提高銅爐渣選礦回收率的研究

許志安， 楊 華， 朱文宇， 李建波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個(gè)舊市 661000)

提高銅爐渣選礦回收率的研究

許志安， 楊 華， 朱文宇， 李建波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個(gè)舊市 661000)

通過對(duì)銅爐渣緩冷制度研究、選礦濃度、磨礦粒度、藥劑及pH對(duì)選礦直收率的影響試驗(yàn)，結(jié)果表明：最佳換冷制度為爐渣緩冷時(shí)間為72 h，入選礦漿的濃度40%～45%，粒度控制在-320目占80%～85%，礦漿選別酸堿度為pH為7～9時(shí)，藥劑添加量Z200捕收劑54 g/t，2#松醇油38 g/t，最終銅爐渣選礦銅直收率由設(shè)計(jì)的42.32%提高到65%以上。

銅爐渣； 渣選礦； 直收率； 渣緩冷； 浮選藥劑； 磨礦濃度和粒度

0 背景

銅是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的重要原材料，以其優(yōu)越的性能而被廣泛應(yīng)用于電子電氣、機(jī)械制造、通訊、建筑等領(lǐng)域。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)銅材料需求的增加，我國(guó)銅冶煉行業(yè)得到了長(zhǎng)足發(fā)展，產(chǎn)量逐年增加。冶煉過程產(chǎn)出了大量爐渣，每年產(chǎn)出～400余萬t銅爐渣，至今已累計(jì)堆存銅爐渣～5 000多萬t，其中含有大量有價(jià)金屬及其他稀貴、稀散金屬，如果不對(duì)其加以回收的話，將造成資源浪費(fèi)[1-5]。目前世界上銅爐渣處理的方法主要有炭熱法、煙化法、電爐貧化法、選礦法等[6-8]。然而，在所有銅爐渣處理方法中，唯有選礦法簡(jiǎn)便而成本低廉，因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文就云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司10萬t銅/年項(xiàng)目開展的銅爐渣選礦試驗(yàn)研究進(jìn)行總結(jié)，為今后其他銅爐渣選礦提供技術(shù)參考。

1 工藝概況

爐渣經(jīng)過緩冷、水冷過程后，再經(jīng)過移動(dòng)液壓碎石破碎，將爐渣粒度破碎至500 mm以下，經(jīng)振動(dòng)給料機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)至顎式破碎機(jī)，礦粒破碎至200 mm以下，進(jìn)入原礦倉。細(xì)碎的物料經(jīng)皮帶運(yùn)輸機(jī)送至半自磨機(jī)中磨碎，磨碎產(chǎn)品經(jīng)半自磨出口圓筒篩篩分。篩上物料經(jīng)皮帶運(yùn)輸返回半自磨機(jī)，篩下物料和球磨機(jī)排礦合并用渣漿泵揚(yáng)送至一段分級(jí)旋流器進(jìn)行預(yù)先分級(jí)，其溢流通過渣漿泵揚(yáng)送至二段旋流器進(jìn)行控制分級(jí)，兩段旋流器的沉砂和浮選中礦(掃選精礦和精選一的尾礦)均返回球磨機(jī)構(gòu)成閉路磨礦。二段旋流器的溢流為合格礦漿進(jìn)入浮選作業(yè)系統(tǒng)，進(jìn)行二次粗選、二次精選、一次掃選后分出銅精礦和浮選尾礦，浮選銅精礦經(jīng)渣漿泵輸送至精礦濃密機(jī)，再經(jīng)陶瓷過濾機(jī)進(jìn)行脫水作業(yè)，脫水后的銅精礦送奧斯麥特熔煉爐冶煉；浮選尾礦經(jīng)渣漿泵輸送至尾礦濃密機(jī)，經(jīng)陶瓷過濾機(jī)進(jìn)行脫水作業(yè)，脫水后的尾礦直接外售。

本試驗(yàn)對(duì)渣選礦工藝進(jìn)行研究、優(yōu)化和技改，以提高渣選礦金屬回收率，減少有價(jià)金屬在流程中的損失。在渣含銅0.75%時(shí)，銅金屬回收率由42.32%提高到65%。

2 爐渣銅的物相分析

原料為熔煉沉降電爐爐渣，銅物相分析見表1。

表1 爐渣中銅的物相分析 %

從表1中可以看出，爐渣中的銅主要是以化合物的形式存在，分別是原生硫化銅、硫化銅、自由氧化銅和結(jié)合氧化銅，其中原生硫化銅的含量?jī)H占42.67%，氧化率為16.24%，可選性不是很好。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

通過生產(chǎn)試驗(yàn)，研究、技改、優(yōu)化爐渣緩冷制度、入選礦漿濃度、粒度、浮選藥劑制度等工藝參數(shù)，在試驗(yàn)過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最終使渣選礦銅回收率得以提高。

3.1 緩冷制度對(duì)銅選礦直收率的影響

爐渣的選別回收效果關(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，長(zhǎng)成結(jié)晶，同時(shí)有用礦物聚集并長(zhǎng)大成相對(duì)集中的獨(dú)立相。

根據(jù)工藝礦物學(xué)原理和熱力學(xué)定律，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)爐渣緩冷工藝對(duì)后續(xù)選別過程的影響，通過對(duì)噴淋水質(zhì)、冷卻速度、緩冷時(shí)間等條件摸索，確定最佳工藝參數(shù)。

爐渣的相變溫度大致在800～1 180 ℃之間，因此，在此區(qū)間的冷卻速度要嚴(yán)格控制，以保證結(jié)晶體的發(fā)育長(zhǎng)大。爐渣一經(jīng)排出，溫度逐漸下降，最終由液相變?yōu)楣滔?，與此同時(shí)銅粒子不斷聚集，發(fā)育長(zhǎng)大，然后終止發(fā)育，因此尋找銅粒子不再明顯長(zhǎng)大的溫度值尤為重要。在不同冷卻速度下試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。

表2不同的冷卻速度下爐渣銅相晶粒的粒度分布情況

冷卻速度100～70um70～50um50～30um30～10um10～5um5um以下V=1℃/min72.26%1.82%2.81%17.82%4.83%0.25%V=3℃/min62.28%2.71%3.34%23.45%5.56%1.07%V=5℃/min57.80%6.87%11.92%15.28%4.68%2.25%V=10℃/min41.30%6.12%7.87%22.93%10.70%10.20%水淬急冷///5.10%14.61%78.12%

表3 不同冷卻速度的爐渣浮選試驗(yàn)的結(jié)果 %

從表2和表3中可以看出，爐渣冷卻速度影響其可選性，在相變范圍內(nèi)以1～2 ℃/min的冷卻速度為宜，此時(shí)銅相晶粒的結(jié)晶粒度達(dá)到了最佳值，有利于選別回收，在緩冷終點(diǎn)800 ℃以下，銅粒子的生長(zhǎng)發(fā)育已停止，此時(shí)爐渣可噴冷卻水快速冷卻而不影響銅結(jié)晶粒度。

將2組患者臨床各項(xiàng)數(shù)據(jù)均輸入SPSS 21.0軟件中,2組患者并發(fā)癥發(fā)生情況以率(%)的形式表示,行X2檢驗(yàn),2組患者生活質(zhì)量以及身體功能評(píng)分均以(均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差)的形式表示,予以t檢驗(yàn),組間對(duì)比統(tǒng)計(jì)學(xué)意義存在(P<0.05)。

3.2 緩冷時(shí)間

爐渣礦物的結(jié)晶是個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)和相變的過程，需要較長(zhǎng)的時(shí)間，如果緩冷時(shí)間不足，將會(huì)因強(qiáng)行翻包使未結(jié)晶礦物強(qiáng)制結(jié)晶，降低目的礦物的嵌布粒度，影響銅金屬回收。根據(jù)上述表2、表3得出的結(jié)論，并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，找到銅晶粒結(jié)晶終點(diǎn)時(shí)間，之后冷卻時(shí)間主要以翻包安全為主，避免出現(xiàn)紅包和翻包放炮，即進(jìn)行了冷卻時(shí)間與爐渣結(jié)晶粒度及翻包溫度的試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖1、表4。

圖1 冷卻時(shí)間與銅晶粒結(jié)晶粒度的關(guān)系

表4 冷卻時(shí)間調(diào)查表

從圖1，表4可以看出，爐渣緩冷24 h后，銅晶粒結(jié)晶粒度停止發(fā)育，之后通過水冷48 h，包體溫度低于55 ℃，是爐渣結(jié)晶到安全倒渣的整個(gè)時(shí)間過程，這也是后序的選別指標(biāo)能得到保證的根本。

3.3 不同濃度、粒度對(duì)銅爐渣選礦回收率的影響

浮選時(shí)不但要求礦物充分單體解離，而且要求有適宜的入選濃度和粒度。礦粒太粗或是太細(xì)都會(huì)給選別帶來困難，影響選別質(zhì)量和金屬的回收。因此，項(xiàng)目組把入選濃度和粒度分為三組進(jìn)行選別對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

表5不同濃度、粒度下的選別指標(biāo)

2013年入選濃度/%入選細(xì)度/%入選渣Cu品位/%精礦Cu品位/%尾礦Cu品位/%Cu回收率/%4月～5月37～42-400目占85～900.7617.840.2666.766月～7月40～45-325目占80～850.7817.160.27665.68月～9月40～45-325目占70～800.7515.170.28656.8

從表5可以看出，入選粒度過粗不利于浮選作業(yè)，造成銅選別回收率低，把入選濃度控制在40%～45%，粒度控制在-320目占80%～85%和設(shè)計(jì)的入選濃度控制在37%～42%，粒度控制在-400目占85～90%時(shí)都能達(dá)到本項(xiàng)目要求的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，但考慮到磨礦經(jīng)濟(jì)性和脫水效果，確定選用濃度在40%～45%，粒度在-320目占80%～85%為浮選的入選濃度和粒度值，銅爐渣選礦回收率提高到65.6%。

3.4 浮選藥劑及pH對(duì)銅爐渣選礦回收率的影響

藥劑用量原則是根據(jù)原礦銅品位的高低而進(jìn)行調(diào)節(jié)，藥劑添加過多或是過少，都可能造成整個(gè)工藝過程不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量及回收率降低。

表6不同用藥量的選別指標(biāo)

原礦平均Cu品位/%Z200捕收劑/g·t-12#松醇油/g·t-1pH值Cu回收率/%1組0.72140907～957.822組0.7290587～863.823組0.7254387～965.214組0.7254386～748.65組0.7254389～1238.56組0.7250307～952.3

注：入選濃度40%～45%粒度-320目占80%～85%

從表6中可以看出，整個(gè)選別過程需在pH7～9的弱堿性環(huán)境下進(jìn)行，以第3組添加量最為適宜，確定藥制度為Z200：54 g/t，2#松醇油：38 g/t，兩種藥劑的加入量均低于設(shè)計(jì)值，分別減少了61%和58%，實(shí)現(xiàn)了銅直收率由設(shè)計(jì)值的42.32%提高到65.21%。該藥劑制度重點(diǎn)保證了一段浮選藥劑的用量，強(qiáng)化了對(duì)粗粒級(jí)和中粒級(jí)礦物的捕收，從而實(shí)現(xiàn)早收多收。

4 結(jié)論

(1)最佳緩冷制度為爐渣緩冷時(shí)間72 h，分別為24 h自然冷卻加48 h水冷，對(duì)提高銅爐渣選礦回收率提供有利條件；

(2)入選礦漿濃度40%～45%，粒度控制在-320目占80%～85%；

(3)礦漿選別酸堿度為pH在7～9 h，藥劑添加量Z200捕收劑54 g/t，2#松醇油38 g/t，最終將銅爐渣選礦銅回收率由設(shè)計(jì)的42.32%提高到65%以上，實(shí)現(xiàn)了銅爐渣回收率的提高。

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科學(xué)家制成高效率鈣鈦礦電池

由日本、中國(guó)和瑞士研究人員組成的一個(gè)科研小組最近在美國(guó)《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，他們借助薄膜摻雜技術(shù)，制造出一種面積為1 cm2的鈣鈦礦太陽能電池，其公證效率為15%，是當(dāng)前國(guó)際公證的鈣鈦礦電池最高效率。

與傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池成本較低，更容易生產(chǎn)，而且近年來其光電轉(zhuǎn)換效率獲得較大提升，所以是目前最有可能實(shí)現(xiàn)低成本產(chǎn)業(yè)化以替代化石能源的太陽能電池。美國(guó)《科學(xué)》雜志甚至把它評(píng)為2013年的十大科學(xué)突破之一。

盡管鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展迅速，但存在難以在較大面積的基底上沉積超薄薄膜而不產(chǎn)生孔洞等缺陷，很難大面積制備。此前報(bào)道的高效率結(jié)果大多是基于面積為0.1 cm2的電池器件。而在光伏領(lǐng)域，標(biāo)準(zhǔn)的太陽能電池效率測(cè)定需要電池面積至少在1 cm2以上。

在新研究中，日本物質(zhì)材料研究機(jī)構(gòu)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員借助常見的半導(dǎo)體工藝摻雜技術(shù)，給鈣鈦礦電池的無機(jī)界面層氧化鎳薄膜重?fù)诫s鋰與鎂，將其導(dǎo)電性提高了10倍左右。

由于導(dǎo)電性提高，可以增加重?fù)诫s氧化鎳薄膜厚度而不減損電池效率，從而大大降低了該薄膜的孔洞密度等缺陷，最終制備出面積為1 cm2的高效率鈣鈦礦太陽能電池。

研究人員還在日本標(biāo)準(zhǔn)光伏測(cè)量實(shí)驗(yàn)室對(duì)他們制備的鈣鈦礦太陽能電池進(jìn)行了效率公證，公證效率為15%，被收錄于2015年第46期《太陽能電池效率表》。

薄膜太陽能電池可分為三代：第一代為非晶硅薄膜電池，最高效率為13.6%；第二代為無機(jī)化合物薄膜太陽能電池，如銅銦鎵硒電池效率達(dá)到21.7%；第三代電池仍處于研發(fā)階段，包括染料敏化太陽能電池(效率達(dá)11.9%)、有機(jī)薄膜太陽能電池(效率達(dá)11.5%)和鈣鈦礦太陽能電池等。

Study on improving copper recovery by copper slag concentration

XU Zhi-an， YANG Hua， ZHU Wen-yu， LI Jian-bo

Through the study on the copper slag in slow cooling system and tests the effects of concentration in processing, mesh-of-grinding, reagent and pH value on the recovery , the results showed that the optimum cooling system should be 72 hours for slag slow cooling time, 40%～45% slurry concentration for processing, particle size controlled at 80%～85%-320 mesh, slurry pH value at 7～9, reagent addition Z200 collector 54 g/t, and 2#pinitol oil 38 g/t, under upper condition the eventually copper recovery could be increased from designed 42.32% to 65% above during slag concentration.

copper slag； slag concentration； recovery； sag slow cooling； flotation reagents; grinding concentration and mesh-of grinding

許志安(1965—)男，云南個(gè)舊人，高級(jí)工程師，主要從事選礦技術(shù)管理工作。

2015-12-25

TF811; TD952

B

1672-6103(2016)02-0055-04