北衙多金屬硫化礦金選廠改擴建方案研究

鄭海雷，龔明輝，勞忠友，文 婭

(昆明有色冶金設計研究院股份公司，云南 昆明 650051)

0 引 言

北衙金礦萬硐山礦段，是一個上部為氧化礦，下部為原生礦的低品位大型金礦，同時伴生有鐵、銀、銅等多種金屬，資源儲量豐富。隨著礦體深部的開采，氧化礦日愈減少，原生礦不斷增加。為了與采礦開采進度相匹配，需充分利用原有廠房、生產(chǎn)及輔助設備設施的基礎上，以最低的投入將現(xiàn)有的4 000 t/d氧化礦金選廠改造為先進、節(jié)能、環(huán)保的現(xiàn)代化的5 500 t/d硫化礦金選廠。

1 改造前選廠生產(chǎn)現(xiàn)狀

北衙金礦二選廠由北京礦冶研究總院設計，設計規(guī)模4 000 t/d，處理氧化礦，選廠實際生產(chǎn)能力達5 700 t/d，采用的主工藝流程為：“原礦細磨至-200目占95 %(半自磨+球磨)—全泥氰化浸出、提金—弱磁選—強磁選”工藝流程，產(chǎn)出合質(zhì)金、磁鐵精礦、褐鐵精礦三種產(chǎn)品，尾礦經(jīng)濃縮后由泵揚至尾礦壓濾車間，再由膠帶轉(zhuǎn)運到大沙地尾礦庫干堆，溢流水返回高位水池。選廠現(xiàn)生產(chǎn)工藝及主要設備詳見圖1。

圖1 二選廠現(xiàn)生產(chǎn)工藝及主要設備

2 原礦工藝礦物學性質(zhì)及選礦試驗簡介

2.1 礦物組成

萬硐山深部礦屬于較復雜的銅金鐵多金屬硫化礦礦床，其中，銅主要以硫化銅形式存在，經(jīng)顯微鏡和MLA礦物自動檢測系統(tǒng)查定，銅礦物以黃銅礦為主，其它銅礦物種類多，但含量低，包括硫砷銅礦、黝銅礦、輝銅礦、銅藍、斑銅礦等。金礦物主要為含銀自然金和銀金礦，銀礦物主要為螺狀硫銀礦、硫銻鉛銀礦和硫銻銅銀礦，另有少量碲銀礦、脆銀礦和含銀黝銅礦。鐵礦物主要以磁鐵礦和菱鐵礦形式存在，同時含有少量褐鐵礦。脈石礦物主要為石英，其次為云母、長石、石榴石、綠泥石、高嶺土等。

2.2 礦石化學成分

原礦綜合樣化學多元素分析結(jié)果詳見表1，銅物相分析詳見表2，鐵物相分析詳見表3。

表1 原礦綜合樣化學多元素分析結(jié)果

注：*單位為g/t。

原礦綜合樣化學多元素分析結(jié)果表明，該礦主要有價元素為銅、金、鐵，其含量分別為0.41 %、1.58 g/t、31.03 %，為銅金鐵共生礦床。根據(jù)銅礦床共伴生組分回收標準，(21.07 g/t)、鐵(31.03 %)、硫(10.96 %)均已達到綜合利用要求，而鉛(0.17 %)、鋅(0.19 %)未達到回收標準。

表2 原礦銅物相分析

表3 原礦鐵物相分析

從表2可見，銅主要以硫化銅形式存在，占有率為93.89 %，但次生硫化銅占有率較高，為12.66 %。從表3可見，鐵礦物主要以磁鐵礦(38.12 %)和菱(褐)鐵礦(23.51 %)為主，其占有率為61.63 %。

2.3 實驗室推薦流程

實驗室推薦流程采用“原礦磨至-200目占81 %—銅優(yōu)先浮選—硫浮選—弱磁選磁鐵礦—強磁選褐鐵礦，硫精礦、磁鐵精礦再磨—氰化浸出，強磁產(chǎn)品再磨—浮選”，最終銅的回收率為86.54 %，硫的回收率為90.27 %、金的回收率為87.31 %，銀的回收率為91.17 %(浮選部分)，試驗推薦流程及指標詳見圖2。

圖2 實驗室推薦流程

3 改造方案研究

3.1 改造難點分析

1)試驗推薦流程復雜，具有流程長、產(chǎn)品多的特點。選廠改造建設時，易對原有生產(chǎn)系統(tǒng)產(chǎn)生影響，受現(xiàn)有場地的限制，改造難度大。

2)根據(jù)國家及地方環(huán)保上的相關要求，整個選廠的設計要求無廢水外排，各工段產(chǎn)生的溢流水需返回生產(chǎn)流程。

3.2 改造工藝流程及設計指標

根據(jù)原礦工藝礦物學性質(zhì)研究可見，原礦中金、銅、鐵為最主要的有價元素，其次為銀和硫，選礦流程以金、銅、鐵的回收為主，同時兼顧銀和硫的回收，因此，技改原則流程確定為“原礦磨礦-200目占81%—銅浮選—硫浮選—磁選鐵”、“硫精礦、磁鐵精礦再磨浸金”，實驗室推薦流程詳見圖2。

該次改造工藝流程依據(jù)為實驗報告原礦性質(zhì)及推薦流程，與此同時，設計從工程可實施性、管理方便的角度，結(jié)合現(xiàn)場實踐對實驗室推薦流程進行了數(shù)項優(yōu)化：

1)取消試驗推薦流程中強磁及強磁產(chǎn)品的再磨、浮選，簡化流程便于生產(chǎn)管理。

因試驗推薦流程中，強磁產(chǎn)品、浮選精礦均未達到相應的精礦品質(zhì)要求，且金品位較低，并未產(chǎn)出合格精礦。此部分工藝只是研究單位為礦山今后資源綜合利用水平的提高提供的一條思路，指明一個方向。因此本次設計方案取消弱磁尾礦的強磁選、強磁產(chǎn)品的再磨、浮選等工藝，使其流程結(jié)構(gòu)更為簡單可靠、科學合理，在生產(chǎn)中更容易控制，便于生產(chǎn)管理。同時，在現(xiàn)場用地較為緊張的前提下，取消此部分工藝可有效降低選廠的投資及生產(chǎn)經(jīng)營費用，也便于選廠總平面的合理布置。

2)該項目的回水可分為兩大類：浮選、磁選產(chǎn)生的回水以及氰化浸出產(chǎn)生的含氰回水，設計擬采用分段回水方式返回相應流程。

因環(huán)保相關要求，禁止工業(yè)廢水外排，以及工藝上節(jié)約藥劑消耗等方面的考量，本次方案設計增設分段回水相關工藝，使浮選回水返回磨礦、浮選以及磁選工段，含氰回水集中返回氰化工藝，使浮選水、含氰水在相應工藝中自循環(huán)，可有效降低浮選藥劑以及氰化劑的用量。該系統(tǒng)的設置，可有效避免含氰水進入浮選工藝，抑制硫化礦選別效果，降低浮選指標，同時避免氰化水污染到浮選尾礦，可降低核桃箐尾礦庫的防滲等級，實現(xiàn)生產(chǎn)廢水的零排放，有效保護當?shù)氐沫h(huán)境。

綜上，該次技改原則流程確定為“原礦磨礦-200目占81%—銅浮選—硫浮選—弱磁選鐵”，“(硫精礦、磁鐵精礦)分段回水—再磨、氰化浸出提金”，設計的工藝流程及設備配置詳見圖3，設計的選礦指標詳見表4浮選設計指標表、表5氰化設計指標表(金部分)、表6氰化設計指標表(銀部分)。

表4 浮選設計指標表

注：上表原礦指標由采礦排產(chǎn)表排出，與實驗室原礦指標略有差異。

表5 氰化提金設計指標表1(金部分)

表6 氰化提金設計指標表2(銀部分)

圖3 設計工藝流程及設備配置

3.3 改擴建設計方案

3.3.1 改擴建設計方案原則

遵守國家及當?shù)丨h(huán)保方面的相關法律、法規(guī)以及行業(yè)規(guī)范的前提下，實現(xiàn)本項目科學、合理的改擴建，整合現(xiàn)有生產(chǎn)條件，盡量利用原有設備、廠房及公輔設施，實現(xiàn)該多金屬硫化礦資源的綜合回收利用，有效降低項目投資，提高企業(yè)的市場競爭力。

3.3.2 改擴建設計方案

1)碎磨工段：改造前二選廠實際生產(chǎn)能力達5 700 t/d，改造后選廠規(guī)模為5 500 t/d，最終磨礦細度由-0.074 mm占90 %降低為-0.074 mm占81 %，根據(jù)實驗研究單位的落重試驗及磨礦系統(tǒng)產(chǎn)能預測以及設計單位碎磨生產(chǎn)能力核算，其碎磨系統(tǒng)生產(chǎn)能力可達6 000 t/d，原有的SAB流程(C110顎式破碎機+Φ5.5×6.6半自磨機+Φ4.3×7.0溢流型球磨機)能夠滿足改造后選廠的生產(chǎn)能力需要，因此本次改擴建碎磨工段利用選廠原有廠房、設備和輔助設施。

2)浮選工段：浮選工段為銅硫分離浮選，采用一粗三精兩掃銅浮選+一粗兩精兩掃硫浮選，設計擬選用XCF/KYFⅡ型自吸漿充氣機攪拌式浮選機，該型浮選機不需要階梯配置，可自吸礦漿，中礦返回不需設置泡沫泵、同時又具有一般充氣機械攪拌式浮選機的優(yōu)點 。該型浮選機適用于此類有一定粘稠度、密度大的硫化礦浮選，以保證浮選過程中泡沫分散效果，減少藥劑的用量。浮選車間、藥劑貯藏及制備間均為新建，浮選加藥機采用脈動式自動加藥機，可將藥液從低位投加到高位，無需自流高差，計量準確度較高。

3)磁選工段：磁選采用一粗一精弱磁回收磁鐵礦，處理量為79 t/h·臺，選廠改造后的實際處理量60 t/h·臺，浮選尾礦可自流至磁選，管道經(jīng)簡單改造后即可滿足選廠的生產(chǎn)需要。

4)分段回水工段：分段回水系統(tǒng)采用“濃縮+過濾+造漿”工藝，使浮選回水返回磨礦、浮選以及磁選工段，含氰回水集中返回氰化工藝，該系統(tǒng)的設置，主要是為了避免含氰水進入浮選工藝，抑制硫化礦選別效果，降低浮選指標，使含氰水在氰化工藝中自循環(huán)，降低氰化劑的用量。同時，確保尾礦為浮選尾礦不含氰，從而在整個生產(chǎn)過程中從源頭杜絕氰化廢棄物的排放，實現(xiàn)源頭預防、過程阻斷、清潔生產(chǎn)。該系統(tǒng)的建成后，不需要再新建氰化水凈化系統(tǒng)，可為企業(yè)節(jié)省大量生產(chǎn)、經(jīng)營費用。

該系統(tǒng)可設置于再磨前或再磨后，考慮到再磨后精礦粒度較細，不利于精礦脫水，因此本次設計含氰水回水設置于再磨前。設計采用“濃縮+過濾+造漿”工藝，即精礦礦漿由濃縮機/濃縮磁選機進行濃縮脫水以及陶瓷過濾機脫水，盡可能地降低礦漿中的浮選水(返回浮選高位水池)，濾餅含水可降到15%后再加含氰水造漿進入到精礦再磨。溢流水分別進入氰化回水池、浮選水回水池，再進入到相應工段。

5)磁鐵精礦、硫精礦再磨：實驗室推薦流程對浸出粒度要求細，磁鐵精礦再磨細度為-0.043 mm占98.9 %、硫精礦再磨細度為-0.043mm占93.5 %，此類細磨、超細磨的工業(yè)應用中，有代表性的攪拌磨主要為配有螺旋形攪拌器的塔磨機、配有棒形攪拌器的Detritor磨機和配有盤型攪拌器的Isa磨機，其中，塔磨機和Detritor磨機是立式攪拌磨機，Isa磨機是臥式攪拌磨機。

與其它設備相較，塔式磨機具有設備重量小，能耗、鋼球消耗低，設備檢修維護簡單，產(chǎn)品粒度細、過粉碎現(xiàn)象少等特點，對于本項目略顯狹窄的場地條件來說更加適宜，本項目再磨車間為新建，單獨布置。

6)磁鐵精礦、硫精礦的浸出、提金工段：磁鐵精礦、硫精礦的浸出、提金工段包括浸出、解吸、電積、熔煉、炭再生等生產(chǎn)工藝，均可利用現(xiàn)有設施。選廠浸出車間原有浸出系統(tǒng)為2個浸出系列共22個浸出槽，可利用其中12個浸出槽，作為磁鐵精礦、硫精礦的氰化浸出，待其它相關改造工程施工完成后，只需減少原有浸出槽臺數(shù)調(diào)整相關礦漿管路即可滿足生產(chǎn)要求。浸出后浸渣分別進入磁鐵精礦、硫精礦的脫水流程。

磁鐵精礦、硫精礦氰化浸出生產(chǎn)的載金炭采用水力輸送到解吸電積車間進行解吸電積，載金炭上吸附的金經(jīng)過高溫高壓無氰解吸電積后得到的金泥，金泥經(jīng)酸洗除雜，再過濾、干燥，配上一定的熔劑(硼砂+硝酸鉀)后，進人中頻爐進行熔煉，熔煉溫度為1 250℃左右，時間約2～2.5 h/爐，最終得到合質(zhì)金。載金炭經(jīng)過解吸電積后即為貧炭，貧炭返回浸出流程或經(jīng)過炭再生后再返回浸出流程。

解吸電積仍利用二選廠原有的10 t/d的解吸電積系統(tǒng)，炭再生仍利用二選廠原有的100 kg/h的炭再生系統(tǒng)。

7)精礦脫水工段：精礦脫水均采用“濃縮+過(壓)濾”兩段脫水流程，過(壓)濾后的精礦進入精礦庫貯存，再裝車外運，濾液分段返回各生產(chǎn)流程，無廢水外排。整個流程只需在原精礦過濾車間新增1臺20 m2陶瓷過濾機(銅精礦過濾)，1臺φ30.0 m濃縮機(硫精礦濃縮)即可滿足設計需求，其余設備設施均利舊。

8)浮選尾礦濃縮：利舊原有的NXZ-60 m尾礦濃密機，濃縮后底流濃度約為45 %，再由泵揚至核桃箐尾礦庫堆存。

以上設計方案及設備選型詳見圖3設計工藝流程及設備配置。

4 試生產(chǎn)結(jié)果

該選廠已于2018年6月正式投產(chǎn)，投產(chǎn)以后通過現(xiàn)場頑石系統(tǒng)頑石窗的優(yōu)化、旋流器沉砂口徑優(yōu)化、石灰乳精準添加等各項調(diào)試與技改，分段回水等各生產(chǎn)系統(tǒng)運行良好。試生產(chǎn)結(jié)果表明，生產(chǎn)指標基本達到或接近各項設計指標，同時也進一步證明了本項目方案設計的前瞻性與適應性，本項目設計、生產(chǎn)各項指標對比詳見表7。

表7 設計、生產(chǎn)指標對比表

5 結(jié) 語

選廠工藝流程的設計是一項多學科的、綜合性的學術范疇，是一個再創(chuàng)造的過程，試驗研究部門所提供的選礦試驗報告，一般僅對選別工藝流程進行研究，提出推薦的選別工藝流程，本次設計中，在試驗推薦流程的的基礎上，結(jié)合原礦性質(zhì)、流程特點、環(huán)保要求以及現(xiàn)場地形條件等多方因素，進行了數(shù)項流程優(yōu)化。在充分利用原有設備設施的前提下，提出了科學、合理的工藝改造方案，實現(xiàn)生產(chǎn)廢水的再利用與生產(chǎn)廢水的零排放，使得浮選回水、含氰回水分段返回各生產(chǎn)環(huán)節(jié)，為選廠今后生產(chǎn)的達產(chǎn)達標打下堅實基礎。