銅冶煉爐灰旋流—篩分除鉛回收銅鎳技術

尚錦燕

(新疆紫金鋅業(yè)有限公司，新疆 烏恰 845450)

銅冶煉爐灰一般含有較高品位的銅、鉛、鋅、鎳等有用元素，綜合回收冶煉煙灰中的銅、鎳等有價元素，對降低環(huán)境污染、提高企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義[1-5]。由于爐灰密度較低、氧化程度高，很難用常規(guī)選礦工藝處理[6-10]。針對某銅冶煉廠爐灰金屬元素粒級分布存在明顯差異的特點，嘗試將鉛元素脫除，從而將低鉛產(chǎn)品返回高爐回收鎳。本文開展了常規(guī)物理分選除鉛的試驗研究，考察了螺旋溜槽重選、磁選、水力旋流分選以及高頻細篩篩分等不同分離方式的分選效果。

1 原料性質

爐灰的真密度為1.56×103kg/m3，主要含鎳、鉛、鐵、銅等，粒度和金屬分布情況見表 1。由表1可知，鉛主要分布在-45 μm粒級，而鎳、銅比較均勻地分布于各個粒級，且鎳、銅結合在一起，鐵主要分布于+45 μm粒級。+74 μm產(chǎn)品中鉛分布率低，鎳、鐵分布率高，金屬分布率差異顯示該爐灰具有通過分級實現(xiàn)脫鉛的條件。

表1 爐灰固廢部分金屬含量及分布

2 爐灰除鉛

為將爐灰中大部分鉛脫除，從而將鉛含量低于0.30%的爐灰返回冶煉系統(tǒng)回收?？紤]到工業(yè)化生產(chǎn)很難達到實驗室條件下直接用45 μm標準篩進行準確篩分的效果，因此需要綜合考慮采用其他物理分選方法。經(jīng)綜合分析，選用磁選、螺旋溜槽重選、旋流器分選以及細篩篩分等方式進行分離。

2.1 磁選

磁選是處理含磁性礦物的一種簡單有效的分選方法，爐灰中的鐵、鎳可能以多種形式存在并具有一定磁性，且鐵主要分布于較粗的粒級，而鉛及其氧化物沒有磁性，主要分布于細粒級，可以嘗試用磁選的方法進行分離，將鉛富集于非磁性產(chǎn)品中。

磁選設備采用Φ40 mm×30 mm永磁筒式磁選機，設定磁場強度為95 kA/m，轉速為40 r/min。采用一次粗選、兩次掃選流程，工藝流程見圖 1，試驗結果見表 2。

圖1 磁選試驗流程

表2 磁選試驗結果

由表 2可知，磁性產(chǎn)物中鐵、鎳得到明顯的富集，鉛含量明顯降低；磁性產(chǎn)物中鐵含量從19.89%提高至38.93%，富集比達到1.96，回收率達到82.60%；鎳含量從2.40%提高至3.46%，富集比達到1.44，回收率達到60.84%；非磁性產(chǎn)物中鉛的含量從2.04%提高至2.88%，富集比達到1.41，回收率達到82.62%。

盡管磁選可以將磁性物質和非磁選物質進行分離，磁性產(chǎn)品中鉛的含量明顯降低，但磁選法難以實現(xiàn)將磁性物中鉛的含量降低至0.30%以內的目標，因此通過磁選降鉛不可行。

2.2 螺旋溜槽重選

螺旋溜槽是一種按照礦物密度進行分選的重選設備[1]，廣泛用于鐵礦物、錫石和煤的分選。螺旋溜槽的主體工作部件是一個螺旋形的溜槽，一般螺旋圈數(shù)有3～5，豎直安裝，礦漿自頂部給料，在沿槽流動過程中發(fā)生分層，重礦物向內圈和底層運動富集，輕礦物向外圈和上層運動富集，并在最末端的接料器處截取高密度產(chǎn)物、中間密度產(chǎn)物和輕密度產(chǎn)物。考慮到鉛的密度比較大，更容易富集在螺旋溜槽的重產(chǎn)物帶，從而將鉛富集和分離。

試驗裝置采用直徑Φ1 000 mm，螺距430 mm，4圈的螺旋溜槽。清水流量穩(wěn)定控制在2.2 m3/h，同時將爐灰配置成30%的質量濃度，均勻從頂部補加，一次分選從底部截取重產(chǎn)物和輕產(chǎn)物兩種產(chǎn)品，試驗結果見表3。

表3 螺旋溜槽重選試驗結果

由表 3可知，重產(chǎn)物中鉛、鎳含量較高，說明采用螺旋溜槽重選，鉛和鎳可得到一定程度的富集，其中，鉛富集比達到3.19，含量達到6.51%，鎳的富集比為1.21，含量達到2.90%，鉛的富集程度更高，但重產(chǎn)物中鉛的回收率只有49.46%，回收率偏低，而且重產(chǎn)物中鎳的回收率只有18.73%。輕產(chǎn)物中鉛的含量仍較高，為1.22%。

綜合分析，通過螺旋溜槽重選方法，在重產(chǎn)物中鉛的富集效果比較明顯，但回收率偏低，輕產(chǎn)物中鉛的含量仍然較高，說明螺旋溜槽重選分選鉛有一定的富集效果，但對處理細粒級鉛的回收率并不高。

2.3 旋流器分選

旋流器是一種用水為介質，利用離心力場加速不同密度和粒度的顆?？焖俪两捣旨壍脑O備。在旋流器內部，離心強度可以達到數(shù)十至數(shù)百倍的重力加速度，在強大的離心力作用下，旋流器內部密度大、粒度粗的顆粒向旋流器的底流中富集，密度小、粒度細的顆粒一般往旋流器的溢流中富集，選擇合適的旋流器結構可以得到我們希望的溢流和底流分流比例。

由于試驗物料密度較小，因此盡可能地采用小規(guī)格旋流器分級以提升旋流器內部的離心強度，試驗裝置選擇Φ150 mm旋流器，旋流器沉砂嘴直徑28 mm，在壓力200 kPa、旋流器給料濃度15%的條件先進行旋流分選，結果見表4。

表4 旋流器分選試驗結果

由表4可知，旋流器溢流產(chǎn)物中鉛富集比達到了4.51，而且溢流中鉛的回收率達到77.70%。溢流產(chǎn)品中鎳的富集程度較低，溢流中的鎳含量只有1.90%，鎳在溢流中的回收率只有13.64%；旋流器底流產(chǎn)物中鉛含量明顯降低，降到了0.55%，鎳的含量略有富集，含量提高到2.50%，但富集不明顯。

旋流器有分選和分級作用，在溢流產(chǎn)物中，鉛的含量富集比和回收率都很高，說明鉛按照粒度分級效果比密度分選的效果要明顯。在旋流器的底流中鉛的含量較低，接近0.30%的鉛含量要求，另一方面，底流中鎳的回收率也很高。

2.4 細篩篩分

細篩是一種細粒級分級的設備，篩分的優(yōu)點是篩分物料一般嚴格按照設定的粒度進行分級，篩孔的尺寸決定了篩分粒度。試驗用高頻細篩，篩子采用高頻振動電機，振動頻率24 Hz、傾角15°，采用防堵聚氨酯條縫篩網(wǎng)?？紤]到物料按照45 μm分級，由于市場上沒有那么細的篩孔，因此采用74 μm篩孔篩子進行篩分。篩子給料質量濃度20%，試驗結果見表5。

表5 細篩試驗結果

由表 5可知，篩下產(chǎn)品中鉛的富集比達到了3.05，而且篩下中鉛的回收率較高，達到87.05%。篩下產(chǎn)品對鎳的富集程度不高，富集比只有0.92，回收率有26.17%，說明鎳主要存在于粗粒級中；篩上產(chǎn)品中鉛的明顯降低達到0.37%，鎳的含量為2.20%。

細篩篩上產(chǎn)物鉛含量很低，篩下產(chǎn)物鉛含量富集比和回收率都很高，相比旋流器的分選效果要好，但試驗未達到將篩上產(chǎn)物中鉛的含量降低至0.30%以內的目標。

2.5 各種分離方法所得產(chǎn)物富集比和回收率結果比較

將磁選、螺旋溜槽、旋流器和細篩的試驗關鍵指標匯總，結果見表6。由表6可知，四種分選方式中，對鉛的富集比最高的分選方式是旋流器分級，其次是螺旋溜槽和細篩，磁選機的富集比最低。四種分選方式得到的富鉛產(chǎn)物中只有螺旋溜槽對鎳的富集比大于1，鎳的回收率最低的分選方式是旋流器、其次是螺旋溜槽、細篩、磁選機。

表6 四種分選方式比較

3 試驗流程優(yōu)化

旋流器和細篩都是主要按粒度來分級從而實現(xiàn)分選功能，而且都取得了較好的效果，考慮到將旋流器和細篩組合使用或可將鉛的含量進一步降低。因此將試驗流程優(yōu)化為旋流器—細篩組合分選(圖2)，試驗中，旋流器和篩子的給礦條件和控制參數(shù)不變，試驗結果見表7。

圖2 旋流器—細篩組合分選流程

表7 旋流器—細篩組合分選結果

由表7 可知，細粒產(chǎn)物中鉛的富集比達到了2.67，而且篩下中鉛的回收率達到92.30%，鉛富集程度高，鎳的富集程度不高，富集比只有0.92，回收率有31.67%；粗粒產(chǎn)物中鉛含量明顯降低，達到0.24%，鎳的含量為2.20%。而且旋流器—細篩組合分選流程將粗粒產(chǎn)物中的鉛含量降低至0.24%，達到了小于0.30%的試驗要求，鎳的回收率達到68.33%，說明試驗效果好。

4 結論

1)銅冶煉爐灰中的鉛主要分布于-45 μm粒級，鎳均勻分布于各個粒級，采用旋流器—細篩組合分選方式進行除鉛可以實現(xiàn)除鉛目標，其中，富鉛產(chǎn)品中鉛富集比2.67、回收率92.30%，鎳的回收率31.67%，低鉛產(chǎn)品鉛含量0.24%。

2)旋流器和細篩都屬于粒度分級設備，選擇旋流器—細篩組合分選流程對爐灰原料成分的波動有較好的適應性。同時試驗裝置采用的都是可工業(yè)化設備，試驗結果可以直接指導后期的工業(yè)生產(chǎn)。