多寶山銅礦選礦工藝及裝備綜合評述

賴桂華

1黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司 黑龍江黑河 161416

2紫金礦業(yè)集團股份有限公司 福建上杭 364200

黑龍江多寶山銅業(yè)股份有限公司是紫金礦業(yè)全資控股企業(yè)，公司開發(fā)建設(shè)的多寶山銅 (鉬)礦位于黑龍江省嫩江市北部，大興安嶺隆起帶與松遼沉降帶的銜接部位，是國內(nèi)探明可供開采的大型銅礦之一，也是黑龍江省重點建設(shè)項目，主要礦石類型為硫化礦，屬大型低品位斑巖型銅鉬礦。多寶山銅礦銅資源儲量大，可回收的伴生有益組分多，先后經(jīng)過兩期技改擴建，目前已形成了 8 萬 t/d 的選礦生產(chǎn)規(guī)模，躋身為國內(nèi)第二大銅礦山[1-3]。

多寶山銅礦的選礦系統(tǒng)涵蓋了多種選礦工藝，工藝流程靈活，對礦石適應(yīng)性強，工藝參數(shù)及指標穩(wěn)定，另外設(shè)計的碎磨系統(tǒng)礦石“互通互調(diào)”流程，極大地增強了整體選礦流程的穩(wěn)定性和運行效率；選礦設(shè)備也以國內(nèi)外先進的大型化、高效率裝備為主，并引入了自動化控制技術(shù)，穩(wěn)步提高了礦石性質(zhì)、選礦工藝和選礦裝備的適配度，有效發(fā)揮了選礦規(guī)模效應(yīng)，為實現(xiàn)有用礦物資源的高效綜合回收利用提供了有利保障。筆者系統(tǒng)地介紹多寶山銅礦選礦工藝及裝備，為我國大型礦山資源的開發(fā)建設(shè)及選礦利用提供技術(shù)指導(dǎo)和借鑒。

1 礦石性質(zhì)特征

1.1 礦石礦物組成情況

礦石中可回收的主要金屬元素為 Cu，可伴生回收的元素為 Au、Ag、Mo，其中含銅 0.40% 左右，含鉬 0.012%，含金 0.11 g/t，含銀 1.6 g/t；主要含銅礦物為黃銅礦，其次為斑銅礦，少量輝銅礦，微量自然銅，含鉬礦物主要為輝鉬礦。其他金屬硫化礦物主要有黃鐵礦，少量磁黃鐵礦、方鉛礦、高鐵閃鋅礦等，金屬氧化礦物主要有紅鋅礦、赤鐵礦，少量磁鐵礦、褐鐵礦、金紅石等。非金屬礦物主要有石英、絹云母化長石、黑云母、鈉長石、歪長石，其次為斜長石、角閃石、輝石、碳酸鹽礦物方解石和含鐵白云石，另有少量綠泥石、綠磷石、高嶺石、磷灰石等。

1.2 主要金屬礦物嵌布特征

該礦中黃銅礦多呈微細粒、粗粒他形粒狀集合體團塊狀或脈狀嵌布于脈石中，或呈微細粒浸染狀嵌布于脈石中，少部分呈微細粒-細粒乳濁狀、細脈狀嵌布于黃鐵礦中，黃銅礦多與斑銅礦、黃鐵礦、赤鐵礦、磁鐵礦交代共生，黃銅礦主要嵌布特征如圖 1 所示。黃銅礦嵌布粒度分布較廣，從 0.1～20 μm 的微細粒浸染狀和乳濁狀到達 2 mm 的團塊狀黃銅礦集合體均有分布。礦石中微細粒浸染狀黃銅礦在磨礦過程中難以完全解離，這部分銅礦物回收難度相對較大，或以連生體礦物形式進入銅精礦中影響精礦質(zhì)量。

圖1 黃銅礦呈微細粒-細粒浸染狀嵌布于脈石中Fig.1 Chalcopyrite disseminated in gangue in form of micro-fine and fine particles

1.3 影響金屬回收的主要礦物學(xué)因素

礦石中主要含銅礦物為黃銅礦，其次為斑銅礦，少量輝銅礦另有微量自然銅。由于斑銅礦易氧化，可浮性差，難以充分回收，為影響銅回收率的因素之一。從礦物粒度分布情況分析，黃銅礦、斑銅礦、輝銅礦粒度均以微細粒-細粒為主，粒度整體偏細，也是影響銅礦物回收的重要因素。

鉬大多數(shù)以輝鉬礦形式存在，主要含鉬礦物為輝鉬礦，輝鉬礦粒度分布較廣，其中微細粒礦物含量占比較高。輝鉬礦在 -74 μm 含量占 73% 的磨礦細度下解離度不高，單體含量僅占 65% 左右，且連生體中多為 1/5 連生體和 ＜ 1/5 連生體。輝鉬礦主要與硅酸鹽礦物黑云母、石英連生，少量與鐵白云石等脈石礦物連生，極少量與斑銅礦、黃鐵礦連生。輝鉬礦部分粒度偏細，與黑云母、石英、鐵白云石等脈石礦物連生部分難以充分回收利用，是影響鉬回收的主要原因。

礦石中長石絹云母化、黑云母、綠泥石等易浮泥化的脈石礦物與黃銅礦、輝鉬礦的可浮性類似，疏水性好，是影響精礦產(chǎn)品品質(zhì)的重要因素。

2 選礦工藝評述

多寶山銅礦選礦工藝主體分為碎磨工藝、浮選工藝和脫水工藝，各種工藝融合了銅鉬礦選礦領(lǐng)域先進的工藝流程，很好地實現(xiàn)了與礦石性質(zhì)的高度匹配，為銅及伴生鉬、金、銀資源的綜合回收奠定了基礎(chǔ)。

2.1 碎磨工藝

碎磨工藝包括了“粗碎+半自磨+球磨+頑石開路破碎”(SABC)流程，“三段一閉路碎礦+球磨”(3CB)流程，以及“高壓輥磨+球磨”3 種碎磨流程，并通過輸送帶轉(zhuǎn)運至輸送系統(tǒng)，將 3 種碎磨流程融合形成了礦石的互通互調(diào)流程，如圖 2 所示。由圖2 可知，礦石的碎磨輸送系統(tǒng)匯集了 3 種碎磨工藝各自的優(yōu)勢特點，充分發(fā)揮了流程的互聯(lián)互補功能，提高了碎磨工藝的穩(wěn)定性和協(xié)調(diào)性，保障了各系列磨機供料的平衡。目前系統(tǒng)實現(xiàn)了“半自磨+球磨”系統(tǒng)3.0 萬 t/d，“三段一閉路碎礦+球磨”系統(tǒng) 5.0 萬 t/d，“高壓輥磨+球磨”系統(tǒng) 0.5 萬 t/d 的碎磨處理能力，同時使球磨機閉路分級旋流器溢流產(chǎn)品細度 -74 μm 含量占 67% 以上，為浮選作業(yè)提供了合格的入浮粒度。

2.2 浮選工藝

多寶山銅礦一二期浮選工藝主流程分別為“銅鉬等可浮+強化選銅+銅鉬分離浮選”，“銅鉬混合+銅鉬分離浮選”工藝 (見圖 3)。其中一期浮選流程具體為：旋流器溢流礦漿樣經(jīng)銅鉬等可浮粗選產(chǎn)出銅鉬等可浮混合粗精礦，后經(jīng)三次精選+一次精掃選得到銅鉬混合精礦 1，銅鉬等可浮粗選尾礦進行強化選銅作業(yè)，產(chǎn)出強化選銅粗精礦，后經(jīng)艾砂磨再磨后三次精選得到銅鉬混合精礦 2，強化選銅尾礦經(jīng)三次掃選后得到最終浮選尾礦；銅鉬分離浮選工藝為銅鉬混合精礦經(jīng)一次粗選、二次掃選、鉬粗精礦艾砂磨再磨后6 次精選流程分別得到鉬精礦和銅精礦。二期主流程分為 2 個浮選系列，具體工藝為：旋流器溢流礦漿樣經(jīng)銅鉬混合粗選產(chǎn)出銅鉬混合粗精礦，后經(jīng)立式攪拌磨機閉路再磨后三次精選產(chǎn)出銅鉬混合精礦，銅鉬混合粗選尾礦經(jīng)三次掃選得到最終浮選尾礦；銅鉬分離浮選工藝為銅鉬混合精礦經(jīng)濃密機脫藥后浮選機一次粗選、二次掃選，鉬粗精礦經(jīng)浮選柱四次精選后分別得到鉬精礦和銅精礦。浮選工藝中所用藥劑如表 1 所列。

圖2 碎磨系統(tǒng)礦石互通互調(diào)工藝流程Fig.2 Process flow of ore interworking and mutual adjustment in crushing and grinding system

圖3 浮選工藝流程Fig.3 Flotation process flow

2.3 選礦脫水工藝及回水流程

選礦廠采用的脫水工藝目的是實現(xiàn)固-液分離，除去選礦產(chǎn)品中的大量水分，脫水工藝不僅滿足了精礦冶煉和加工的需要，同時使精礦和尾礦溢流水重新返回選廠再次利用，減少了新鮮水消耗量。固液分離技術(shù)主要分為重力沉降技術(shù)和過濾技術(shù)，其中沉降技術(shù)根據(jù)礦漿中固體顆粒所受主要作用力的性質(zhì)，采用重力沉降濃縮工藝，過濾技術(shù)又分為陶瓷真空過濾和板框壓濾兩類[4-5]。

圖4 所示為多寶山銅礦脫水工藝及回水流程。由圖 4(a)可知，浮選銅精礦礦漿質(zhì)量分數(shù)為 20%，經(jīng)濃密機濃縮沉降，絮凝劑輔助強化沉降脫水后，得到銅精礦底流質(zhì)量分數(shù)為 45%，再經(jīng)陶瓷過濾或板框壓濾分別得到含水率為 11%、10% 的銅精粉；濃密機溢流水經(jīng)沉淀池再次沉淀后，得到的澄清水輸送至尾礦庫二次循環(huán)利用；另外鉬精礦也采用相同的“濃密機濃縮+板框壓濾”的兩級脫水工藝，但獲得的鉬精粉含水率為 20%。由圖 4(b)可知，浮選尾礦礦漿質(zhì)量分數(shù)為 20%，經(jīng)濃密機濃縮沉降，絮凝劑輔助強化沉降脫水后，得到尾礦底流質(zhì)量分數(shù)為 45%～50%，再通過渣漿泵輸送至尾礦堆存；濃密機溢流水自流至廠前回水池，經(jīng)離心泵輸送至高位水池，而尾礦庫澄清水可通過船泵輸送至高位水池，高位水池水自流進入選礦廠生產(chǎn)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)了產(chǎn)品脫水及選礦廢水資源化循環(huán)利用。

表1 浮選工藝中的藥劑種類及其性能作用Tab.1 Types and performance of reagents in flotation process

圖4 脫水工藝及回水流程Fig.4 Dewatering and backwatering process flow

3 選礦裝備評述

選礦設(shè)備按選礦流程主要包括破碎機、振動篩、球磨機、分級機、浮選機、濃縮機和過濾機等，同時還配套給礦機、帶式輸送機、攪拌槽以及各類渣漿泵，以構(gòu)成完整的碎磨、浮選、脫水等選礦工藝流程，整個選礦設(shè)備體系形成一條高效、規(guī)模大、經(jīng)濟合理、工藝穩(wěn)定的生產(chǎn)線[6-8]。多寶山銅礦選礦設(shè)備呈現(xiàn)出設(shè)備品牌種類多、大型化、功能互補效應(yīng)好、先進性強、自動化程度高等優(yōu)勢特點，很好地實現(xiàn)了與選礦工藝的相互滲透和融合。

3.1 碎磨裝備

碎磨系統(tǒng)設(shè)備的主要特點是大型化、品牌多、規(guī)模效應(yīng)好，部分設(shè)備如φ11.0 m×6.4 m 半自磨機、GM140-100 高壓輥磨機等，實現(xiàn)了當時在國內(nèi)礦山領(lǐng)域最大規(guī)格裝備的首次創(chuàng)新應(yīng)用，碎磨系統(tǒng)主要設(shè)備如表 2 所列。

3.2 浮選裝備

浮選裝備根據(jù)處理能力和工藝流程配置了不同規(guī)格的浮選機和粗精礦再磨裝備，引進了 320 m3系列大型自吸氣式浮選機，實現(xiàn)了大型自吸氣和充氣式浮選機聯(lián)合配置技術(shù)，滿足了不同規(guī)模和不同礦物分選的要求。浮選粗精礦再磨裝備中，有 CSM-1120 立式攪拌磨機、艾砂磨機等。多寶山銅礦 8.0 萬 t/d 浮選系統(tǒng)主要裝備如表 3 所列。

3.3 脫水裝備

脫水工藝中主要裝備為濃密機和過濾機，并配套礦漿輸送渣漿泵和回水輸送離心泵。其中一期銅精礦濃密機為 GNZ-12 高效中心傳動濃密機，過濾設(shè)備為 TC-45 陶瓷過濾機；尾礦濃密機為 GNZ-70 高效中心傳動濃密機，底流采用多級渣漿泵輸送，單系列為 3 臺 300ZGB(P)渣漿泵 (2 個系列，一用一備)；廠前回水采用 6 臺 KQSN300-N6/488 雙吸離心泵。二期銅精礦濃密機為 NZY-24 濃縮機，過濾設(shè)備為自動高效隔膜板框壓濾機；尾礦濃密機采用奧圖泰φ62 m高效濃密機，底流采用多級渣漿泵輸送，單系列為 3臺 16/14TU-AHRP 渣漿泵 (2 個系列，一用一備)；廠前回水采用 4 臺 MD1000-72*2 多級離心泵。

表2 碎磨系統(tǒng)主要裝備Tab.2 Main equipments of crushing and grinding system

表3 浮選系統(tǒng)主要裝備Tab.3 Main equipments of flotation system

4 選礦工藝指標

近年來，多寶山銅礦圍繞生產(chǎn)過程中的技術(shù)難題，針對性地開展了多項選礦技術(shù)研究，通過新設(shè)備、新藥劑、新流程的應(yīng)用及選礦技術(shù)管理的不斷升級，選礦工藝指標持續(xù)穩(wěn)定改進，實現(xiàn)了高寒地區(qū)低品位銅礦及伴生礦物資源的高效回收。在銅精礦品位變化不大的情況下，選礦回收率及尾礦指標如圖 5 所示。由圖 5 可知，金屬回收率呈現(xiàn)逐步增加趨勢并趨于穩(wěn)定，選銅尾礦中銅品位逐漸降低。說明通過系列新技術(shù)的應(yīng)用，金屬資源的回收效率顯著提高。

圖5 主要選礦工藝指標的變化Fig.5 Variation of main beneficiation indexes

5 結(jié)論

多寶山銅礦經(jīng)過一二期選礦廠技改擴建后，現(xiàn)已形成了 8 萬 t/d 的選礦處理能力，發(fā)明設(shè)計的選礦工藝和裝備實現(xiàn)了深度融合和互補，設(shè)備運轉(zhuǎn)效率高，規(guī)模效應(yīng)突出，工藝穩(wěn)定性強，很好地實現(xiàn)了與礦石性質(zhì)的高度匹配，促進了低品位銅礦物及伴生金屬資源的高效綜合利用。未來選礦工藝、裝備管理和研究的重點在于：

(1)持續(xù)發(fā)揮工藝流程的互通互調(diào)功能，提高選礦系統(tǒng)協(xié)同調(diào)控能力，充分發(fā)揮設(shè)備的規(guī)模效應(yīng)，實現(xiàn)選礦過程的穩(wěn)定運行和節(jié)能降耗；

(2)強化高壓輥磨機在碎礦系統(tǒng)的輔助作用，提高備礦能力，保障磨礦系統(tǒng)的供礦穩(wěn)定及供料粒度的合格率；

(3)基于礦石的工藝礦物學(xué)性質(zhì)，加強礦物粒度對浮選指標的影響研究，優(yōu)化浮選過程的再磨效果，增加可浮粒度級別占比，降低銅金屬在粗粒級尾礦中的損失，提高銅回收率；

(4)加強銅鉬分離浮選過程濃縮脫藥與“浮選機+浮選柱”聯(lián)合浮選相配套技術(shù)的工程化應(yīng)用研究，提高低品位伴生鉬資源的綜合回收率；

(5)努力推進選礦廠集中配藥加藥、自動化配球加球、選礦專家系統(tǒng)以及全流程智能選礦系統(tǒng)建設(shè)。