紫金銅業(yè)銅冶煉爐渣選礦技術(shù)改造實踐

劉春龍

（紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建上杭 364200）

紫金銅業(yè)銅冶煉爐渣選礦技術(shù)改造實踐

劉春龍

（紫金礦業(yè)集團股份有限公司，福建上杭 364200）

為了適應(yīng)銅冶煉爐渣的性質(zhì)變化，紫金銅業(yè)選礦廠近幾年不斷優(yōu)化選礦工藝條件，對選礦設(shè)備和工藝流程進行改造，獲得了較好的選礦技術(shù)指標，生產(chǎn)廢水全部循環(huán)使用，實現(xiàn)了生產(chǎn)廢水的零排放，為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

銅冶煉；爐渣選礦；工藝條件；選礦設(shè)備；零排放

銅冶煉爐渣是火法冶金過程的一種產(chǎn)物，來自于爐料中各元素被氧化生成的氧化物、損耗的爐襯材料以及造渣劑等。目前生產(chǎn)實踐中，處理含銅較高銅冶煉渣的技術(shù)手段主要有反射爐貧化煉銅渣法、電爐貧化法、渣選礦法等[1-3]。其中渣選礦法是經(jīng)選礦從銅渣中回收銅的方法：當熔融的爐渣含有足夠的硫能生成硫化物時，爐渣會在充分緩慢的冷卻過程中析出銅硫化物結(jié)晶和金屬銅粒子，通過浮選產(chǎn)出銅精礦，返回熔煉作為進礦配料回收銅[4-5]。紫金銅業(yè)有限公司200 kt/a銅冶煉工程設(shè)計了銅冶煉爐渣選礦系統(tǒng)，對爐渣進行再次選礦，回收爐渣中的銅、金、銀等有用成分。設(shè)計指標為原礦銅品位2.44%，銅精礦銅品位26%，銅回收率87%，尾渣含銅0.35%。由于爐渣性質(zhì)發(fā)生了變化，原選礦工藝流程和工藝條件已不能完全適應(yīng)。為此，紫金銅業(yè)選礦廠近幾年進行了一系列的技術(shù)改造。

1 爐渣選礦原工藝流程

銅冶煉爐渣選礦原設(shè)計采用階段磨礦、階段選別、銅半優(yōu)先浮選、中礦再磨再選的原則流程，具體流程見圖1。

圖1 爐渣選礦原工藝流程

破碎采用一段開路流程，閃速熔煉爐和轉(zhuǎn)爐排出的熱渣，經(jīng)渣包車運至緩冷場冷卻，冷卻后的爐渣在渣場堆存，大塊物料在渣場用移動式液壓碎石機將其碎至500 mm以下，然后用鏟車給入粗碎倉，給料采用型號GZT1660棒條振動給料機，粗碎采用型號為PD75106的顎式破碎機，最終產(chǎn)品粒度－200 mm。

磨礦采用二段磨礦閉路流程和中礦再磨閉路流程。爐渣經(jīng)Φ5.03×5.0 m濕式半自磨機磨礦后進入直線振動篩ZKR2148，＞8 mm的篩上產(chǎn)品經(jīng)膠帶輸送機返回半自磨機形成一段閉路磨礦，＜8 mm的篩下產(chǎn)品與Φ5.03×7.5 m濕式溢流型球磨機排礦合并，經(jīng)型號FX660－GT×4旋流器組分級，一段旋流器溢流（－0.074 mm占40%）再由泵送至二段型號FX200－GK×12旋流器組分級，兩段旋流器沉砂均返回濕式溢流型球磨機，構(gòu)成二段閉路磨礦，二段旋流器溢流（－0.045 mm占80%）自流至粗選前的攪拌槽。中礦再磨由1臺MQY2.7×6 m溢流型球磨機與15臺型號FX100－GK旋流器組成閉路。

浮選采用兩粗、兩精、兩掃和中礦部分集中再選的流程結(jié)構(gòu)。礦漿經(jīng)加藥攪拌后進型號為CLF－40 m3的浮選機進行一次粗選，一次粗選精礦為最終銅精礦并由泵送至精礦濃密機，尾礦進二次粗選，二次粗選精礦經(jīng)型號Φ2.4 m×7 m浮選柱兩次精選得到銅精礦并自流至精礦濃密機。二次粗選尾礦經(jīng)兩次掃選后得到最終尾礦并由泵送至尾礦濃密機，掃選精礦和一次精選尾礦為中礦，由泵送至中礦再磨前的旋流器分級，沉砂進而再磨，溢流（－0.025 mm占80%）進入浮選柱粗選，再磨粗選精礦進二次精選浮選柱精選，再磨粗選尾礦返回二次粗選。

銅精礦經(jīng)18 m濃密機濃縮和1臺壓濾機脫水后由膠帶輸送機運至冶煉廠的配料倉。最終尾礦經(jīng)38 m濃密機濃縮和5臺陶瓷過濾機脫水后裝車外運。

2 原選礦生產(chǎn)中存在的問題

原選礦生產(chǎn)中存在的問題主要有以下幾個方面：

1)選礦廠設(shè)計緩冷場渣包位178個，渣包數(shù)量164個，總緩冷時間54 h。由于爐渣含銅較高，高銅渣難以冷卻，造成爐渣溫度高，導(dǎo)致渣包周轉(zhuǎn)不夠，影響熔煉生產(chǎn)；同時，高溫的爐渣倒包時，遇水急冷，容易造成爐渣放炮，存在極大的安全隱患。另外，隨著渣包的使用，有些渣包開始出現(xiàn)裂紋，需要進行維修，也減少了渣包有效利用。這些因素造成爐渣的緩冷效果不明顯，影響了含銅顆粒的結(jié)晶，從而影響選銅工藝指標。

2)磨礦分級多，操作管理困難，工藝條件不易控制。兩段分級系統(tǒng)都只有1組旋流器、1條主管路，雖有備用泵，但因管路、旋流器沒有備用，經(jīng)常因管路、旋流器故障導(dǎo)致停產(chǎn)。

3)入選爐渣品位比設(shè)計品位高，導(dǎo)致各作業(yè)的產(chǎn)率大幅增加,原設(shè)計的部分管路、設(shè)備選型偏小,滿足不了實際的生產(chǎn)需求,造成精礦接受槽和中礦接受槽滿槽，金屬流失非常嚴重。

4)石灰乳輸送管道經(jīng)常堵塞，造成礦漿pH值不穩(wěn)定，影響浮選指標。

5)2臺濃密機添加絮凝劑，造成精礦和尾礦過濾困難，水分偏高。

6)過濾面積25 m2的國產(chǎn)精礦立式壓濾機選型偏小，壓濾機負荷過大，且故障率高，造成精礦濃密機難以及時排礦進入后續(xù)脫水作業(yè)，經(jīng)常造成磨浮系統(tǒng)停機。

3 選礦技術(shù)改造及效果

3.1 選礦設(shè)備改造

3.1.1 緩冷場改造，增加渣包位和渣包

在原來渣包位的兩段，增加渣包位15個，渣包位總數(shù)為193個，另外購買38個渣包，渣包總數(shù)為202個。渣包的緩冷時間得到了有效延長，閃速爐渣包緩冷時間延長至60 h，轉(zhuǎn)爐渣包緩冷時間延長至72 h，使渣包都能夠在壁溫60℃以下倒包，大大減少了發(fā)生紅包和放炮的概率。

3.1.2 破碎系統(tǒng)改造

將粗碎倉格篩使用的輕軌和重軌改為鋪設(shè)20 mm厚的鋼板，再在鋼板上按500 mm×500 mm開孔,解決了軌道容易被砸脫落的現(xiàn)象，有效控制了破碎入料粒度。另外將棒條給料機下方的1#膠帶緩沖托輥進行改造,原托輥型號為Φ100 mm×520 mm,加密安裝一樣容易被爐渣震脫落,后改為型號220 mm× 300 mm托輥,減少了托輥被大塊爐渣砸落的情況,提高了破碎機的破碎效率。

3.1.3 磨礦系統(tǒng)改造

1）半自磨機筒體襯板原設(shè)計為提升條和底板一體式，有 L型和帽型兩種。通過使用這兩種襯板發(fā)現(xiàn)提升條磨平時，底板還比較厚，但處理量大幅下降，不得不整體更換，造成浪費。后委托襯板廠家進行分體式半自磨新型襯板設(shè)計，此種襯板提升條和底板分開，提升條磨損后，可單獨更換提升條，底板繼續(xù)使用。使用此襯板，即可保持磨礦效率，又延長底板使用周期，減少襯板更換費用，可有效降低噸礦成本。

2）將一段4臺旋流器一分為二，組成兩組旋流器，再分別增加一組二段旋流器和兩條分級管道，即實現(xiàn)了分級系統(tǒng)的完全備用。此方案投資少，改造完成后，磨浮生產(chǎn)基本不會因為分級系統(tǒng)故障而停產(chǎn)，提高了設(shè)備運轉(zhuǎn)率，降低了噸礦成本。

3.1.4 浮選系統(tǒng)設(shè)備改造

1）由于爐渣品位偏高，造成精礦產(chǎn)率和中礦產(chǎn)率比設(shè)計值高，根據(jù)流程考察的結(jié)果，精礦泵和中礦泵進行重新計算選型，選擇流量大的渣漿泵，同時安裝大口徑的輸送管道，確保了礦漿不會滿出接受槽。另外，由于爐渣密度大，容易沉槽，一次粗選、二次粗選浮選機泡沫出口管子口徑過小，容易造成堵礦，影響指標，將管道更改為DN200 mm的大管道，同時，增加一次粗選、二次粗選的沖洗泡沫水管，及時沖走泡沫產(chǎn)品。

2）對大功率電機加裝變頻器。浮選鼓風(fēng)機在設(shè)計時選型偏大,實際生產(chǎn)中,風(fēng)量也只用了1/3左右, 2/3風(fēng)量在風(fēng)機內(nèi)自循環(huán)形成渦流,額定電流為25.1 A,運行時實際電流為11 A左右,存在較為嚴重的“大馬拉小車”問題，造成電能的嚴重浪費。通過對電機加裝10 kV高壓變頻器，調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)風(fēng)量的調(diào)整，既能滿足工況的要求，又能節(jié)約電能。加裝變頻后，年節(jié)約電費計算17.1萬元。一次精選、二次精選浮選柱底流循環(huán)泵設(shè)計選型偏大，揚程高，造成電能浪費和管壁磨損較快。通過對兩臺循環(huán)泵加裝變頻器后,年可節(jié)約電費28.5萬元。

3）原石灰添加系統(tǒng)由人工添加石灰到攪拌桶進行攪拌，然后用泵輸送到藥劑平臺的儲槽中，再自流到浮選礦漿攪拌槽。人工裝石灰，勞動強度高、環(huán)境惡劣；且該系統(tǒng)在運行過程中，經(jīng)常造成礦漿pH值不穩(wěn)定，影響浮選指標，其原因是石灰含渣較多，石灰乳輸送管道經(jīng)常堵塞，造成石灰乳斷流。為了穩(wěn)定石灰的添加，在尾礦過濾廠房內(nèi)設(shè)計了一個石灰倉，用罐車把石灰輸送到石灰倉內(nèi)，由給料機均勻添加到尾礦地坑，經(jīng)過攪拌后輸送到尾礦濃密機，直接調(diào)整尾礦回水的pH值，減輕了人工勞動強度，改善了作業(yè)環(huán)境。

3.1.5 脫水系統(tǒng)改造

1)針對銅精礦立式壓濾機處理能力低，先后進行了2次技改。第1次是在精礦過濾前先用旋流器進行分級，粒度較粗的底流進入45 m2陶瓷過濾機過濾，細粒的溢流進壓濾機進行壓濾，雖在產(chǎn)能上滿足了選礦廠生產(chǎn)要求，但陶瓷過濾機過濾銅精礦的水分在12%左右，無法滿足熔煉銅精礦水分＜10%的生產(chǎn)要求。第2次是對立式壓濾機進行重新選型?？紤]到選用國外設(shè)備成本高,周期長,備品備件采購困難等多種因素,決定還是購買國產(chǎn)壓濾機,最終選用過濾面積為60 m2的立式壓濾機。自新壓濾機投料生產(chǎn)以來,運行穩(wěn)定,日處理量可達380 t,銅精礦水分一直控制在10%以下,由于水分的降低,使得熔煉提高了銅精礦的配比,保證了選礦廠的整個生產(chǎn)流程暢通。

2)將陶瓷過濾機真空泵的5.5 kW電機改為7.5 kW電機，解決了真空泵電機過載報警的現(xiàn)象，保證了真空度。利用陶瓷過濾機離地面的高差，用沉水彎頭把濾液水直接引到水箱，取消3臺11 kW的濾液泵，另外2臺作為抽濾液水的回水泵。

3.2 選礦工藝流程優(yōu)化

通過對磨浮工藝流程進行詳細的考查，并結(jié)合小型試驗結(jié)果，中礦返回再磨有利于進一步降低尾礦品位，而現(xiàn)場磨礦流程為兩段磨礦，其返回點有4種方案：1)直接返回半自磨再磨；2)直接返回二段球磨機再磨；3)返回至半自磨機和二段球磨機排礦接受槽，經(jīng)一段旋流器預(yù)先分級和二段旋流器控制分級后進入磨礦系統(tǒng)；4)返回至一段旋流器的溢流接受槽，經(jīng)二段旋流器分級后進入磨礦系統(tǒng)。生產(chǎn)實踐表明，前2種中礦返回方案，由于礦量不穩(wěn)定，容易造成磨機的磨礦濃度不穩(wěn)定，影響磨礦效率，從而影響選礦指標。后2種中礦返回方案，由于中礦礦漿經(jīng)過旋流器分級，沉砂進入球磨機再磨，有利于控制磨礦濃度，使連生體得到充分單體解離，提高了選礦指標?？紤]到現(xiàn)場的實際情況，最終選擇了第2種方案，從而取消中礦再磨再選流程，優(yōu)化了中礦處理方式，實現(xiàn)了細磨。優(yōu)化后的工藝流程見圖2。

圖2 優(yōu)化后的工藝流程

另外，將公司7.6×104m3廢水池的水返回生產(chǎn)系統(tǒng)循環(huán)使用，年增加回水3萬多立方，每年可節(jié)約新水費用十多萬元，并且最終實現(xiàn)了選礦廠生產(chǎn)廢水的零排放，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益可觀。

3.3 選礦工藝條件優(yōu)化

3.3.1 優(yōu)化緩冷制度，提高銅礦物結(jié)晶粒度

銅冶煉爐渣的性質(zhì)不僅與入爐原料組成、冶煉工藝和操作條件有關(guān)，還與爐渣的冷卻方式和冷卻制度有關(guān)。參照其它爐渣選礦的冷卻方式，確定該爐渣采用渣包先自然冷卻再加水冷卻的方式進行冷卻。經(jīng)過大量的緩冷試驗，最終確定適合處理該爐渣的緩冷方式：閃速爐渣先自然冷卻8 h，再加水冷卻52 h，總冷卻時間為60 h；轉(zhuǎn)爐渣先自然冷卻24 h，再加水冷卻48 h，總冷卻時間為72 h。經(jīng)過鏡下鑒定，隨著渣包自然冷卻的時間適當?shù)匮娱L，可浮粒徑的含量會增加。

3.3.2 加強人工分選，降低入選爐渣品位

對緩冷后的爐渣進行取樣分析表明，位于渣包中、下部的爐渣含銅較高，結(jié)晶粒度較大，而位于渣包上部和邊緣的爐渣品位較低，結(jié)晶粒度較小。渣包底部的爐渣含銅高時容易形成鍋底（固鈹），根據(jù)這一現(xiàn)象，每次倒包后，需安排人員及時回收固鈹送熔煉系統(tǒng)。另外，設(shè)置手選崗位，對皮帶上的固鈹和銅塊進行人工分選。這些措施大大降低了入選爐渣品位。

3.3.3 合理分配磨機負荷，有效控制磨礦細度

原半自磨機初裝球24 t、鋼球充填率為4.8%、混合充填率為21.53%,造成半自磨機處理量過大,二段球磨機負荷過大,二段磨礦細度達不到-0.045 mm占80%,經(jīng)過一段時間的摸索最終確定半自磨機初裝球12 t、鋼球充填率為2.4%、混合充填率為26.01%，半自磨機處理礦量控制在2 300～2 500 t/d,半自磨機磨礦細度控制在-0.074 mm占50.22%左右,二段磨礦細度就能控制在-0.045 mm占80%以上,從而保證了含銅礦物較充分的單體解離。

3.3.4 優(yōu)化浮選藥劑制度，實現(xiàn)早收多收

石灰是浮選作業(yè)中重要的pH值調(diào)整劑，在選礦過程中，石灰供給的均衡與穩(wěn)定直接影響到選礦指標的好壞。生產(chǎn)實踐結(jié)果表明，通過直接控制尾礦回水pH值，可以很好地控制浮選pH值在7～8之間，使浮選指標穩(wěn)定。另外，石灰本身是一種凝結(jié)劑，能使礦漿中微細顆粒凝結(jié)，促使尾礦加速沉降，從而取消絮凝劑的添加。

藥劑用量原則是根據(jù)原礦含銅品位的高低而進行調(diào)節(jié)，或根據(jù)礦石可浮性及氧化程度而調(diào)節(jié)。經(jīng)過大量的藥劑用量試驗，最終確定各加藥點的藥劑用量為：一段粗選Z-200 35g/t、2#油25g/t；二段粗選Z-200 30g/t、2#油15g/t；掃選ⅠZ-200 20 g/t、2#油15g/t；掃選ⅡZ-20020 g/t、2#油10g/t。該藥劑制度重點保證一段浮選的藥劑用量，強化對粗粒級和中粒級礦物的捕收，從而實現(xiàn)早收多收。

3.4 銅冶煉爐渣選礦生產(chǎn)指標

通過進行一系列選礦技術(shù)改后，生產(chǎn)指標趨于穩(wěn)定，近幾年銅冶煉爐渣選礦生產(chǎn)指標見表1。

表1 銅冶煉爐渣選礦生產(chǎn)指標 %

從表1可知，優(yōu)化后的選礦工藝流程，獲得了較好的選礦指標，銅尾礦指標降到0.26%，比設(shè)計值0.35%還低0.09%，按年處理爐渣500 kt測算，可多回收金屬銅約407 t，年創(chuàng)造經(jīng)濟效益2 000多萬元。

4 結(jié)論

綜上所述，此次渣選技術(shù)改造保持了較好的選礦技術(shù)指標，取得了良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益：1）通過對渣緩冷場的改造，延長了渣包的冷卻時間，提高了緩冷效果，同時降低了渣包發(fā)生紅包和放炮的次數(shù)，保證了生產(chǎn)的安全順行。2）通過對選礦設(shè)備的改造，提高了選礦設(shè)備的運行效率，降低了選礦成本。通過對工藝流程不斷進行改造、對工藝條件不斷進行優(yōu)化，保持了較好的選別技術(shù)指標，銅尾礦指標降到0.26%，比設(shè)計值0.35%降低0.09%，取得了良好的經(jīng)濟效益。同時，整個選礦過程實現(xiàn)了生產(chǎn)用水完全循環(huán)利用，實現(xiàn)了廢水零排放，產(chǎn)生了顯著的環(huán)境效益。

[1] 胡為柏.浮選[M].北京:冶金出版社,1986.

[2] 許 時.礦石可選性研究[M].北京:冶金出版社,1989.

[3] 朱玉霜,朱建光.浮選藥劑的化學(xué)原理[M].長沙:中南工業(yè)大學(xué)出版社,1987.

[4] 伍建軍.銅冶煉渣資源處理技術(shù)方案比選與設(shè)計實踐[J].有色冶金設(shè)計與研究,2012（6）:14-16.

[5] 湯雁斌.提高煉銅爐渣選礦指標的工藝措施[J].礦冶工程, 2005（4）:31-33.

Reformation and Practice on Copper Smelting Furnace Slag Processing Technology of Zijin Copper Co.

LIU Chunlong
(Zijin Mining Group Co.,Ltd.,Shanghang,Fujian 364200,China)

In order to adapt to the changing nature of the copper smelting furnace slag,Zijin Copper Co.has constantly optimize mineral processing process condition in recent years,processing equipment and process flow have been transformed continuously to obtain a better processing technology index,meanwhile,production wastewater has been fully recycled to realize zero discharge of wastewater,by which the enterprise can create a better economic and environmental benefits.

copper smelting;furnace slag processing;process condition;processing equipment;zero discharge

TD92

B

1004-4345（2015）02-0001-04

2014-12-16

江西省科技支撐計劃項目（20132BBG70016）。

劉春龍(1976—),男，高級工程師，主要從事礦物加工技術(shù)研究與管理工作。