某復雜自然冷卻銅爐渣選礦工藝流程設計研究

〔摘 要〕針對某復雜自然冷卻銅爐渣的原料性質，進行了一系列選礦小型試驗和閉路試驗研究，分別對碎磨工藝、選別工藝、脫水工藝流程及設備選型進行了分析。研究表明，該原料整體粒度偏細，硫化銅和自然銅的嵌布粒度細且不均勻，且在-0.038 mm粒級下仍有24%的銅未解離，因此該項目選用單段半自磨流程，并通過階段磨礦、階段選別工藝回收銅，在原料含銅1.5%的情況下，經選別后得到含銅品位20%的渣精礦，回收率75%，尾礦含銅品位0.4%。

〔關鍵詞〕自然冷卻；銅爐渣；單段半自磨；設備選型

中圖分類號：TD952 " " 文獻標志碼：B 文章編號：1004-4345（2023）02-0010-05

Abstract" "In view of the feed properties of a complex natural cooling copper slag， the paper makes a study of a series of small-scale mineral processing tests and closed-circuit tests， and analyzes crushing and grinding process， separation process， dewatering process and equipment selection. The study has shown that the feed has relatively fine particle size in general， copper sulfide and native copper has fine and uneven embedded particle size， and 24% copper still remains unliberated at a particle size of -0.038 mm. Therefore， the project adopts a single-stage semi-automatic grinding process， and copper can be recycled by stage grinding and stage separation processes. Under the circumstance that the feed contains 1.5% copper， after separation， the project can obtain slag concentrate with the copper grade of 20% and recovery of 75% and copper grade of 0.4% in the tailings.

Keywords" natural cooling; copper slag; single-stage semi autogenous grinding （SAG）; equipment selection

某復雜自然冷卻銅爐渣選礦項目的原料來自墨西哥某銅冶煉廠爐渣現貨資源及新產生爐渣。根據原料的成分分析及該冶煉廠的生產歷史，原料含有鼓風爐熔煉渣、反射爐熔煉渣、閃速爐渣及轉爐渣。銅冶煉爐渣的排放方式是將熔融狀態的爐渣由渣包車從冶煉熔煉車間運往露天渣場直接傾倒，為自然冷卻類型的銅爐渣。為合理地開發利用該資源，盡可能多地回收銅金屬，本文結合原料性質和選礦試驗研究結果，參照類似銅爐渣選礦廠實際生產的成功經驗，研究適合的選礦工藝流程，為企業獲得良好的生產指標打下基礎。

1" "原料性質

原料外觀呈黑色、黑褐色或墨綠色，結構致密，堅硬，可磨性以粗磨較易，細磨較難，耐磨性強。與國內采用渣包緩冷的銅爐渣相比，整體粒度偏細，大塊物料偏少，-50 mm粒級含量高達87%，其中-12 mm以下粒級占比約為20%。堆場中還存在一些難碎難磨的冰銅塊、銅皮及建筑垃圾。

銅爐渣主要成分是冶煉造渣時生成的鐵硅酸鹽礦物、磁鐵礦和銅礦物。硅酸鹽類礦物以鐵橄欖石和玻璃體為主，其次為輝石類、石英等。銅主要以硫化物形式存在，其次以自然銅和氧化物形式存在。銅硫化物有黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦、藍輝銅礦及銅藍等。

1.1" 原料主要化學成分分析

原料主要化學成分分析詳見表1。

從表1可知：原料的主要成分為Fe和Si，主要有價成分為Cu和Fe（二者質量分數分別為2.43 %、43.73 %）；其他金屬礦物的含量很低，尚未達到綜合利用的要求；Au、Ag可作為伴生元素富集在渣精礦中綜合回收。原料中Cu的品位在1.5%左右，樣品中的Cu品位偏高。

1.2" 原料中銅、鐵物相分析

原料中銅、鐵的物相分析詳見表2、表3。

由表2可以看出，銅主要以硫化銅和自然銅形式存在，氧化銅占比近24%。由表3可以看出，磁性鐵占比僅32%。

1.3" 供礦條件

自卸式汽車從銅冶煉廠爐渣堆放點將物料裝運后直接送入渣選廠原料倉。同時，選礦工業場地設置有原料堆場，堆場的銅爐渣由前裝機或汽車根據生產要求給入原料倉。堆場或原料倉格篩上的大塊物料采用移動式液壓破碎錘破碎至200 mm以下進入原料倉中。

2" "選礦試驗研究結果[1]

礦物組成比較簡單，但嵌布關系復雜。銅爐渣中銅主要以硫化物形式存在，其次以自然銅和氧化物形式存在。脈石礦物則主要為鐵橄欖石、磁鐵礦和玻璃體。銅與鐵、硅關系密切。硫化銅和自然銅的嵌布粒度細且不均勻，在-0.038 mm粒級仍有24%的銅未解離，這部分銅及硫化物較難單體解離，容易損失在尾礦中。根據物料的特性，通過一系列選礦小型試驗研究后，提出階段磨礦階段選別試驗工藝流程，一段磨礦后浮選主要是回收粗粒的硫化銅和金屬銅；二段磨礦后浮選主要是硫化銅（自然銅）和氧化銅混合礦，采用混合浮選回收銅。開展了閉路試驗研究，其流程見圖1，試驗結果見表4。

原料中含有較高的鐵（w鐵gt;43%），但由于鐵與硅關系密切，鐵橄欖石也有較強的磁性，會隨磁鐵礦一起進入鐵精礦，致使鐵品位難以提高，且含硅高會嚴重影響鐵精礦質量。初步的磁選探索試驗表明，磁選難以獲得合格的鐵精礦。

3" "選礦工藝流程設計

3.1" 碎磨工藝流程設計與主要設備選型

根據前述原料性質的特殊性，可能采用的碎磨工藝有兩個。

方案Ⅰ：常規碎磨工藝，即“粗碎（顎式破碎機）+預先篩分+細碎（圓錐破碎機）+預先檢查篩分+兩段閉路球磨”工藝流程。

破碎采用常規的兩段一閉路（帶預先篩分）流程，為了盡量避免銅爐渣中的難破碎物（銅皮以及高銅物料）可能對細碎圓錐破碎機造成的損壞，特設置了兩段篩分作業。增加篩分作業雖在一定程度上可以降低因難碎物造成圓錐破碎機損壞的概率，但同時也會增加破碎流程的復雜性，增加設備故障點[2，4]。

方案Ⅱ：預破碎+半自磨+球磨工藝，即一段磨礦采用半自磨工藝。磨礦分級溢流產品進入一段浮選，一段浮選尾礦進入二段球磨，二段球磨與旋流器閉路，二段球磨分級溢流產品去二段浮選。

本項目物料的粒度分布組成較細。根據經驗，類似粒度分布的銅爐渣采用半自磨工藝處理的生產實踐有江銅康西銅業轉爐渣選礦廠及白銀有色銅爐渣選礦廠。其中，江銅康西銅業轉爐渣選礦廠主要處理鑄渣機自然冷卻渣（粒度-80 mm），在實際生產中還添加了水淬渣（-2 mm），且水淬渣占比最高達到了50%。該項目采用單段半自磨工藝即半自磨機與旋流器閉路磨礦細度P80=0.450 mm。白銀有色銅爐渣選礦廠則主要是采用SAB流程在投產初期處理自然冷卻的銅爐渣，前期處理長約半個月的時間，半自磨機處理能力比設計能力略有降低，但流程暢通，選別指標良好。

選礦試驗要求一段磨礦細度為P80=0.106 mm，因此本項目一段磨礦的流程結構有單段半自磨流程（SS SAG）和半自磨+球磨流程（SAB）兩種。其中，單段半自磨流程與半自磨+球磨流程相比，具有以下特點：1）流程簡單，投資成本低；2）流程容易操作；3）用于粗磨時效率較高；4）當半自磨機的進料量及粒度組成變化大時，產品粒度易會產生一些波動。本項目物料性質穩定，給料粒度組成在生產時可以控制穩定，不會對半自磨機磨礦效果造成影響[3]。兩個方案的主要設備比較結果見表5。兩個工藝方案的可比費用比較結果見表6。

由表5、表6可見：1）從投資上看，方案Ⅱ較方案Ⅰ略高。2）從運營成本上看，方案Ⅱ低于方案Ⅰ。這是由于方案Ⅰ的鋼球、篩網和膠帶消耗量大，導致材料費較高，且方案Ⅰ勞動定員遠超方案Ⅱ，人工費高。3）在操作維護方面，方案Ⅰ車間多，分布廣，設備種類多，生產管理較復雜，對難碎物的處理無法做到完全杜絕，圓錐破碎機有可能成為后續生產的主要瓶頸。方案Ⅱ比方案Ⅰ少了粗碎、細碎和篩分的環節，車間少，設備少，配置集中，生產管理方便，且半自磨機可以完全解決銅皮、冰銅塊等難碎物對設備造成故障導致頻繁停機的問題，確保流程暢通，保障設備作業率。經綜合考慮采用的碎磨工藝為：碎石機預破碎+一段單段半自磨+二段球磨工藝流程，流程詳見圖2。

項目規模為1 570 kt/a，作業制度為314 d/a，處理能力5 kt/d，原礦倉、精尾礦脫水系統按一個系列建設，磨浮系統按兩個系列建設。基于JKSimMet軟件選型模擬，半自磨機選型為？覫6.1 m×7.5 m，裝機功率4 500 kW，主電機變頻。二段球磨機選型為？覫5.2 m×8.5 m，裝機功率3 400 kW。

3.2" 選別工藝流程設計與主要設備選型

根據銅爐渣工藝礦物學的研究結論，物料中的銅及含銅礦物呈不均勻嵌布且粒度較細，獲得良好指標的關鍵是細磨和有效分選[5]。結合試驗的研究結果和類似渣選廠的生產實踐，確定采用階段磨礦、階段選別工藝。一段磨礦細度為P80=0.106 mm，二段磨礦細度為P80=0.038 mm。

設計選別流程在《試驗報告》基礎上，結合類似生產實踐進行了局部調整：1）設計流程的一段浮選只采用了一次掃選，以簡化流程；2）設計流程在二段磨礦后增加了一次粗選，以優先回收一段浮選尾礦中未解離的硫化銅礦物，然后再添加硫化物回收氧化銅礦物。3）試驗指出在-0.038 mm粒級仍有24%的銅未解離，容易損失在尾礦中。將二段中礦集中返回至二段球磨再磨，而不是按順序返回。

選別工藝流程詳見圖3。

本試驗中測得銅爐渣含銅品位2.43%，遠高于設計值1.50%。參照國內外類似渣選廠生產實踐，并結合本項目物料特點及工業試驗工廠生產指標，本項目選礦工藝設計指標詳見表7。

根據銅爐渣比重大等特點，選用國內某供貨商的粗顆粒充氣式浮選機選別，粗、掃選選用40 m3浮選機，兩個系列共22臺；精選選用8 m3浮選機，其中吸漿槽10臺，直流槽6臺。

3.3" 脫水工藝流程設計與主要設備選型

本項目渣精礦堆存后裝車外運，對渣精礦水分有一定要求。渣精礦采用兩段脫水流程（一段濃密、二段過濾），含水低于10%的銅精礦可以滿足后續裝車外運要求；尾礦經濃密機濃密后輸送至尾礦庫堆存。

渣精礦選用一臺？覫35 m濃密機進行濃縮回水，選擇250 m2的臥式壓濾機2臺（一用一備）；尾礦選用1臺？覫60 m濃密機進行濃縮回水。

4" "結語

1）根據原料堆場中存在一些難碎難磨的冰銅塊、銅皮，整體粒度偏細，粗磨較易等特點，選用單段半自磨流程簡化碎磨工藝，確保有效作業率。

2）原料中硫化銅和自然銅的嵌布粒度細且不均勻，在-0.038 mm粒級仍有24%的銅未解離，采用階段磨礦階段選別工藝回收銅，一段浮選主要是回收粗粒的硫化銅和金屬銅；二段浮選主要是硫化銅（自然銅）和氧化銅混合礦，采用混合浮選回收銅。在原料含銅1.5%情況下，經選別后得到含銅品位20%的渣精礦，回收率75%，尾礦含銅品位0.4%。

3）銅渣原料中鐵品位較高，但硅酸鐵的占比高并有磁性，磁鐵礦占比小，已有的試驗表明，目前難以選出高品位鐵精礦，設計工藝流程未考慮回收鐵精礦。

參考文獻

[1] 北京有色金屬研究總院工程技術研究院．某渣選項目選礦試驗研究報告［Ｒ］．北京：北京有色金屬研究總院工程技術研究院，2018．

[2] 趙巖森，黃丹，褚力新，等．某復雜銅冶煉渣碎磨工藝方案的設計研究[J]．有色冶金設計與研究，2019，40（6）：10-12.

[3] 馮裕果，楊華．Ausmelt爐煉銅爐渣選礦工藝設計與生產實踐[J]．有色冶金設計與研究，2016，37（5）：12-15.

[4] 雷存友，吳彩斌，余潯．銅冶煉爐渣綜合利用技術的研究與探討[J]．有色冶金設計與研究，2014，35（1）：1-4.

[5] 雷存友，余潯，馮裕果．碎磨工藝現狀及發展趨勢[J]．有色金屬（選礦部分），2019（5）：15-19.

作者簡介：馮裕果（1983—），男，高級工程師，主要從事選礦工程設計與研究工作。