銅冶煉爐渣選礦的典型性分析

夏自發(fā)， 鄒毅仁， 張曉剛， 楊曉文

(1.中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038； 2.內蒙古黃崗礦業(yè)有限責任公司， 內蒙古 赤峰 025350)

1 前言

選礦方法處理銅冶煉爐渣具有處理能力大、回收率高、成本低、富集效果好的特點，是目前回收銅渣中有用組分最經濟有效的方法之一。

銅渣選礦廠的入選原料為銅冶煉爐渣，在項目建設前，一般沒有可利用的有代表性的原料進行前期研究，需要參考類似銅渣選礦廠生產實踐，因此，深入理解具體項目特性與準確把握銅渣選礦的共性都非常重要。

國內已建成投產了多個銅渣選礦廠，并在試驗研究、工程設計、項目建設、運營管理、設備維護、工藝流程、指標控制等方面提供了大量的信息和資料。

截至目前，由中國恩菲工程技術有限公司負責咨詢、設計的銅渣選礦項目有60多個，其中有10多個銅渣選礦廠已投產運營，已積累了大量的設計、工程和生產實踐經驗。

通過梳理、對比、分析和總結銅渣選礦領域的文獻、報告、經驗和數(shù)據(jù)，可以歸納出銅渣選礦的共性。

2 典型性分析

2.1 原料性質

(1)主要礦物有銅硫化物、金屬銅、磁鐵礦、鐵橄欖石、石英、玻璃體等，各礦物的相對含量與冶煉工藝有關。

(2)質硬、性脆、易碎、難磨、密度大。

(3)有用組分粗細嵌布不均，兩頭多中間少，需要細磨才可解離。

(4)不同冶煉工藝產生的銅渣，含銅品位差異大，一般為0.6%～6%。

(5)銅渣的含銅品位受冶煉爐放渣操作的影響較大，入選品位波動較大。

2.2 緩冷制度

銅渣中銅、鐵的賦存狀態(tài)及嵌布粒度直接影響了銅渣的可選性，而晶粒大小又主要取決于渣包在相變溫度以上時的冷卻速度。

綜合考慮結晶粒度、渣包投資、緩冷場地、安全生產等因素，在相變溫度(約1 050 ℃)以上時，應放慢冷卻速度，在相變溫度以下時，應加快冷卻速度，從而縮短冷卻周期。

典型的緩冷方式：為了減少“放炮”概率，緩冷終點溫度可控制在950 ℃～1 000 ℃，高于此溫度時，渣包自然冷卻，一般熔煉爐渣自然冷卻時間不宜少于8 h，轉爐渣不宜少于24 h；低于此溫度時，渣包加水冷卻，倒包溫度可控制在壁溫60 ℃以下，以減少“紅包”概率。

2.3 預破碎

緩冷渣包的容積一般不小于12 m3，為了避免大塊銅渣堵塞破碎機，需要在渣堆場進行預破碎。典型的預破碎方式：在緩冷場冷卻后的銅渣，采用渣包車或龍門吊傾倒至渣堆場，自然地形跌落高差為3 m左右，大部分緩冷渣在墜落時被摔碎，小部分未被摔碎的大塊緩冷渣利用移動式液壓破碎機進行預破碎，破碎后的銅渣粒度為0～500 mm，采用前裝機倒運至粗碎廠房的原料緩沖礦倉。

2.4 碎磨工藝

碎磨作業(yè)是渣選車間基建投資、電耗及鋼材消耗最多的生產環(huán)節(jié)，選擇節(jié)能低耗的碎磨工藝，是實現(xiàn)銅渣選礦節(jié)能降耗目標的關鍵。

碎磨工藝主要有以下三類：

1)常規(guī)碎磨工藝(主要是以圓錐破碎機為代表的多段破碎工藝)

該工藝已經在河南靈寶、山西垣曲、湖北大冶、山東方圓銅業(yè)、內蒙古華鼎銅業(yè)、四川會理和越南生權等地區(qū)或企業(yè)的銅渣選礦廠應用。

2)半自磨工藝(主要是SAB工藝)

該工藝已經在河南豫光金鉛、青海銅業(yè)、河南中原黃金、山東煙臺國潤、山西侯馬、江西貴溪、福建紫金銅業(yè)、廣西防城港和贊比亞謙比希等地區(qū)或企業(yè)的銅渣選礦廠應用。

3)高壓輥磨工藝(以高壓輥磨機為核心設備的超細碎工藝)

高壓輥磨工藝廣泛應用于鐵礦、水泥等行業(yè)，但應用于銅渣破碎的案例極少。

根據(jù)國內銅渣選礦的生產現(xiàn)狀，目前廣泛應用的碎磨工藝主要是常規(guī)碎磨工藝和半自磨工藝。

基于工業(yè)場地條件和屬地環(huán)保要求，典型的碎磨工藝是半自磨工藝，該工藝也是近十年來新建銅渣選礦中應用最廣泛的工藝。

半自磨工藝的主要優(yōu)點：能接受較大的給料粒度,可替代中細碎和篩分作業(yè)，避免了銅锍的循環(huán)累積；工藝流程短，占地面積小；作業(yè)環(huán)境友好，有利于達到環(huán)保要求。主要缺點是電耗較高。

2.5 磨浮流程

銅渣中銅的賦存狀態(tài)復雜，金屬銅和銅礦物嵌布粒度粗細不均，兩頭多中間少，+0.074 mm和-0.038 mm的占比都較高。磨礦細度-0.074 mm占75%時，部分金屬銅和銅礦物已經單體解離，單體解離的金屬銅可浮性非常好，上浮速度快，回收率高。

多個銅渣選礦廠生產實踐表明，磨礦細度-0.074 mm占75%時，粗磨后快速浮選作業(yè)的銅品位28%～35%，銅回收率高達70%，大部分的銅可在粗磨條件下回收。在該磨礦細度下，還有部分金屬銅或銅礦物沒有單體解離，甚至為包裹體，需要再磨才能解離，這些細粒的金屬銅、銅礦物及其連生體，可浮性稍差，上浮速度慢，需要較長的浮選時間。

生產實踐及諸多研究結果均表明[1-4]，銅渣選礦宜采用階段磨礦階段選別流程。

2.6 取消中礦單獨再磨再選

多個銅渣選礦廠的生產實踐，中礦的礦量波動大、粒度細、濃度低，分級效率低，磨礦效率也低，再選作業(yè)不穩(wěn)定，對銅渣選礦的指標提升不明顯，生產中停開或取消中礦單獨再磨再選作業(yè)[5-6]。

2.7 藥劑制度

選用合適的捕收劑是實現(xiàn)金屬銅、銅礦物與脈石有效分離的關鍵。通過文獻統(tǒng)計，使用頻率較高的捕收劑有Z-200、丁基黃藥、丁胺黑藥、異戊基黃藥，這些藥劑都有較好的浮選效果，組合使用效果最好，其次為混合使用，單獨使用稍差[7]。

具有起泡能力的捕收劑對金屬銅浮選效果較好，Z-200對金屬銅的浮選效果最好，丁胺黑藥和異戊基黃藥次之，丁基黃藥相對較差。

丁基黃藥對硫化銅的浮選效果較好，但對氧化銅礦物捕收效果較差。

異戊基黃藥對硫化銅的捕收能力最強，但選擇性稍差，對氧化銅礦具有一定的捕收作用。

典型的捕收劑組合是Z-200與異戊基黃藥組合、Z-200與丁基黃藥組合[8]?？焖俑∵x和粗選使用Z-200，掃選使用異戊基黃藥，使用Z-200對部分品位高、可浮性好的金屬銅和銅礦物進行選擇性浮選之后，再采用捕收能力更強的異戊基黃藥進行掃選，可以有效降低渣選尾礦含銅品位。

2.8 磁選

對浮選尾礦采用磁選工藝選鐵，渣選鐵精礦TFe品位可達48%～52%，產率可達30%～40%。渣選鐵精礦可作為重介質用于洗煤廠，也可用作煉鐵廠和水泥廠的配料，為企業(yè)創(chuàng)造較大的附加價值。

2.9 過濾

由于采用階段磨礦階段選別，渣選銅精礦的粒度較粗，易過濾，不需要采用壓濾機脫水，渣選銅精礦、渣選鐵精礦和渣選尾礦都可以采用陶瓷過濾機脫水，易操作，成本低，產品水分可以滿足冶煉和外售的要求。

3 典型工藝流程及指標

通過對銅渣選礦的典型性分析，可以提煉出適合銅渣選礦的典型工藝流程為：“粗碎+半自磨+粗磨+快速浮選+再磨+一粗三掃二精浮選+尾礦磁選”，最終產品為渣選銅精礦、渣選鐵精礦和渣選尾礦。典型工藝流程如圖1所示。多個銅渣選礦廠采用了該工藝流程，投產后達產達標順利、流程順暢平穩(wěn)、生產指標先進，部分銅渣選礦廠所獲得的技術指標見表1。

圖1 適合銅渣選礦的典型工藝流程

4 結論

(1) 通過對銅渣選礦的典型性分析，歸納出取得良好技術經濟指標的通用措施，如渣包高溫緩冷、渣堆場預破碎、半自磨工藝、階段磨礦階段選別、取消中礦單獨再磨再選、組合用藥、磁選回收鐵和改善過濾性能等。

表1 銅渣選礦廠實例

(2) 提煉出適合銅渣選礦的典型工藝流程為：“粗碎+半自磨+粗磨+快速浮選+再磨+一粗三掃二精浮選+尾礦磁選”，最終產品為渣選銅精礦、渣選鐵精礦和渣選尾礦。

(3) 多個銅渣選礦廠采用了該工藝流程，投產后達產達標順利、流程順暢平穩(wěn)、生產指標先進。