選礦技術(shù)在處理貴冶貧化電爐渣中的應(yīng)用*

莫 峰，謝 賢，何慶浪

(1．云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 馬關(guān) 663701;2．昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093)

選礦技術(shù)在處理貴冶貧化電爐渣中的應(yīng)用*

莫 峰1，謝 賢2，何慶浪1

(1．云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南 馬關(guān) 663701;2．昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093)

介紹了貴冶貧化電爐銅渣的性質(zhì)，分析了常規(guī)選礦方法處理電爐渣的技術(shù)難題，并通過對貴冶先進(jìn)選礦工藝流程的介紹及生產(chǎn)應(yīng)用的闡述，證實該技術(shù)在處理電爐渣領(lǐng)域的明顯優(yōu)勢，以及帶來的巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會環(huán)境效益。

電爐渣;選礦技術(shù);半自磨工藝;緩冷;CLF系列浮選機(jī)

1 前言

目前，我國的銅產(chǎn)量供不應(yīng)求，為滿足國內(nèi)對銅的需求，需要進(jìn)口大量的銅金屬和銅精礦。從資源綜合利用的角度看，從煉銅爐渣中回收銅在我國顯得尤為重要。煉銅爐渣是銅高溫火法冶煉過程中的產(chǎn)物，主要成份有:磁鐵礦、磁黃鐵礦、銅硫化物、金屬銅、硅酸鹽類礦物以及玻璃體等。硅酸鹽類礦物以鐵橄欖石和輝石類為主，銅的硫化物和金屬銅是選礦作業(yè)的主要目的礦物［1］。

目前銅爐渣的選礦方法主要為浮選法，也有采用磁選法和重選法，浮選法是在選礦領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的一種選礦方法。目前從富氧熔煉渣 (如閃速爐渣)及轉(zhuǎn)爐渣中浮選回收銅技術(shù)在煉銅工業(yè)上已得到廣泛的應(yīng)用。磁選法用于回收渣中強(qiáng)磁性成分，如渣中含有鐵 (合金)和磁鐵礦時，可以考慮采用磁選法。重選法可用于含有一定量的粒度較粗的單體金屬銅的爐渣中的，在磨礦過程中可以很好地單體解離，但這部分金屬銅粒子無法磨細(xì)，浮選方法對這部分金屬銅是無效的，而粗粒金屬銅粒子與爐渣中脈石礦物的比重差異很大，根據(jù)比重差異特性，可用重選法對粗粒金屬銅粒子進(jìn)行有效的回收［2，3］。

目前，國內(nèi)煉銅轉(zhuǎn)爐渣處理技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并且廣泛應(yīng)用于各個銅冶煉廠，但是貧化電爐渣基本未進(jìn)行回收再利用，一般作為填料、建筑材料、路基或是直接廢棄。廢渣的囤積不僅浪費(fèi)了大量的金屬資源，占用大量的土地資源，其中有害成分還嚴(yán)重污染環(huán)境，破壞生態(tài)平衡［4～6］。

江銅貴溪冶煉廠于2005年建成國內(nèi)第一家處理貧化電爐渣的選礦廠，選礦廠每天可處理貧化電爐渣2 500 t(處理爐渣共3 100 t/d，包括600 t轉(zhuǎn)爐渣)，每年可從廢棄電爐渣中回收銅金屬4 000余噸，同時回收金、銀等稀貴金屬。

2 貧化電爐渣的物質(zhì)組成

2.1 電爐渣的礦物組成

電爐渣中主要礦物為磁鐵礦及鐵橄欖石，其中還有數(shù)量明顯的玻璃相及少量的黃銅礦、斑銅礦類的含鐵硫化銅礦。在硫化銅的顆粒中，晶出有數(shù)量明顯的方鉛礦、斜方砷鐵礦及少量銅銻合金或銅銻錫合金。硫化銅礦顆粒較細(xì)，多在0.043 mm以下，而硫化銅中晶出鉛、砷、錫的硫化礦及合金粒度更細(xì)，基本都在0.010 mm以下。電爐渣的礦物組成見表1。

表1 電爐渣的礦物組成Tab.1 Mineral composition of electric furnace slag

2.2 電爐渣中銅礦物嵌布特征

電爐渣中絕大部分硫化物系斑銅礦、方黃銅礦、富鐵斑銅礦、黃銅礦類的銅鐵硫化物。顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，這些銅的硫化物大多呈中細(xì)粒 (小于0.043 mm)在玻璃相中晶出，有的在磁鐵礦和鐵橄欖石邊界晶出，少數(shù)在粗大的鐵橄欖石內(nèi)部嵌生。它們的晶出粒度差異明顯，粗者可在0.1 mm以上，細(xì)者小于0.005 mm。電爐渣中0.043 mm以下的中細(xì)粒累計占總硫化銅高達(dá)96.56%，小于0.010 mm的細(xì)粒占33.09%，如不采取超細(xì)磨的方法則很難使?fàn)t渣中的各類硫化銅礦實現(xiàn)單體解離。電爐渣中總硫化銅礦的粒度分布情況見表2。

表2 電爐渣中總硫化銅礦的粒度分布Tab.2 Size distribution of total copper sulfide mineral in electric furnace slag

3 選礦方法處理貧化電爐渣的生產(chǎn)實踐

貴冶電爐渣 (水淬冷卻)中銅相結(jié)晶體粒度極細(xì) (－10 μm粒級的占有率為33.09%;+10 μm～20 μm粒級的占有率為39.47%)，而且與其它組分共生緊密，很難解離。如果采取常規(guī)的選礦工藝流程進(jìn)行處理就要求很細(xì)的磨礦粒度，但是磨礦過細(xì)會造成過磨，影響浮選回收效果，同時也將大大增加生產(chǎn)成本，粒度過細(xì)對濃縮過濾也將帶來嚴(yán)重不良影響。

為了回收貧化電爐渣中銅金屬資源，貴冶渣選車間采用電爐渣渣包緩冷后與轉(zhuǎn)爐渣按一定比例進(jìn)行混合配礦處理，通過粗碎－半自磨－球磨－浮選的選礦工藝流程，獲得含銅26%以上的銅精礦，回收率達(dá)88%以上。

3.1 電爐渣緩冷預(yù)處理

爐渣的選別效果關(guān)鍵取決于爐渣冷卻過程中礦物顆粒聚集的大小，而爐渣中晶粒的大小、自形程度、相互關(guān)系及主要元素在各相中的分配與爐渣的冷卻速度有著密切的關(guān)系。緩冷過程中，爐渣熔體的初析微晶可通過溶解－沉淀形式成長，形成結(jié)晶良好的自形晶或半自形晶，同時有用礦物藉此擴(kuò)散遷移、聚集并長大成相對集中的獨(dú)立相。有資料表明，當(dāng)爐渣在相變溫度以上時，冷卻速度由1℃/min增加到10℃/min，爐渣中－5 μm中銅的分布率會從0.86%增加至10.44%，而+30 μm中的銅分布率則由68.89%下降至54.75%;冷卻速度由5℃/min增加到10℃/min，爐渣經(jīng)磨礦45 min后，－0.037 mm粒級產(chǎn)率由93.6%降為80.7%。由此可見，急速冷卻會阻止晶粒析出和遷移聚集，形成微細(xì)礦粒，即使細(xì)磨也難以達(dá)到單體解離，同時急冷也會使?fàn)t渣形成非晶質(zhì)構(gòu)造，降低渣的可磨度，增加磨礦成本。

貴冶渣選廠采用渣包保溫緩冷技術(shù)對電爐渣進(jìn)行保溫緩慢冷卻處理，成功解決了電爐渣 (水淬冷卻)中銅物料結(jié)晶粒度超細(xì)，不易選別的難題。通過渣包的保溫緩冷，延長了爐渣相變溫度范圍內(nèi)溫降速度，使?fàn)t渣中銅相晶粒充分聚集長大，達(dá)到選礦工藝技術(shù)要求。

3.2 電爐渣與轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行混合配礦處理

針對電爐渣含銅品位偏低，單獨(dú)處理難以得到較高品位的銅精礦產(chǎn)品，貴冶渣選車間將含銅品位較高的轉(zhuǎn)爐渣 (含銅5%左右)與電爐渣 (含銅0.7%～0.9%)按比例進(jìn)行配礦處理，得到含銅約2%左右的混合渣再進(jìn)入選礦流程進(jìn)行處理。通過爐渣的混合處理，渣選車間給礦品位得到提高，銅精礦品位基本保證在26%以上。

3.3 半自磨-球磨-浮選新工藝

目前國內(nèi)外大多數(shù)爐渣選廠均采用二段或三段磨礦－階段浮選－中礦再磨再選的工藝流程，以浮選為主要方法。貴冶渣選車間在國內(nèi)首次采用半自磨+球磨+浮選新工藝，一次磨礦細(xì)度到P80=0.04 mm。半自磨工藝與傳統(tǒng)銅冶煉廢渣處理工藝相比具有明顯的優(yōu)勢，不僅工藝流程簡單，減少了第二、三段破碎篩分，而且半自磨產(chǎn)品粒度分布合理，更加適應(yīng)于浮選給礦要求;半自磨機(jī)的自磨作用也減少了鋼球的消耗，減少了鐵對浮選的污染，同時，半自磨工藝的應(yīng)用對減少粉塵，提高環(huán)保質(zhì)量起到了很好的效果。

渣選車間投產(chǎn)初期，半自磨工藝在產(chǎn)能上并未體現(xiàn)出很大的優(yōu)勢。初期半自磨機(jī)處理量達(dá)不到設(shè)計要求，球磨產(chǎn)品粒度也達(dá)不到浮選給礦要求，嚴(yán)重制約著產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。為了改變現(xiàn)狀，提高處理量，保證合適的磨礦細(xì)度，車間對半自磨工藝進(jìn)行了探索性工業(yè)實驗，對半自磨機(jī)磨礦濃度、格子篩尺寸、鋼球填充率及鋼球尺寸、補(bǔ)加量等進(jìn)行了大量的研究，同時對半自磨+球磨流程進(jìn)行工藝優(yōu)化和參數(shù)調(diào)整，提高磨礦、分級效率，使處理能力由95 t/h提高到125 t/h以上，浮選作業(yè)給礦粒度－325目含量由65%提高到80%，礦物顆粒單體解離度得到提高，產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量迅速得到提升。

3.4 研究應(yīng)用爐渣浮選專用系列浮選機(jī)

由于爐渣浮選的特殊性，比重大、入選礦漿濃度高、易沉槽，有價金屬粒度嵌布呈粗、細(xì)粒級多、中間粒級少的分布，常規(guī)浮選機(jī)很難滿足爐渣浮選的特殊要求。

江銅貴溪冶煉廠和北京礦冶研究總院合作，針對爐渣的物理化學(xué)特性和入選礦漿的特殊性，通過大量試驗研究，分析了大比重、不同粒級的礦物與氣泡的碰撞、粘附、脫落的過程及影響這些過程的因素，特別是對大比重礦粒與氣泡碰撞、粘著和脫落等過程與浮選槽深、葉輪轉(zhuǎn)速和充氣量等設(shè)計參數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了分析，根據(jù)比重大的礦物不易粘附、易脫落的分選特性，著重研究適應(yīng)爐渣浮選的關(guān)鍵技術(shù)，包括確定葉輪－定子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，通過試驗確定最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，研制出了一種適合于爐渣選礦、高效、低耗、無污染的專用浮選設(shè)備－CLF系列浮選機(jī)并成功應(yīng)用于生產(chǎn)實踐。CLF－40浮選機(jī)從2005年11月投產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)過流程調(diào)試、設(shè)備調(diào)試階段后進(jìn)入生產(chǎn)階段，累計2006年生產(chǎn)指標(biāo)，與預(yù)期指標(biāo)相比，在原礦品位低0.28%，所得的銅精礦品位高出3.01%，所得回收率高出0.14%。

4 結(jié)語

貴冶渣選車間目前生產(chǎn)運(yùn)行正常，選礦指標(biāo)穩(wěn)定，每年至少可處理電爐渣60萬t以上，從電爐渣中回收銅金屬4 000余噸，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2億元。生產(chǎn)出來的尾礦粒度及成分符合水泥原料的要求，目前暫作原料全部出售給水泥廠，實現(xiàn)了無尾生產(chǎn)。該項目的推廣在國內(nèi)銅精礦資源缺口日益嚴(yán)重的現(xiàn)實情況下，一定程度上可緩解原料供應(yīng)的緊張狀況，而且也符合提高資源綜合回收利用的基本國策。同時對電爐渣的回收也減少了煉銅廢渣的囤積，實現(xiàn)了資源的循環(huán)利用，避免了大量金屬離子進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，起到了很好的環(huán)境保護(hù)作用，也創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］王少青．銅爐渣選礦工藝流程設(shè)計探討 ［J］．有色礦山，1998，(6):20－23．

［2］王紅梅、劉四清、劉文彪．國內(nèi)外銅爐渣選礦及提取技術(shù)綜述 ［J］．銅業(yè)工程，2006，(4):19－22．

［3］W．banda，N．Morgan，I．Eksteen．The role of slag modifiers on theselective recovery of cobalt and copper from waatc smdter alag［J］．Minerals Engineering，2002，(15):899－907．

［4］王 衍．煉銅轉(zhuǎn)爐渣中銅鐵的選礦研究 ［J］．有色礦山，2003，(4):19－23．

［5］何慶浪．冶煉爐渣專用浮選機(jī)在貴溪冶煉廠的應(yīng)用 ［J］．有色金屬，2007，(4):29－32．

［6］楊 峰．電爐渣回收銅技術(shù)改造方案的研究與設(shè)計 ［J］．有色金屬，2006，(1)，14－17．

Application of Beneficiation Technology in the Treatment of Copper Slag of the Slag Cleaning Furnace in Guixi Smelter

MO Feng1，XIE Xian2，HE Qing－lang1
(1．Yunnan Hualian Zinc ＆ Indium Co．，Ltd，Maguan，Yunnan 663701，China;2．Kunming University of Science and Technology，Kunmint，Yunnan 650093，China)

The properties of copper slag of the slag cleaning furnace in Guixi smelter is presented in this paper and the technical difficulties to treat electric furnace slag by conventional beneficiation methods are also analyzed．The advanced beneficiation process flow in Guixi smelter is introduced and the production application is stated too，Which proves this technology can gring obvious advantages in electric furnace slag treatment field，and it can bring huge economic，social and environmental benefits．

electric furnace slag;beneficiation technology;semi－autogenous technology;slow cooling;CLF series flotation cell

TD926.4

A

1006－0308(2011)05－0029－03

2011－05－16

莫 峰 (1982－)，男，湖南衡陽人，工程師。