氧氣底吹爐銅熔煉渣的分析研究與選礦實(shí)踐

□文/邊瑞民 黃有英 杜武釗

東營方圓有色金屬有限公司

氧氣底吹爐銅熔煉渣的分析研究與選礦實(shí)踐

The Ana ly tica l Resea rch and Bene fi cia tion Practice o f Coppe r Sm e lting Slag o f Oxygen Bo ttom-Blow ing Fu rnace

□文/邊瑞民 黃有英 杜武釗

東營方圓有色金屬有限公司

本：文根據(jù)對氧氣底吹爐銅熔煉渣結(jié)構(gòu)與成分的分析研究，采用渣選工藝回收爐渣中的銅等有價(jià)金屬。在生產(chǎn)實(shí)踐中，通過合理控制破碎粒度 磨礦粒度以及加藥量 有效地提高了渣精礦銅品位以及銅的回收率今。后應(yīng)發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研合作的優(yōu)勢，研發(fā)具有世界領(lǐng)先水平的精磨技術(shù)，進(jìn)一步提高銅的回收率，渣尾礦的銅品位由現(xiàn)在的0 3%有望降至0.1%以下。

一、前言

2008年東營方圓有色金屬有限公司（以下簡稱“方圓公司”）承擔(dān)的國家科技支撐計(jì)劃“吹氧造锍多金屬捕集技術(shù)”產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目正式投產(chǎn)運(yùn)行。2010年8月29日，中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)在山東省東營市主持召開了國家科技成果鑒定會(huì)，與會(huì)專家一致認(rèn)為該技術(shù)整體達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。在項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化過程中，方圓公司為圓滿完成科學(xué)技術(shù)部下達(dá)的四項(xiàng)任務(wù)目標(biāo)之一，即實(shí)現(xiàn)銅、金等主要金屬回收率達(dá)到98.5%以上，選擇了工藝及裝備成熟的渣選礦技術(shù)。隨著世界銅礦產(chǎn)資源的長期開采，造成初級(jí)資源逐漸貧缺，開發(fā)利用二次資源是有色冶金工業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑。目前，銅熔煉渣的處理方法主要有電爐貧化法和渣選礦法。電爐貧化法的優(yōu)點(diǎn)是投資較省、占地面積小、流程短等；缺點(diǎn)是銅回收率較低、耗電量大、運(yùn)行費(fèi)用高等。渣選礦法的優(yōu)點(diǎn)是銅回收率高、耗電量小、運(yùn)行費(fèi)用低等；缺點(diǎn)是基建投資高，占地面積大，流程長等。由于方圓公司底吹爐料多為一些難處理的多金屬礦，熔煉渣的成分也比較復(fù)雜，如果選用電爐貧化法，單純靠沉降分離，棄渣含銅目前在世界范圍內(nèi)，行業(yè)的最好水平也在0.6%以上，難以實(shí)現(xiàn)銅、金等主要金屬回收率達(dá)到98.5%的指標(biāo)。因此，方圓公司決定采用渣選礦法來回收氧氣底吹爐熔煉渣（以下簡稱“爐渣”）中的銅等主要金屬。目前，經(jīng)過三年來的生產(chǎn)實(shí)踐與不斷完善提高，方圓公司通過選擇高鐵硅比渣型以及渣選礦技術(shù)參數(shù)的合理控制，渣精礦銅品位穩(wěn)定在22%左右，渣尾礦銅品位穩(wěn)定在0.3%左右，從而實(shí)現(xiàn)了銅、金等主要金屬回收率大于98.5%的任務(wù)目標(biāo)。

二、爐渣結(jié)構(gòu)與成分的分析研究

1.爐渣形貌分析

復(fù)雜的銅精礦等混合物料經(jīng)底吹爐熔煉后產(chǎn)生爐渣并由渣包送至緩冷場，緩冷時(shí)間約為24h。爐渣外觀呈黑色并帶有墨綠色，結(jié)構(gòu)致密，粒度較大約500mm。爐渣的電鏡掃描形貌如圖1 所示(放大倍數(shù)為500)。

圖1 爐渣電鏡掃描形貌圖(×500)

從渣樣的電鏡掃描形貌圖中可以看到，渣樣中存在多種形態(tài)不一樣的物相，各物相相互交混存在。各物相呈現(xiàn)出不同的晶體形狀，根據(jù)晶體形狀的不同和晶體顏色的深淺，并根據(jù)礦物學(xué)相關(guān)知識(shí)，可以初步判斷出渣樣中各晶體的物相。從形貌圖中可看出，所取渣樣中的主要相有硫化物(冰銅)相、磁鐵礦(Fe3O4) 相、以橄欖石（2FeO·SiO2） 為主的硅酸鹽相以及玻璃體等四種不同的相。磁鐵礦一般為初晶，常常以多邊形的自形晶或樹枝狀晶形存在；橄欖石一般都發(fā)育成條柱狀晶形；冰銅相在最后凝固, 大顆粒成圓珠的形狀嵌于其他相間，小顆粒則集中分布于玻璃體內(nèi)。

2.爐渣的物相分析

渣樣的X射線衍射分析(XRD)如圖2所示。

從渣樣的XRD分析結(jié)果可知，渣樣中可分辨的結(jié)晶相有鐵橄欖石(2FeO·SiO2)，占50.3%；冰銅相，占21.9%；磁鐵礦相，占16.2%；石英石，占11.6%。這與電子顯微鏡的觀察結(jié)果相吻合，另外，電子顯微鏡下某些填充物，可能由于其物相過于復(fù)雜或者本身為非結(jié)晶態(tài)，XRD未能提供更多組成信息，還有可能由于其含量過低導(dǎo)致XRD分析未能分辨。

3.爐渣的元素組成分析

對渣樣進(jìn)行等離子體原子發(fā)射光譜分析(ICP)分析，結(jié)果如表1所示。

表1 渣樣ICP分析結(jié)果

從表中可以看出渣中Fe和Si的含量最多，這是由于造渣反應(yīng)使Fe和Si反應(yīng)生成硅酸鐵，而絕大部分硅酸鐵最后將滯留在渣中。另外渣中Cu的含量達(dá)3.0%，含量比較高，說明渣中Cu損失較大，與物相分析結(jié)果相比，元素分析Cu的含量要低，這可能是由于物相分析時(shí)某些相未能檢測出來，導(dǎo)致相分析的Cu含量偏大。

三、選礦實(shí)踐

1.工藝流程

爐渣由鐵板給礦機(jī)運(yùn)送至顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎，再進(jìn)入圓錐破碎機(jī)進(jìn)行中碎，然后進(jìn)入篩分系統(tǒng)篩選出粒度合格（≤12mm）的爐渣進(jìn)入一次球磨。不合格的爐渣進(jìn)入另一圓錐破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎，然后再次進(jìn)行篩分。粒度合格的爐渣在一次球磨后進(jìn)入旋流器進(jìn)行分離，選出合格的爐渣進(jìn)入一次浮選，其余返回一次球磨。一次浮選回收大部分的銅金屬，剩余尾礦則通過另一旋流器打入二次球磨。二次球磨再次經(jīng)旋流器選出合格爐渣進(jìn)入二次浮選，進(jìn)一步提取銅等有用金屬。經(jīng)過磨浮工序后生成的渣精礦和渣尾礦，再經(jīng)過濃密和過濾工序最終生成渣選礦的合格產(chǎn)品，渣精礦返回底吹爐，渣尾礦出售至水泥廠。其工藝流程圖如圖3所示。

2.破碎

破碎工序的主要設(shè)備有重型板式給料機(jī)、顎式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)等。

“多破少磨”已成為選礦技術(shù)的發(fā)展趨勢，降低破碎產(chǎn)品粒度，增加破碎合格率，可以相應(yīng)提高球磨機(jī)處理能力，對節(jié)省電耗和生產(chǎn)成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，有非常重要的作用。方圓公司在生產(chǎn)中采用三重破碎工藝，取得了比較理想的效果，并摸索出了三重破碎的粒度標(biāo)準(zhǔn)（見表2）。

表2 破碎粒度標(biāo)準(zhǔn)

爐渣經(jīng)重型板式給料機(jī)供給顎式破碎機(jī)進(jìn)行粗碎，再經(jīng)過圓錐破碎機(jī)進(jìn)行中碎，中碎后的爐渣經(jīng)篩分選出粒度合格的部分進(jìn)入下一工序，不合格的爐渣進(jìn)入另一圓錐破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎，然后再次篩分形成閉路循環(huán)。在篩分過程中采用雙層篩網(wǎng)，以保證粒度達(dá)標(biāo)。

3.球磨

球磨工序的主要設(shè)備有溢流型球磨機(jī)和水力旋流器等。

磨礦細(xì)度是衡量球磨工序的重要指標(biāo)，其效果受爐渣冷卻速度的直接影響。若爐渣冷卻速度快，就會(huì)形成非晶質(zhì)構(gòu)造，而且，銅礦物結(jié)晶粒度細(xì)而分散，并嵌布在呈樹狀或針狀的其他礦物中，致使?fàn)t渣中的銅難以浮選回收。若爐渣緩慢冷卻，析出的銅相粒子借助擴(kuò)散和凝結(jié)作用就會(huì)變大，易于單體解離，同時(shí)，也使得爐渣中的銅易于回收。

隨著磨礦細(xì)度的增加，爐渣的單體解離度有了很大提高，銅的回收率也大大提高。但是，如果細(xì)磨過粉碎的話，爐渣就會(huì)形成了礦泥，從而導(dǎo)致精礦品位降低。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，方圓公司爐渣緩冷時(shí)間約為24h，同時(shí)采用的磨礦粒度標(biāo)準(zhǔn)為一段球磨-325目75%，二段球磨-325目90%，有效的提高了爐渣中銅的回收率。

4.浮選

浮選工序的主要設(shè)備有外充氣式浮選機(jī)和攪拌桶等。

浮選工序的主要目的是通過加藥來捕集爐渣中的銅等有價(jià)金屬，采用的主要藥劑為捕收劑和起泡劑。在浮選過程中捕收劑可以有效地收集裸露在外的銅的爐渣顆粒。在磨礦粒度一定的情況下，若捕收劑用量偏低，則只能捕收含銅較高的連生體爐渣顆粒，導(dǎo)致渣精礦品位較高，銅的回收率降低；若捕收劑用量過大，則其中大量含銅較低的連生體也被捕收，導(dǎo)致渣精礦銅品位降低，但銅的回收率有所提高。而起泡劑的作用是使礦漿產(chǎn)生大小適中高度彌散的穩(wěn)定起泡，并有選擇地將捕收劑收集的含銅顆粒吸附于氣泡上。

目前方圓公司常用的捕收劑為丁基黃藥，起泡劑是含45%萜烯醇的2#油。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)處理的原礦品位為4%~5%時(shí)，黃藥加入量300g/t原礦，2#油加入量約150g/t原礦，生成渣精礦銅品位約為22%，銅的回收率達(dá)到94%。

5.濃密

濃密工序的主要設(shè)備為耙式濃密機(jī)。

方圓公司采用的是周邊傳動(dòng)式耙式濃密機(jī)，其中兩臺(tái)直徑Φ38m的用于濃密渣精礦，另外兩臺(tái)直徑Φ53m的則用于濃密渣尾礦，均為一用一備。經(jīng)磨浮工序后的礦漿沿著固定在橋架上的進(jìn)料槽進(jìn)入濃密機(jī)，濃縮后的物料經(jīng)耙葉自周邊進(jìn)入中央漏斗下面的錐形部分，再經(jīng)砂泵送入下一工序。通過生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，礦漿濃度一般濃縮到60%為宜，若濃度過大，則砂泵容易堵塞，濃度過小，則不利于下一步的過濾脫水。

6.過濾

過濾工序主要設(shè)備為盤式真空過濾機(jī)。

礦漿經(jīng)盤式真空過濾機(jī)過濾后除去大部分水分，過濾后的渣精礦銅品位22%、含水11%~12%，尾礦含銅0.3%、含水9%~11%。渣精礦返底吹爐熔煉，尾礦出售。

四、結(jié)論

爐渣的結(jié)構(gòu)與成份不同，決定了渣選工藝控制條件的差異。方圓公司通過對氧氣底吹爐銅熔煉渣的分析研究與渣選生產(chǎn)實(shí)踐，根據(jù)爐渣的特有性質(zhì)以及生產(chǎn)過程中的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基本形成了比較理想的控制條件。當(dāng)原礦銅品位4%~5%左右時(shí)，控制三重破碎后爐渣合格粒度為12m m；一段磨礦粒度為-3 2 5目7 5%，二段磨礦粒度為-3 25目90%；浮選工序黃藥加入量為30 0g/t，2#油加入量為150g/t；另外合理控制濃密機(jī)，保證礦漿濃度，以便于過濾工序的脫水效果。最終生成渣精礦銅品位22%、含水11%~12%，尾礦含銅0.3%、含水9%~11%，銅回收率達(dá)到94%。

隨著世界環(huán)境保護(hù)要求的不斷提高和礦產(chǎn)資源的日益枯竭，深入開展銅熔煉渣綜合利用的研究，使尾礦中主要金屬銅的含量降至0.1%以下，并回收棄渣中的鐵，從而真正實(shí)現(xiàn)“吃干榨凈”的理想目標(biāo)，具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。方圓公司致力于渣選礦工藝的科技攻關(guān)，同時(shí)與澳大利亞昆士蘭大學(xué)精誠合作，共同研發(fā)具有世界領(lǐng)先水平的精磨技術(shù)，努力為推動(dòng)世界渣選礦工藝的技術(shù)升級(jí)與環(huán)境保護(hù)做出貢獻(xiàn)。

略