元素分析

銅熔煉渣中的銅品位為3.60 %，鐵含量高達35.96 %，SiO2含量20.50 %，其次是MgO、CaO及Zn，含貴金屬Ag14.70 g/t，Au0.06 g/t，見表1。

表1 主要化學元素分析結(jié)果Tab.1 Analysis results of main chemical elements

1.2 礦物組成分析

銅熔煉渣主要由銅锍、鐵橄欖石、磁鐵礦、輝石等組成，少量鐵合金及玻璃質(zhì)。銅礦物主要為銅锍、輝銅礦、黃銅礦、斑銅礦，見表2。

表2 礦物組成分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of mineral composition

1.3 原礦物相分析

銅熔煉渣中銅和鐵的物相組成，結(jié)果見表3和表4。

表3 銅物相分析結(jié)果Tab.3 Analysis results of copper phase

熔煉渣的銅主要以硫化銅的形式存在，占比94.54 %，難回收的結(jié)合氧化銅占3.28 %，見表3。

熔煉渣的鐵主要以磁性鐵的形式存在，其次是硅酸鐵和磷鐵礦等，見表4。

表4 鐵物相分析結(jié)果Tab.4 Analysis results of Iron phase

1.4 礦石機械物理特性

銅渣含鐵量很高，故它的質(zhì)地致密、堅硬，莫氏硬度達到5～8，屬于脆而難磨礦石。真密度為3.8～4.3 g/cm3，松散容重2.0～2.4 g/cm3，堆積角為38.5°，摩擦角為31.0°。

1.5 礦物賦存狀態(tài)

表5 Cu在各主要含Cu礦物中的分配率Tab.5 The distribution coefficient of major Cu containing minerals

銅礦物主要與輝石連生，其次與鐵橄欖石、磁鐵礦連生。磁鐵礦主要與輝石連生，其次與鐵橄欖石連生，少量與銅礦物連生。鐵橄欖石和輝石除互相連生外，少量與磁鐵礦、銅礦物連生，見表5。

2 試驗研究

工藝參數(shù)試驗階段銅浮選主要開展了調(diào)整劑、捕收劑用量及原礦磨礦細度、粗精礦再磨細度等工藝條件試驗；鐵磁選主要開展磁場強度、粗精礦再磨細度等工藝條件試驗。由工藝參數(shù)試驗得出最佳工藝條件，在此基礎(chǔ)上開展工藝流程對比試驗，最終得出最佳的選別工藝流程和工藝技術(shù)指標。

(1)銅渣樣品原礦含銅3.60 %，氧化銅占全銅5.46 %，硫化銅占全銅94.54 %。銅熔煉渣主要由銅锍、輝石、鐵橄欖石、磁鐵礦等組成，銅礦物主要為銅锍、黃銅礦、斑銅礦。

(2)選銅推薦的工藝流程為2次粗選、2次掃選、粗精礦再磨后進行3次精選，工藝流程和工藝參數(shù)詳見圖1。工藝條件為：原礦磨礦細度-300目90 %，硫化鈉220 g/t，丁基黃藥+丁銨黑藥85+85 g/t，2#油45 g/t。粗精礦再磨細度-400目98 %，精選Ⅰ丁基黃藥+丁銨黑藥10+10 g/t，試驗指標為：銅精礦品位23.56 %，銅回收率94.21 %。

(3)選鐵推薦的工藝流程為磁選流程：1次粗選、粗精礦再磨后進行2次精選，工藝流程和工藝參數(shù)詳見圖2。試驗指標為：鐵精礦品位52.56 %，鐵回收率24.65 %。

圖1 閉路試驗流程及工藝條件圖

圖2 磁選閉路試驗流程Fig.2 Magnetic Closed circuit test process

(4)鐵反浮選試驗對提高鐵精礦品位沒有起到良好的效果，其主要原因是浮選尾礦中目的礦物主要為磁鐵礦、雜質(zhì)礦物主要為鐵橄欖石，目前還沒有理想的分選磁鐵礦和鐵橄欖石的藥劑。

3 設(shè)計工藝及指標

3.1 設(shè)計工藝流程

根據(jù)工藝礦物學的分析，銅熔煉渣選礦設(shè)計從幾方面考慮：

(1)銅熔煉渣的緩冷速度與時間直接影響和熔煉渣的結(jié)晶和銅的分子的聚集，直接影響了選礦工藝對銅的回收和尾礦含銅。

(2)銅熔煉渣密度較大，硬度高，需要磨礦時間較長，磨礦濃度較高。另外，部分銅礦物的嵌布粒度細，需要進行細磨才能較好的回收，而細磨又比較難。因此，與常規(guī)的銅礦石相比，磨礦的能耗和鋼耗都相對較高。適宜采用階段磨礦方式來節(jié)省成本。

(3)銅熔煉渣中的銅主要是以硫化銅形式存在，采用浮選法回收相對更容易。

(4)因為高密度的銅渣密度，沉降速度較快，適合采用高濃度-快速浮選的方式。鑒于該特點，浮選設(shè)備適合選擇CLF型浮選機，適應(yīng)性更好。根據(jù)企業(yè)冶煉技術(shù)及場地，設(shè)計了渣包運輸軌道及緩冷場地，緩冷場地采用龍門吊輔助，科學合理的場地設(shè)計保證了熔煉渣的緩冷時間，靈活機動的噴水系統(tǒng)確保了熔煉渣的緩冷效果。

設(shè)計根據(jù)大量有關(guān)銅冶煉渣方面的選礦資料，結(jié)合對銅渣工藝礦物學研究和試驗結(jié)果，結(jié)合類似選廠的生產(chǎn)實踐，設(shè)計工藝流程見圖3，熔煉渣經(jīng)過52 h的緩冷，經(jīng)過兩段一閉路碎礦，最終碎礦產(chǎn)品粒度為-12 mm。采用階段磨礦階段選別，一段磨機與旋流器組成閉路，磨礦細度為-0.074 mm占70 %，旋流器溢流進入高濃度快速浮選作業(yè)，產(chǎn)出已單體解離的高品位銅精礦，可提前回收37.5 %的銅精礦。快速浮選后的尾礦進入二段磨礦。二段磨機與旋流器組成閉路，磨礦細度為-0.043 mm占85 %，旋流器溢流進入1粗—2掃—2精的浮選作業(yè)流程，產(chǎn)出銅精礦和最終的尾礦。尾礦選鐵作業(yè)按預(yù)留場地考慮，根據(jù)鐵礦的市場條件，后期增加選鐵設(shè)備。銅精礦和尾礦分別進入濃縮+過濾兩段脫水作業(yè)。階段磨礦方案不僅降低磨礦作業(yè)能耗，而且減少物料的過磨程度。選礦工藝流程靈活性較強，且利于生產(chǎn)指標的調(diào)控。

3.2 設(shè)計工藝設(shè)備

該設(shè)計規(guī)模為850 t/d，選用高效耐用的碎礦設(shè)備1臺C80顎式破碎機，1臺CH420圓錐破碎機，本著多碎少磨的原則，碎礦產(chǎn)品粒度控制-12 mm。銅渣硬度較大，屬于較難磨的礦石性質(zhì)，選擇φ3254的2臺球磨機；加上場地較緊張，設(shè)計選用旋流器與兩臺球磨機組成閉路。銅渣密度較大，設(shè)計選用CLF型號的浮選機，CLF-8 m3浮選機3臺作為快速浮選機，CLF-16 m3浮選機7臺作為粗選和掃選設(shè)備，CLF-4 m3浮選機5臺作為精選設(shè)備。銅精礦濃縮設(shè)備選用φ15 m的高效濃縮機，尾礦濃縮選用φ24 m高效濃縮機。精礦過濾選用2臺30 m2陶瓷過濾機，尾礦過濾選用2臺45 m2的陶瓷過濾機。

3.3 設(shè)計指標

設(shè)計指標的確定綜合考慮了試驗結(jié)果及冶煉要求，見表6。

圖3 設(shè)計工藝流程Fig.3 Design process

表6 選礦設(shè)計指標Tab.6 Mineral processing design index

4 生產(chǎn)實踐

銅熔煉渣選廠近7個月的生產(chǎn)指標，見表7。

表7 選廠生產(chǎn)指標Tab.7 Production index of processing plant

消耗定額指噸成品消耗，主要原材料消耗定額對比表，見表8。

表8 主要原材料消耗定額對比表Tab.8 Main raw material consumption quota comparison table

從表6、表7和表8可以看出，各項生產(chǎn)指標已經(jīng)超過設(shè)計指標，達到了國內(nèi)先進水平。生產(chǎn)廢水閉路循環(huán)無排放，固體尾渣外銷用于生產(chǎn)水泥，做到了“資源—產(chǎn)品—廢棄物—再生資源”的高效循環(huán)利用，實現(xiàn)了銅渣資源的最大化利用。項目生產(chǎn)至今的生產(chǎn)實踐表明：選礦廠設(shè)計完善，流程、設(shè)備、指標選擇合理，實現(xiàn)了先進、高效、節(jié)能的目的。

5 結(jié) 語

(1)該礦Cu品位為3.60 %，F(xiàn)e品位35.96 %，SiO220.50 %，Al2O320.66 %。工藝礦物學研究結(jié)果表明：其中Cu有94.54 %以硫化銅的形式存在，F(xiàn)e有79.98 %以磁鐵礦的形式存在，銅礦物主要與輝石連生，其次與鐵橄欖石、磁鐵礦連生。

(2)根據(jù)工藝礦物學分析，大約3.28 %的銅以結(jié)合氧化銅的形式存在，加上有一定量的銅嵌布粒度較細，是影響銅精礦指標的重要因素，結(jié)合氧化銅的回收一直是目前銅礦選礦的工藝難點，因此，導致浮選尾礦含銅品位0.2 %～0.3 %。

(3)結(jié)合工藝礦物學、試驗結(jié)論及生產(chǎn)實踐，采用階段磨礦—階段選別—高濃度快速浮選的工藝設(shè)計方案，一段磨礦細度-0.074 mm占70 %，二段磨礦細度-0.043 mm占85 %，最后生產(chǎn)得到銅精礦品位約為24 %，回收率達到94 %。選礦方法是回收銅熔煉渣金屬銅的有效途徑。