轉爐渣階段磨礦階段選別銅指標優化試驗研究

楊有智，鄒麗萍，鄧紅飛，曹恩源，李國棟，鄒 沖

湖北大江環保科技股份有限公司 湖北黃石 435005

湖北大江環保科技股份有限公司轉爐渣選礦車間自建廠以來，磨浮工藝采用的是階段磨礦階段選別流程，經過多年數次改造優化，選礦指標較過去單獨的磨浮工藝有了根本改善。自 2016 年公司對標行業標準以來，為了將尾礦含銅指標降低至0.20%，處理量由 39 t/h 下降至 25 t/h，藥劑成本也不斷攀升。2017—2018 年，為優化指標、提高處理量、降低成本，公司持續引進了高效射流浮選機及立式球磨機等先進設備。2019 年，處理量已提升至 38 t/h，但還存在兩段磨礦分級的產品細度不合理、藥劑制度隨意性大的問題，導致成本消耗高，指標波動大。為提高轉爐渣選礦指標，回收其中的有價金屬銅，在不增加投資的條件下，開展現有流程的階段磨礦階段選別試驗再研究，探索最合適的選礦技術參數。

高效的磨礦有利于銅礦物間的單體解離，對提高選礦指標有著關鍵的作用[1-4]。此外，藥劑用量也是影響有價礦物回收的重要因素，可根據原礦含銅品位的高低、礦石的可浮性及氧化程度進行調整，定量優選的藥劑制度可實現有用礦物的早收多收[5-8]。本文中的轉爐渣分選磨礦作業分為預磨快速浮選銅和快浮尾礦再磨再選兩個階段。

1 轉爐渣性質

1.1 轉爐渣的化學分析、物相分析和 X 射線衍射譜

對轉爐渣進行了多元素檢測及銅物料物相分析，結果分別如表 1、2 所列。轉爐渣的 X 射線衍射譜如圖 1 所示。

圖1 轉爐渣的 X 射線衍射譜Fig.1 X-ray diffraction spectra of converter slag

表1 轉爐渣的化學多元素分析結果Tab.1 Analysis results of chemical elements of converter slag %

表2 銅物料的物相分析結果Tab.2 Phase analysis results of copper mineral %

轉爐渣主要通過冰銅吹煉而產出，是經緩冷冷卻后的人造礦物，其外觀呈黑色，質地堅硬，結構致密，性脆。經檢測，爐渣密度為 4.22 g/cm3。由表1、2 可知，轉爐渣中銅含量為 4.290%，主要以常規單質銅的形式存在，分布率為 73.05%。

1.2 銅物料的嵌布粒度分析

對轉爐渣中的銅物料進行了嵌布粒度分析，結果如表 3 所列。

表3 銅物料嵌布粒度分析結果Tab.3 Analysis results of disseminated grain size of copper mineral

由表 3 可知：轉爐渣中的銅物料主要分布在0.042～ 0.580 mm 之間，嵌布粒度以中細為主。

2 試驗研究結果及討論

2.1 一段快速浮銅條件試驗

2.1.1 磨礦細度試驗

磨礦細度直接關系到目的礦物的解離度。本組試驗考察了磨礦細度對快速浮選銅指標的影響。試驗條件：L-35 用量為 50 g/t，2 號油用量為 40 g/t。試驗結果如圖 2 所示。

圖2 一段磨礦細度試驗結果Fig.2 Test results of grinding fineness in first stage

由圖 2 可知：隨著礦物粒度越來越細，精礦中銅品位呈下降趨勢，銅回收率先升后降，尾礦中銅品位則先降后升；在 -0.074 mm 含量為 70% 時，各項指標最佳。因而確定一段磨礦細度為 -0.074 mm 含量為70%。

2.1.2 捕收劑種類試驗

本試驗考察了 4 種捕收劑——丁基黃藥、Z-200、L-35 和丁銨黑藥對浮選銅指標的影響，試驗結果如圖 3 所示。

圖3 一段捕收劑種類試驗結果Fig.3 Test results of collector type in first stage

由圖 3 可知：在浮選銅精礦品位和回收率方面，捕收劑 L-35的效果最優。因而確定一段快速浮銅的捕收劑為 L-35。

2.1.3 L-35 用量試驗

捕收劑的用量直接關系到目的礦物回收時的品質。本組試驗考察了 L-35的用量對快速浮銅選礦指標的影響，試驗結果如圖 4 所示。

由圖 4 可知：隨著捕收劑 L-35 用量的加大，精礦中的銅品位呈先提高后降低的趨勢；在用量為 90 g/t 時，效果最佳。因而確定捕收劑 L-35 最佳用量為90 g/t。

圖4 一段 L-35 用量試驗結果Fig.4 Test results of L-35 dosage in first stage

2.1.4 起泡劑 2 號油用量試驗

起泡劑 2 號油的用量對浮選效果起到至關重要的作用。本組試驗考察了 2 號油用量對浮選指標的影響，試驗結果如圖 5 所示。

圖5 一段 2 號油用量試驗結果Fig.5 Test results of No.2 oil dosage in first stage

由圖 5 可知：隨著 2 號油用量的加大，精礦中的銅品位緩增后降；銅回收率先升后降，變化幅度較大；尾礦品位先降后升；在 2 號油用量為 65 g/t 時，各項指標最佳。故確定一段起泡劑 2 號油用量為 65 g/t。

2.2 二段快浮尾礦再磨后浮選銅條件試驗

2.2.1 磨礦細度試驗

在確定了快速浮銅最佳的磨礦細度及藥劑制度的條件下，對其尾礦進行再磨后浮選銅，不僅可以回收尾礦中的主要礦物，而且降低了尾礦指標。本試驗模擬一段快速浮選銅的條件，考察了快浮銅尾礦再磨細度 (-0.045 mm的占有率) 對浮選指標的影響，試驗結果如圖 6 所示。

由圖 6 可知：尾礦再磨粒度加細，精礦中的銅回收率呈先提高后趨于穩定的態勢，尾礦品位先下降后趨于緩；在 -0.045 mm 占 90% 時，各項指標最佳。因此綜合考慮，確定快浮銅尾礦再磨細度為 -0.045 mm 占 90%。

圖6 二段磨礦細度試驗結果Fig.6 Test results of grinding fineness in second stage

2.2.2 L-35 用量試驗

本次試驗主要考察了二段捕收劑 L-35的用量對浮選銅指標的影響，其結果如圖 7 所示。

圖7 二段 L-35 用量試驗結果Fig.7 Test results of L-35 dosage in second stage

由圖 7 可知：隨捕收劑 L-35 用量的加大，精礦中的銅回收率呈先提高后降低的態勢；在用量為 45 g/t 時，效果最佳。因而確定二段捕收劑 L-35的用量為 45 g/t。

2.2.3 2 號油用量試驗

在試驗條件一段細度 -0.074 mm 含量為 70%，二段細度 -0.045 mm 含量為 90%，捕收劑 L-35 用量為45 g/t的條件下，分析起泡劑 2 號油用量對二段浮選指標的影響，其結果如圖 8 所示。

由圖 8 可知：隨起泡劑 2 號油的用量增加，精礦中的銅品位呈先提高后降低趨勢，而尾礦的品位則先降后升；在用量為 20 g/t 時，各項指標最佳。故確定二段起泡劑 2 號油用量為 20 g/t。

圖8 二段 2 號油用量試驗結果Fig.8 Test results of No.2 oil dosage in second stage

2.3 兩段開路試驗

試驗條件：一段快速浮選銅磨礦細度 -0.074 mm含量為 70%，二段磨礦細度 -0.045 mm 含量為 90%，藥劑用量及工藝流程如圖 9 所示。本試驗模擬現場實際生產，其結果如表 4 所列。

圖9 兩段開路試驗流程及藥劑制度Fig.9 Process flow and reagent system of two-stage open-circuit test

表4 兩段開路試驗結果Tab.4 Two-stage open-circuit test results %

由表 4 可知，試驗取得了尾礦銅品位為 0.12%、銅精礦銅總回收率為 87.48%的指標。

2.4 閉路試驗

為了校準前期各種條件試驗的結果，同時也為了模擬實際生產流程 (見圖 10)，進行了半工業流程的閉路模擬試驗，結果如表 5 所列。

表5 半工業流程試驗結果Tab.5 Test results of semi-industrial process flow %

圖10 閉路試驗流程Fig.10 Process flow of closed-circuit test

由表 5 可知，半工業流程模擬試驗獲得的選礦指標較好，總精礦中銅的回收率為 95.78%，尾礦中銅品位降低至 0.19%。

3 生產應用

將上述各試驗結果運用生產現場，與未實施前的相關數據進行了對比，結果如表 6 所列。

表6 優化試驗前后生產數據的對比Tab.6 Contrast of production data before and after test optimization

由表 6 可知，通過對現有流程的階段磨礦階段選別再試驗，優化藥劑制度和磨礦細度后，藥劑成本與尾礦含銅指標取得很大改善，為選廠增加 100～ 150萬元/月的經濟效益，且處理量增加至 2 000～ 3 000 t/月，為后續進一步降低尾礦含銅指標，提供了有利的依據。

4 L-35 與黃銅礦純礦物的作用機理

對新型捕收劑 L-35 與黃銅礦純礦物的作用機理進行分析，其紅外光譜測試分析結果如圖 11 所示。

圖11 L-35 與黃銅礦作用的紅外光譜圖Fig.11 Infrared spectra after reaction of L-35 and chalcopyrite

根據測試圖紅外光譜帶所對應組成分子的鍵或者基團的特征振動頻率原理，對 L-35的分子組成分析得出：L-35 主要成分為乙基一硫代與二乙基硫代氨基甲酸異丙酯，屬于有機長鏈結構，其主要官能團有 C-C、C-N、C=S、C-O 鍵。結合圖 11 可以看出，在 1 265、-1 100 cm-1處有伸縮振動，在 1 150、1 120、1 020、900 cm-1處出現特征吸收峰，說明LP-01 存在官能團 C-C、C-N、C=S、C-O 鍵。由于黃銅礦純礦物有限，筆者暫未做黃銅礦單獨的紅外光譜分析圖，但從 L-35 與黃銅礦純礦物作用的紅外光譜測試結果可知，L-35 吸附效果良好。

5 結論

(1) 通過階段磨礦階段選別試驗，獲得最佳磨礦細度：一段快浮磨礦細度為 -0.074 mm 占 70%，二段細度為 -0.045 mm 占 90%。兩段磨礦的最佳藥劑制度：一段快浮銅捕收劑 L-35 用量為 90 g/t，起泡劑 2號油用量為 65 g/t；二段捕收劑 L-35 用量為 45 g/t，起泡劑 2 號油用量為 20 g/t。

(2) 模擬生產現場階段磨礦階段選別的選礦流程，在最佳細度和藥劑制度條件下，可獲得銅精礦銅品位為 32.94%、尾礦銅品位為 0.19%的指標。

(3) 從總體試驗來看，在階段磨礦階段選別中，如果單純地追求某一段選礦的指標和成本，必會顧此失彼，只有綜合考慮兩段磨浮的綜合成本和技術，才能實現選礦廠效益的最大化。