某銅尾礦再選工藝及設(shè)備的應(yīng)用

于哲 黎小峰 楊為玥 陳飛飛

摘要：銅尾礦作為礦山固廢的重要組成部分，一直以來未得到很好的利用。以國內(nèi)某選廠銅尾礦再選為例，介紹了一種粗顆粒選別的專用浮選設(shè)備及優(yōu)先浮選+常規(guī)磨浮作業(yè)回收銅尾礦中銅金屬的選別工藝。該方案能很好的適應(yīng)選廠銅尾特性，成功解決了銅尾礦再選的難題，結(jié)果表明：+120目粒級回收率大大提高，單作業(yè)回收率達(dá)到21.13%，銅精礦品位達(dá)到18%～20%，作業(yè)綜合回收率達(dá)到80%，提高了選廠的整體銅回收率。該工藝及設(shè)備的應(yīng)用成功推廣至其它選廠尾礦的回收，均取得較好的經(jīng)濟效益及社會效益。

關(guān)鍵詞：礦山固廢;銅尾礦回收;粗顆粒浮選機

引言

礦山開采、礦物加工和冶煉生產(chǎn)是礦山生產(chǎn)過程中產(chǎn)生固廢最為集中的作業(yè)[1]。其中礦山開采、礦物加工所產(chǎn)生的固體廢物又分為兩種，即廢石和尾礦。尾礦是選礦廠在特定經(jīng)濟技術(shù)條件下，將礦石磨細(xì)、選取“有用組分”后所排放的廢棄物，也就是礦石經(jīng)選別出精礦后剩余的固體廢棄物。礦物加工過程中產(chǎn)生的固廢按照工藝流程的不同，其尾礦可分為：手選尾礦、重選尾礦、磁選尾礦、浮選尾礦、化學(xué)尾礦、電選及光電選尾礦。而浮選尾礦是礦山固廢中最為突出的問題。目前浮選尾礦的處理方式比較單一，僅僅是將其以礦漿的形式通過管道運輸?shù)降V山附近筑有堤壩的尾礦庫中。尾礦庫一方面是一個高勢能的人造泥石流危險源，存在潰壩的風(fēng)險;另一方面，尾礦的堆存成本和維護(hù)成本非常高，每年都需要花費大量的資金去建設(shè)和維護(hù)[2][3]。隨著礦山的不斷開采，堆積的尾礦越來越多，截止到2019年，我國現(xiàn)有礦山企業(yè)數(shù)量超過15.5萬個，各類中小礦山超過14.5萬個，而全國尾礦庫就有400多萬個，占地面積超大1.87～2.47萬平方千米，堆積的尾礦量已超過200億噸。2012年～2016年連續(xù)五年尾礦產(chǎn)量在16億噸以上，平均年利用率僅為3.51億噸，利用率僅20%左右[4]。近幾年，尾礦提倡干式堆存，與濕式排放相比，雖然能節(jié)省30%左右的建設(shè)費用，能有效減少占地面積，但只停留在尾礦庫的管理上，而尾礦中殘留的大量有用金屬還是得不到有效利用[6]。

我國銅礦資源較為豐富，銅儲量排世界第六，但我國銅礦的需求量大，每年需要從國外進(jìn)口大致1900萬噸的銅精礦，與日本、印度、韓國是世界上最主要的四大銅礦進(jìn)口國。在我國，每年產(chǎn)生的銅尾礦量非常大，目前主要的利用方式有銅尾礦用于礦井充填或復(fù)墾土地、銅尾礦用于生產(chǎn)水泥[7]、銅尾礦制作免燒磚、銅尾礦制備微晶玻璃[8]、銅尾礦生產(chǎn)陶瓷[9]和尾礦再選[10]。尾礦再選又存在兩種方式，一是對現(xiàn)有的尾礦庫進(jìn)行再回收，二是對工藝和設(shè)備進(jìn)行改造，從而實現(xiàn)銅礦資源的最大回收，降低銅礦品位[11]。銅礦資源中大約有13-15%的銅金屬損失在銅尾礦中，而丟失在尾礦中的銅金屬只有很小一部分得到開發(fā)利用，為此充分利用銅尾礦中的銅金屬顯得尤為重要[12]。

目前國內(nèi)改善銅尾礦回收的重心主要放在工藝流程的優(yōu)化上，比如出現(xiàn)了選冶聯(lián)合流程、重-浮-磁-重選聯(lián)合流程、常規(guī)浮選流程、硫化-浮選流程、浸出-溶劑萃取-電積流程及各類浸出流程等。但往往忽略了專用浮選設(shè)備的影響，采用的都是常規(guī)浮選機。隨著人們對選礦生產(chǎn)過程的不斷認(rèn)識，無論是選礦工程師還是科研人員越來越重視工藝與設(shè)備相結(jié)合，重視針對不同的礦石性質(zhì)、粒度組成應(yīng)選擇不同類型的浮選機以使其浮選動力學(xué)性質(zhì)與流體動力學(xué)性質(zhì)相適應(yīng)，最終提高浮選指標(biāo)。

一、銅尾礦再選

我國銅尾礦品位一般在0.077%左右，整體回收率在85%左右，這就意味著有15%左右的銅金屬損失在銅尾礦中。究其原因，一方面是由于銅尾礦本身的性質(zhì)所造成：伴生礦物種類多、共生關(guān)系復(fù)雜、粒度呈現(xiàn)粗細(xì)兩頭分布[13];另一方面是由于未選擇合理的尾礦回收工藝及專用浮選設(shè)備。為此合理的工藝流程及專用浮選設(shè)備使用有利于改善選廠尾礦的回收，提高銅的整體回收率。現(xiàn)以江西某銅礦選廠尾礦再選為例，分析了改造前銅尾礦再選工藝及設(shè)備的不足，進(jìn)而在工藝及設(shè)備配置上有針對性的提出了改造方案，對比分析了改造前后尾礦再選指標(biāo)的變化。

（一）銅尾礦礦石性質(zhì)

原礦多元素化學(xué)分析結(jié)果見表1，原礦銅物相分析結(jié)果見表2。

選廠每年處理的原礦中含銅金屬量為18.5萬噸，選銅綜合回收率86.5%左右，約有13.5%的銅金屬損失在尾礦中，粒度組成及品位分析如表3所示，其中大約有53.5%損失在+120目的粒級上，即每年約有10000噸銅金屬損失在粗顆粒級上。銅尾礦中主要含銅礦物為銅的硫化礦，約占銅金屬量的86.89%，其中主要是黃銅礦，約占總銅的80%，其次為少量的黝銅礦，約占總銅的7%。黃銅礦和黝銅礦絕大多數(shù)是以貧連生體和包裹體產(chǎn)出，與黃銅礦和黝銅礦連生或包裹的脈石主要是石英和云母。為此有針對性地對尾礦中+120目的粒級的銅金屬進(jìn)行回收將提高該選廠的經(jīng)濟效益，同時提升選廠整體的技術(shù)水平。

（二）改造前、后銅尾礦再選工藝

目前該選廠尾礦回收是以小部分尾礦作為入選原料，從中回收銅金屬以及伴生的金和銀。工藝流程采用的是常規(guī)浮選流程，其中三期尾礦處理一年的銅金屬產(chǎn)量在350噸左右，品位在13%以上。由于尾礦中+120目顆粒中銅金屬損失最多，常規(guī)的工藝流程選別效果不好，富集比和回收率均不高。入選尾礦全部進(jìn)入球磨機再磨，增加了磨礦成本，為此在工藝上進(jìn)行了優(yōu)化。改造前后的工藝流程如圖1所示。

（三）改造前、后銅尾礦再選設(shè)備配置

原流程采用的是10臺JJF-16m3型浮選機，主要存在的問題一方面在于JJF-16m3型浮選機對粗粒級的浮選效果不是很好;同時受設(shè)備容積的限制，尾礦處理量只占該選廠尾礦中可回收的銅的小部分，大部分選廠尾礦資源未得到充分的回收利用。

近幾年來浮選機新技術(shù)的發(fā)展為尾礦中粗粒級目的礦物回收提供更深層次的技術(shù)依托。這些浮選新技術(shù)包括粗顆粒浮選機、類詹姆森矮體浮選柱、改進(jìn)型的淺槽機械攪拌式浮選機等[14]。礦冶科技集團有限公司作為國內(nèi)前沿的浮選機研究機構(gòu)，在選礦裝備上進(jìn)行了大量的基礎(chǔ)研究，依據(jù)不同的工況研制出了不同種類型號的浮選機，滿足各種復(fù)雜工況的使用要求。根據(jù)北礦機電多年來生產(chǎn)實踐和不斷的探索，得出如果能在浮選工藝和設(shè)備上取得突破，則尾礦回收可實現(xiàn)跨越式發(fā)展，而近幾年來浮選機新技術(shù)的發(fā)展為尾礦中粗粒級目的礦物回收提供了更深層次的技術(shù)依托。綜合成熟性、可靠性、和適用性三方面對比分析，粗顆粒型浮選機比較適合于該選廠尾礦選別的試驗研究。為此，針對該選廠銅尾礦的現(xiàn)狀提出了利用CGF-40粗顆粒浮選機進(jìn)行預(yù)先粗選。浮選設(shè)備采用專用的粗顆粒CGF-40型浮選機，其具有的主要優(yōu)勢在于：1）充氣量大，適應(yīng)粗顆粒礦物較大充氣量的要求，能形成部分相對大一點的氣泡，有利于背負(fù)較大礦粒上浮，且能提高礦粒與氣泡的接觸機會;2）輸入功率要低，葉輪對礦漿的攪拌力相對要弱，礦漿的湍流強度低，有利于粗粒礦物與氣泡集合體的形成和順利上浮;3）通過葉輪區(qū)的礦漿量大，有利于物料的懸浮和增加氣泡與礦粒的接觸機會;4）在低攪拌力下，保證了氣泡能均勻地分散在礦漿中，同時保證了較粗礦粒能充分懸浮;5）槽體較常規(guī)浮選機更淺，使背負(fù)粗粒礦物氣泡升浮距離短，同時分離區(qū)和泡沫層要更加平穩(wěn)，以縮短受干擾的距離和降低干擾力;6）泡沫堰負(fù)載速率更為合理，即泡沫可以及時進(jìn)入泡沫槽，縮短在泡沫層的停留時間，減少脫附概率[15]。

此方案的優(yōu)點在于可盡可能多地回收銅等有價金屬，提高入選的粗精礦品位及作業(yè)回收率。同時預(yù)先粗選粗精礦產(chǎn)率大大降低，進(jìn)而降低了再磨的量節(jié)省磨礦成本。

二、結(jié)果與分析

預(yù)先浮選作業(yè)浮選時間8.5min左右，粗精品位達(dá)到0.3-0.4%，其預(yù)先浮選作業(yè)銅富集比3.018倍，銅回收率達(dá)到21.13%，現(xiàn)場水篩+120目及+200目粒級產(chǎn)率分別為21.75%、32.00%（均高于常規(guī)浮選設(shè)備泡沫產(chǎn)品相應(yīng)的粒級含量10%左右）;預(yù)先粗選得到的粗精礦經(jīng)常規(guī)磨浮作業(yè)流程后，作業(yè)綜合回收率預(yù)計達(dá)80%，銅精礦品位達(dá)18%～20%。CGF-40浮選機在該選廠銅尾礦廠回收的應(yīng)用，取得較好的效果。同時我們將該工藝及粗顆粒浮選機預(yù)先粗選的設(shè)備配置應(yīng)用到其它選廠的尾礦回收中，均取得了較好的經(jīng)濟效益及社會效益，如承德地區(qū)的豐寧三贏鐵礦、隆化順達(dá)礦業(yè)、雙灤建龍地等多個礦山，回收選鐵尾礦中的-200目30%左右的磷礦物，最大上浮粒徑0.7mm-1.2mm;首鋼秘魯鐵礦采用該設(shè)備回收鐵精礦中硫鐵礦，粒度為-200目10%左右，浮選濃度為35%，最大粒徑達(dá)1.5mm; 宜春鉭鈮礦回收粒度較粗的鋰礦物。均主要分布在+0.5mm、-0.5～+0.212mm和-0.212～+0.1mm這三個粒級，從各個粒級的回收率可以看出，在-0.5～+0.212mm、-0.212～+0.1mm和-0.1～+0.075mm三個粒級的回收率均較高，其中-0.1～+0.075mm的回收率最高，達(dá)到85.52%，總體回收率達(dá)73.61%。

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作者簡介：

于哲（1991-），男，漢族，內(nèi)蒙古赤峰市人，助理工程師，碩士（美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校）。