金堆城鉬礦選礦工藝與技術(shù)

朱永安，王漪靖，王永超

(金堆城鉬業(yè)股份有限公司，陜西 西安 710077)

0 引 言

金堆城鉬礦為一特大型斑巖鉬礦床，露天開采，選礦設(shè)計及生產(chǎn)規(guī)模已從建礦初期的500 t/d 擴大到現(xiàn)在的4萬t/d。與此同時，金堆城向河南汝陽、安徽金寨擴充資源，先后在汝陽東溝鉬礦新建5 kt/d、2萬t/d選礦廠，成為陜西有色的主干礦山，在國內(nèi)鉬爐料工業(yè)生產(chǎn)中占有極其重要的地位。礦產(chǎn)資源不可再生，鉬資源儲量日趨減少，總結(jié)探討金堆城鉬選礦技術(shù)進展歷程和發(fā)展方向，對企業(yè)可持續(xù)發(fā)展和中國選鉬技術(shù)進步具有重要的現(xiàn)實意義，對同類礦山生產(chǎn)建設(shè)具有很好的借鑒作用。

1 礦巖類型及礦石性質(zhì)

金堆城鉬礦是典型的的斑巖型鉬礦床，礦體分北露天和南露天。北露天礦巖類型主要為花崗斑巖和安山玢巖，南露天上部主要礦巖類型為石英巖，下部主要為安山玢巖。南北露天礦石中主要金屬礦物有輝鉬礦、黃鐵礦及少量黃銅礦、磁鐵礦、磁黃鐵礦、輝銅礦、方鉛礦、閃鋅礦，脈石礦物以石英為主，并有少量長石、螢石、云母、綠泥石等。輝鉬礦呈細脈浸染狀嵌布，粒度一般在0.027～0.045 mm，與石英、黃鐵礦、黃銅礦、閃鋅礦等關(guān)系密切。

金鉬汝陽東溝鉬礦礦巖類型為花崗斑巖，礦石中主要金屬礦物有輝鉬礦、磁鐵礦、黃鐵礦，另有少量的赤鐵礦、鈦鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦；主要脈石礦物有長石、石英、角閃石、綠泥石、高嶺石，另有少量的黑云母、絹云母、方解石、螢石、滑石及碳質(zhì)物等。輝鉬礦主要呈片狀集合體嵌布，嵌布粒度相對較粗，在+0.074 mm 粒級中輝鉬礦的占有率為36.61%，與石英、綠泥石、長石和方解石的嵌布關(guān)系十分密切。

金堆城鉬礦和汝陽東溝鉬礦礦石主要元素分析見表1。

表1 金堆城和汝陽原礦主要元素分析結(jié)果 %

2 選礦廠建設(shè)及擴產(chǎn)改造概況

2.1 金堆城本部建設(shè)概況

金堆城鉬礦始建于1958年，1966～1983年先后建成投產(chǎn)了一選廠、二選廠及三選廠，設(shè)計日處理礦量2.05萬t，年產(chǎn)鉬精礦標量1.34萬t。一選廠1966年9月建成投產(chǎn)，設(shè)計規(guī)模500 t/d。根據(jù)礦山發(fā)展戰(zhàn)略，1993年一選廠停產(chǎn)拆除。二選廠1971年9月建成投產(chǎn)，設(shè)計規(guī)模5 000 t/d。經(jīng)過1973年和1980年2次擴建，二選廠形成了4個磨礦與粗選系列，保留原1個精選系列，設(shè)計規(guī)模增加至6 600 t/d，現(xiàn)實際生產(chǎn)能力為8 000 t/d。三選廠1983年11月建成投產(chǎn)，設(shè)計規(guī)模1.5萬t/d，9個磨礦與粗選系列，3個精選系列。1996年三選廠實施達產(chǎn)改造，2011年在預(yù)留場地新建1萬t/d生產(chǎn)線，目前實際處理礦量為3.2萬t/d。

2.2 金鉬汝陽建設(shè)概況

2004年初，金堆城聯(lián)合別的企業(yè)收購了汝陽東溝鉬礦，成立了金鉬汝陽公司。2011年12月，金鉬汝陽5 kt/d選礦廠建成投產(chǎn)，目前處理量已達到6.2 kt/d[1]。2015年6月，金鉬汝陽2萬t/d選礦廠建成投產(chǎn)，目前正在進行達產(chǎn)達標工藝攻關(guān)，達產(chǎn)達標后，年產(chǎn)57%鉬精礦1.32萬t，63%鐵精礦14.52萬t。

3 選礦工藝及技術(shù)進步

3.1 改混合浮選為優(yōu)先浮選，奠定了大工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)

一選廠原設(shè)計浮選工藝為鉬硫混合浮選(見圖1)，混合精礦抑硫浮鉬，分離浮選的尾礦即為硫精礦，分離浮選的鉬精礦經(jīng)1段再磨和8次精選獲得最終鉬精礦，當年生產(chǎn)的鉬精礦品位僅34%～40%，鉬回收率50%～65%。1967年6月，將混合浮選改為鉬優(yōu)先浮選(見圖2)，鉬精礦品位達到46.62%,回收率提高到72.4%，這一工藝被二、三選礦廠改造或設(shè)計時采用[2]。

圖1 金堆城鉬礦混合浮選原則流程

圖2 金堆城鉬礦優(yōu)先浮選原則流程

3.2 提高鉬精礦品位工藝攻關(guān)，鉬精礦質(zhì)量達到國際先進水平

為了提高鉬產(chǎn)品競爭能力，打入國際市場，1980年金堆城首先與北京礦冶研究總院合作，在一選廠增加粗精礦濃縮脫藥、1段再磨旋流器串聯(lián)，使鉬精礦品位由46%提高到51%，各項含雜也相應(yīng)降低。1981年到1992年，又與西安冶金研究所等單位合作，在西德專家協(xié)助下，增加2段再磨，使鉬精礦品位達到53%。

3.3 新藥劑應(yīng)用研究

3.3.1 磷諾克斯降鉛成效顯著

金堆城設(shè)計抑鉛采用重鉻酸鉀，一般情況下鉬精礦中鉛含量不超標，但有時高達1%，影響產(chǎn)品出廠。1987年在三選廠進行了磷諾克斯降鉛工業(yè)試驗研究，在鉬精選段加藥 8.3 g/t，使鉬精礦中的鉛含量由 0.916%降至 0.078%，遠遠優(yōu)于國標(0.15%)的要求。1991年，選礦廠推廣應(yīng)用磷諾克斯后鉬精礦中鉛含量降至0.042%以下，滿足了外商要求[3]。

3.3.2 首創(chuàng)無氰選鉬社會經(jīng)濟效益巨大

氰化鈉一直是選鉬的“王牌”抑制劑，但因其毒性大，對環(huán)境污染嚴重，無氰選鉬一直是選礦界關(guān)注的技術(shù)難題。金堆城和西北有色金屬研究院合作，經(jīng)過長達10年的反復(fù)試驗研究，于1994 年率先在國內(nèi)實現(xiàn)了無氰選礦，用巰基乙酸鈉代替了氰化鈉，在不影響鉬品位、回收率的前提下，各項含雜符合要求，該技術(shù)的應(yīng)用，年直接經(jīng)濟效益顯著，并有巨大的社會效益[4]。

3.3.3 YC 藥劑代替煤油效果明顯

2005年，對 YC捕收劑選鉬進行了系統(tǒng)的小型試驗和工業(yè)試驗。試驗結(jié)果表明，在相同條件下，YC捕收劑選鉬技術(shù)指標與煤油相當，個別指標優(yōu)于煤油，尤其適合于選別低品位難選礦石，可以替代煤油。2006 年5月YC藥劑在金堆城鉬礦推廣應(yīng)用，選鉬回收率提高1.68 個百分點[5]。

3.3.4 泡沫調(diào)整劑研究初見成效

針對現(xiàn)用雜醇起泡劑粗選起泡速度慢、精選段發(fā)粘的問題，2016年與中南大學合作，研發(fā)并篩選出泡沫調(diào)整劑ZF-68，該藥劑可明顯改善粗選起泡速度慢、精選泡沫不易破的問題，粗選泡沫量增大，精選泡沫流動性變好。目前ZF-68泡沫調(diào)整劑正在三選廠進行工業(yè)試驗，有望應(yīng)用成功。

3.4 57%鉬精礦新工藝填補國內(nèi)空白

1999年，對二選廠精選工藝進行了改進，將深度浮選工藝直接設(shè)置于精選之后(見圖3)，使鉬精礦品位由51%提高到57%以上[6]。2006年，三選廠進行了57%鉬精礦新工藝及產(chǎn)業(yè)化研究，首次在鉬精選段聯(lián)合采用浮選柱和浮選機及立式攪拌磨擦洗工藝(見圖4)，在保證回收率不降低的情況下，實現(xiàn)了采用單一浮選法全部生產(chǎn)57%鉬精礦[7]，為我國鉬產(chǎn)業(yè)鏈后續(xù)產(chǎn)品工藝優(yōu)化和質(zhì)量提升奠定了基礎(chǔ)。

3.5 難選細粒鉬資源回收效果顯著

隨著礦產(chǎn)資源的開發(fā)，金堆城鉬礦石趨向于貧、細、雜，生產(chǎn)高品位鉬精礦時精選尾礦鉬含量高達0.4%～0.6%，其中-20 μm粒級含量達到50%以上，年損失鉬金屬約900 t。2012年開展了鉬精選尾礦再選技術(shù)研究，2014年采用礦泥分散—選擇性絮凝—強力抑銅浮鉬工藝技術(shù)及旋流靜態(tài)微泡浮選柱分選設(shè)備，實現(xiàn)了難選微細粒級高銅精選尾礦的綜合回收[8]，年回收鉬精礦標量1 000 t，新增利潤2 000余萬元。

圖3 57%鉬精礦深度浮選原則流程

圖4 57%鉬精礦機柱聯(lián)合浮選原則流程

3.6 碎磨工藝及選礦裝備升級技術(shù)改造

3.6.1 水力旋流器代替螺旋分級機

2007年，二選廠采用FX-710水力旋流器代替一段磨礦用2FLG-3000型螺旋分級機，分級效率提高5.41個百分點，溢流濃度和細度提高 3.04和9.57 個百分點，粗選段浮選回收率提高1.04個百分點[9]。2014年，三選廠采用FX-500水力旋流器對3臺2FLC-2400型螺旋分級機進行了改造，年增產(chǎn)鉬精礦標量105 t,創(chuàng)效益300萬元。

3.6.2 高壓輥磨開創(chuàng)有色礦山應(yīng)用先河

2009年，三選廠在選礦工藝升級改造中，碎礦采用3段閉路+高壓輥磨新工藝，碎礦產(chǎn)品粒度P80降至6.8 mm、-0.074 mm含量達到17%，磨礦功指數(shù)由13.6 kWh/t降至12.2 kWh/t，球磨機處理能力提高33%，實現(xiàn)了“多碎少磨”和節(jié)能降耗[10]，開創(chuàng)了高壓輥磨機在有色行業(yè)應(yīng)用的先河。

3.6.3 半自磨工藝代替常規(guī)碎磨工藝

2015年，金鉬汝陽新建2萬 t/d選礦廠碎磨采用“粗碎+半自磨+球磨+頑石破碎”工藝流程代替?zhèn)鹘y(tǒng)的“3段閉路破碎+球磨”工藝流程，實現(xiàn)了我國鉬選廠碎磨工藝的重大突破。半自磨工藝不僅簡化了選礦廠的工藝流程，更有利于環(huán)境保護，也為實現(xiàn)自動化智能調(diào)節(jié)奠定了基礎(chǔ)。

3.6.4 大型浮選設(shè)備應(yīng)用有所創(chuàng)新

1993年，三選廠采用XCF/KYF-24浮選機聯(lián)合機組對鉬硫粗選A型浮選機進行了改造，在國內(nèi)首次實現(xiàn)了該類型浮選機的水平配置[11]。2011年，該廠新建1萬t/d生產(chǎn)線粗掃選采用CCFφ5.0×10 m浮選柱+KYF-100浮選機聯(lián)合機組，提高選鉬回收率0.48個百分點。2015年，金鉬汝陽新建2萬t/d選礦廠粗掃選采用KYF-260浮選機，選礦裝備水平大幅提升。

3.6.5 鉬精礦脫水工藝簡化

2010年，三選廠經(jīng)過試驗研究，首次在鉬礦山成功應(yīng)用拉羅克斯壓濾機，將鉬精礦傳統(tǒng)的3段脫水工藝簡化為2段脫水工藝，使濾餅水分控制在10%左右[12]，省去了干燥環(huán)節(jié)，杜絕了物料飛揚損失及環(huán)境污染現(xiàn)象，提升了裝備水平。

3.7 綜合回收效果顯著

金堆城鉬礦床中含銅礦物為黃銅礦，地質(zhì)品位僅0.028%，由于鉬銅伴生，銅在選鉬過程中富集而進入鉬精選段，鉬精選尾礦含銅0.5%～0.8%。在小試成功的基礎(chǔ)上，1985年起，即投入銅的工業(yè)生產(chǎn)，采用一粗、一掃、三精的工藝流程，獲得了銅精礦品位16%以上、銅作業(yè)回收率75%～80%的選別指標，年回收銅金屬1 000 t，經(jīng)濟效益顯著。在我國開創(chuàng)了低品位銅的綜合回收先例。

鉬礦床中磁性鐵含量分布均勻，平均品位0.921%，幾乎全部進入鉬硫尾礦。從1991年起和鞍鋼礦山公司研究所合作，采用磁選—再磨—細篩自循環(huán)工藝，獲得了TFe品位63.70%、回收率55%的鐵精礦[13]，突破了超細低貧磁鐵礦用常規(guī)工藝品位難以達到60%的難題，填補了國內(nèi)該領(lǐng)域的空白。目前，鐵精礦產(chǎn)量已達到5.5萬t/a，年創(chuàng)效益1 000萬元。

3.8 總結(jié)及簡評

金堆城鉬礦依靠科技進步，不斷進行技術(shù)改造，使選礦流程結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，藥劑制度逐漸合理，工藝指標不斷提高，取得了明顯的經(jīng)濟、社會效益。

“優(yōu)先浮選”原則流程的改進，為鉬硫分離、提高鉬精礦品位奠定了基礎(chǔ)，結(jié)束了我國鉬精礦質(zhì)量長期徘徊不前的歷史；隨著對“輝鉬礦原品位低、粒度細、選礦比大、浮選過程中油藥富集”等特點的認識和發(fā)現(xiàn)，研究采用“粗精礦脫藥—多段磨礦—多次精選”流程，將鉬精礦品位從46%提高到53%，是選鉬工藝進步的里程碑，也是針對礦石性質(zhì)而確定選礦工藝的成功典范；“深度浮選”和“機柱聯(lián)合—立式擦洗”工藝是針對下游工廠需要超高品質(zhì)鉬精礦而研究開發(fā)的，這種單一浮選法突破了國內(nèi)外用濕法冶金法生產(chǎn)高品質(zhì)鉬精礦的傳統(tǒng)工藝，達到國際領(lǐng)先水平；磷諾克斯、巰基乙酸鈉、YC藥劑的推廣應(yīng)用，打破了選鉬用傳統(tǒng)藥劑的觀念, 在選礦藥劑應(yīng)用方面取得重要突破；高壓輥磨機、半自磨機、大型浮選機、拉羅克斯壓濾機的研究應(yīng)用，提升了我國鉬選礦工藝及裝備水平，銅、鐵等有價元素得到綜合回收，提高了資源利用率，安置了企業(yè)富余人員。

經(jīng)過50多年的發(fā)展, 金堆城鉬礦選礦工藝與技術(shù)裝備處于國內(nèi)同行業(yè)領(lǐng)先地位, 已成為當代中國鉬選礦工業(yè)的代表。建礦以來，金堆城選礦生產(chǎn)技術(shù)指標不斷提高，具體變化見圖5～圖7。

圖5 金堆城選礦處理礦量變化

圖6 金堆城鉬精礦產(chǎn)量變化

圖7 金堆城鉬選礦回收率及精礦品位變化

4 存在問題及努力方向

4.1 粗精礦濃縮脫藥問題

金堆城現(xiàn)有2個選礦廠工藝設(shè)計都考慮了粗精礦濃縮脫藥，由于濃密機脫藥效果有限，加之底流管堵塞及生產(chǎn)管理等因素，濃密機始終未能正常運行而改作他用，影響再磨細度和選別指標。研究應(yīng)用新的脫水工藝及設(shè)備是金堆城鉬選礦面臨的技術(shù)難點之一。

4.2 57%鉬精礦工藝適應(yīng)性問題

目前，金堆城生產(chǎn)57%鉬精礦采用深度浮選或機柱聯(lián)合新工藝，這兩種工藝都依賴于礦石性質(zhì)，對礦石巖性、品位及可浮性要求較高。同時，還存在著精選流程長、中礦反復(fù)循環(huán)和精尾跑高等問題，尤其是礦石品位下降時問題更為突出，難度更為加大。因此，研發(fā)一種高效節(jié)能、靈活簡捷的57%鉬精礦生產(chǎn)工藝很有必要。

4.3 浮選新工藝研究深度不夠

由于多種原因，對當前選礦技術(shù)前沿的浮選工藝，如閃速浮選、電化學浮選、分支浮選、無捕收劑浮選等還沒有進行深入研究和應(yīng)用，選礦自動化和信息化程度不高。今后要加強新工藝研究應(yīng)用，提高自動化和信息化水平，力爭使浮選工藝發(fā)生新的變革。

4.4 金堆本部碎磨工藝及裝備落后

金堆城本部碎磨工藝為傳統(tǒng)的3段破碎+磨礦，碎礦產(chǎn)品粒度粗，裝備水平落后，與國外大型有色礦山有較大差距。目前，正在研究整體升級改造，擬拆除現(xiàn)有2個老選廠，保留新建1萬 t選礦廠，采用露天礦半移動破碎-膠帶輸送結(jié)合與SABC工藝，新建一個3萬t/d選礦廠。

4.5 金鉬汝陽半自磨工藝面臨的問題

金鉬汝陽2萬t/d選礦廠半自磨工藝歷經(jīng)一年多的調(diào)試，仍存在半自磨機生產(chǎn)能力低、電耗高、鋼球消耗大、襯板消耗快的問題，亟待研究確定適宜的鋼球尺寸、襯板材質(zhì)及工藝操作參數(shù)，盡快實現(xiàn)達產(chǎn)達標。

4.6 選礦回收率與國外差距大

雖然金堆城鉬選礦技術(shù)取得了可喜的進展，但與西方先進企業(yè)相比選礦回收率較低，美國克萊邁克斯(Climax)選鉬回收率可達到91%～92%，而金堆城目前選鉬回收率最高僅為87%。尋求一種簡單有效的方法如新工藝、新藥劑提高選礦回收率,是提高金堆城選礦技術(shù)乃至中國鉬選礦技術(shù)水平亟待解決的重要問題。

4.7 選礦自動化和信息化程度較低

金堆城選礦自動化僅限于微機核子秤、自動加藥機、自動磨礦控制、自動采樣等系統(tǒng)，這些自動化作業(yè)不能有機結(jié)合、相互協(xié)作、相互補充。另外，生產(chǎn)指標實時信息采集、數(shù)據(jù)處理及傳遞系統(tǒng)不夠完善，信息不能共享。隨著礦山專用檢測儀表的研究與開發(fā)，模型預(yù)測控制、智能控制、優(yōu)化控制將成為選礦過程控制的主要發(fā)展方向。從礦山實際出發(fā)，需要把以信息技術(shù)為核心的“數(shù)字礦山”作為選礦信息化的目標和方向。

[1] 白建敏.河南東溝鉬礦選礦工藝研究設(shè)計[J].中國鉬業(yè), 2015, 39(6):36-40.

[2] 馬保平.金堆城鉬業(yè)公司選礦技術(shù)進展與創(chuàng)新[J].中國鉬業(yè),1997, 21(2/3):59-61.

[3] 董燧珍.金堆城鉬業(yè)公司百花嶺選礦廠技術(shù)進步的回顧與思考[J].中國鉬業(yè),2002, 26(1):19-22.

[4] 楊江海.巰基乙酸鈉代替氰化鈉選鉬生產(chǎn)實踐[J].中國鉬業(yè),1998, 22(1):30-34.

[5] 張美鴿, 徐秋生, 劉迎春.YC藥劑工業(yè)試驗研究[J].有色金屬(選礦部分), 2007, 31(2):48-50 .

[6] 朱永安.金堆城鉬業(yè)集團選礦技術(shù)新進展與發(fā)展方向[J].金屬礦山,2006, 359(5):1-3.

[7] 張學武, 王漪靖.品位57%鉬精礦處理新工藝及產(chǎn)業(yè)化分析[J].現(xiàn)代礦業(yè),2011,505(5):24-27.

[8] 王漪靖.陜西某鉬礦難選細粒鉬資源綜合回收試驗研究[J].礦冶工程, 2015, 35(5):49-52.

[9] 劉建平, 高雪婷.水力旋流器優(yōu)化某磨礦分級作業(yè)的工業(yè)應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2015(2):64-66.

[10] 王金瑋, 俞國慶.高壓輥磨機在某鉬礦選廠的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè),2014, 537(1):130-131.

[11] 王漪靖.采用XCF/KYF-24 m3大型充氣式浮選機選鉬的實踐[J].中國鉬業(yè),2000, 24(3):19-22.

[12] 劉迎春.金堆城百花嶺選礦廠重大技術(shù)進步回顧與展望[J].中國鉬業(yè),2013, 37(3):20-23.

[13] 馬保平, 高林章.從鉬選廠尾礦中綜合回收低品位磁鐵礦的研究與實踐[J].有色金屬(選礦部分), 1996(2):42-44.