某銅冶煉渣選礦廠流程改造研究和實(shí)踐

馮 斌 王子濤 楊利平 柴垣民

(中條山有色金屬集團(tuán)有限公司，山西 運(yùn)城 043700)

銅是一種重要的金屬資源，廣泛應(yīng)用于工業(yè)發(fā)展的各個領(lǐng)域，自2002年中國成為世界最大銅消費(fèi)國以來，世界銅消費(fèi)增量便主要來自中國，根據(jù)國際銅研究組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(ICSG)，2019年世界銅精礦產(chǎn)量2 055.3萬t，僅中國消費(fèi)量便高達(dá)718.0萬t，占全球消費(fèi)量的34.9%。而我國銅生產(chǎn)以火法冶煉為主，銅產(chǎn)量的97%以上由銅精礦經(jīng)火法冶煉生產(chǎn)[1]，隨之而來的便是銅冶煉渣的大量堆存，一般每冶煉1 t金屬銅，會產(chǎn)生2～3 t銅冶煉渣[2]，巨大的產(chǎn)量不僅占用土地資源，造成土壤及水體污染，更造成了銅資源的極大浪費(fèi)。

銅冶煉渣是火法煉銅的產(chǎn)物，主要成分有銅硫化物、磁鐵礦、磁黃鐵礦、少量金屬銅、硅酸鹽類礦物和玻璃體等，硅酸鹽類礦物以鐵橄欖石為主、輝石類次之[3]。銅冶煉渣中有價金屬的回收主要有選礦法[4]、火法貧化法[5-8]、濕法浸出法[9]、生物法[10]等，其中選礦法是目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的處理方法，即通過重選、浮選、磁選等選礦方法回收銅、金、銀等有價金屬，具有回收率高、能耗低、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)[11]，部分選礦廠對渣選銅尾礦磁選，回收部分磁性含鐵礦物，最終尾礦作為介質(zhì)粉、水泥添加劑等[12]。

山西某銅冶煉渣選礦廠于2014年建成投產(chǎn)，通過不斷改進(jìn)工藝技術(shù)，精礦品位穩(wěn)定至21%～22%，尾礦品位由投產(chǎn)時的0.362%降低至2019年的0.279%。為進(jìn)一步降低尾礦品位，提高經(jīng)濟(jì)效益，針對銅冶煉渣特殊的礦石性質(zhì)及現(xiàn)場生產(chǎn)情況，開展了不同工藝流程對比試驗(yàn)并進(jìn)行工業(yè)推廣，取得了較好的結(jié)果。

1 礦石性質(zhì)

銅冶煉渣外觀呈黑色或黑綠色，性脆、堅(jiān)硬、結(jié)構(gòu)致密，密度3.5～4.0 g/cm3，含多種氧化物、硫化物、硫酸鹽及其他微量成分。主要成分有Cu、S、Fe、SiO2等，其中Cu含量為3.71%。銅礦物主要是含鐵銅硫化物、斑銅礦、輝銅礦、黃銅礦以及金屬銅；脈石礦物主要為鐵橄欖石、玻璃體，其次為長石、白云母等。銅冶煉渣多元素分析結(jié)果見表1，銅物相分析結(jié)果見表2。

表1 多元素分析結(jié)果

表2 銅的物相分析結(jié)果

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀

2.1 原工藝流程

原選礦工藝采用“階段磨礦階段選別+中礦順序返回”流程。由于銅冶煉渣中銅礦物嵌布粒度粗細(xì)不均，本著“能收、早收、多收”的原則，一段磨礦選別在粗磨條件下分選出一部分高品位精礦，二段磨礦選別將含有細(xì)粒銅礦物的尾礦再磨再選，降低尾礦品位[13]。原工藝流程見圖1。

圖1 原工藝流程圖

2.2 原工藝流程分析

2.2.1 粒級篩析

為探究二段磨礦選別中銅礦物富集情況，對二段磨礦產(chǎn)品及尾礦進(jìn)行了粒級篩析，粒級篩析結(jié)果見表3。由表3可知，經(jīng)過二段選別，-25 μm粒級銅品位由0.784%降低至0.225%，而+25 μm粒級銅品位沒有明顯降低。說明-25 μm粒級銅礦物得到了有效回收，尾礦中銅礦物主要損失在+25 μm粒級的粗粒中。

表3 粒級篩析結(jié)果

2.2.2 銅礦物單體解離度統(tǒng)計(jì)

為進(jìn)一步研究二段選別中銅礦物的損失形式，對二段磨礦產(chǎn)品及尾礦中銅礦物單體解離度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，單體解離度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表4、銅礦物的嵌布特征見圖2、圖3。由表4可知，經(jīng)過二段選別，銅礦物單體由51.40%降低至16.45%、銅礦物含量大于3/4的富連生體由9.81%降低至4.84%、銅礦物含量小于1/4的貧連生體由29.20%增加至72.48%。說明在二段選別過程中，銅礦物單體和富連生體可以得到較好回收，但是貧連生體回收效果較差，尾礦中銅礦物主要以貧連生體的形式損失。

表4 銅礦物單體解離度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

圖2 二段磨礦產(chǎn)品中礦物的嵌布特征

圖3 尾礦中礦物的嵌布特征

2.2.3 原流程分析結(jié)果

綜合粒級篩析(表3)及銅礦物單體解離度分析結(jié)果(表4)可知，在二段選別過程中，銅礦物單體和富連生體可以得到較好回收，但是+25 μm粒級的粗粒級貧連生體回收效果較差。在浮選過程中，貧連生體一般富集在掃選精礦(即中礦)中，原選礦工藝對中礦的處理方法為順序返回，導(dǎo)致其中的貧連生體不斷循環(huán)，最終隨尾礦流失。為進(jìn)一步降低尾礦品位，就需要針對性地加強(qiáng)對這部分粗粒級貧連生體的磨礦作用，提高銅礦物單體解離度。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 試驗(yàn)材料與設(shè)備

選礦藥劑采用丁基黃藥、Z-200、松醇油，純度均為工業(yè)級。

實(shí)驗(yàn)室選礦設(shè)備選用XMQ-Φ240×90錐形球磨機(jī)；XFD3.0Ⅱ型、XFD0.75Ⅱ型、XFD0.5Ⅱ型單槽浮選機(jī)。

3.2 試驗(yàn)研究路線

依據(jù)工藝流程分析結(jié)果，浮選中礦中部分粗粒級貧連生體無法得到有效回收，導(dǎo)致尾礦品位高，需要針對性地加強(qiáng)磨礦作用。目前銅冶煉渣磨礦浮選工藝流程基本分為三種，即“階段磨礦階段選別+中礦順序返回”、“一段磨礦+中礦單獨(dú)再磨再選”、“階段磨礦階段選別+中礦集中返回二段分級”[14]。三種常用流程相比而言，第一種因中礦中銅礦物未完全單體解離，不利于優(yōu)化選礦指標(biāo)；第二種需要增加一臺磨機(jī)及其配套設(shè)備，選礦成本較高，能耗大，而且工藝操作較復(fù)雜、管理難度大；第三種對于中礦的再分級效果差，連生體無法得到有效的再磨，不利于優(yōu)化選礦指標(biāo)。

針對現(xiàn)狀，創(chuàng)造性地將中礦濃縮后，返回二段磨礦再磨，不但能實(shí)現(xiàn)中礦中粗粒級貧連生體的有效再磨，提高銅礦物單體解離度，而且工藝流程相對簡單，運(yùn)行成本低，確保了經(jīng)濟(jì)效益最大化。

3.3 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)研究

將中礦處理方式由“順序返回”改為“濃縮后返回二段磨礦再磨”，加強(qiáng)對粗粒級貧連生體的磨礦，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室全流程閉路試驗(yàn)。試驗(yàn)工藝流程見圖4，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

圖4 全流程閉路試驗(yàn)流程

表5 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，工藝流程改進(jìn)后，在實(shí)驗(yàn)室條件下，尾礦品位由0.279%降低至0.228%、精礦品位基本保持不變，說明銅礦物粗粒貧連生體得到了有效的解離和回收。

3.4 工業(yè)推廣

根據(jù)工藝流程分析和閉路試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行流程改造，改造后工藝流程見圖5，現(xiàn)場選礦指標(biāo)見表6。

表6 改造后現(xiàn)場選礦指標(biāo)

圖5 改造后工藝流程圖

1)閉路試驗(yàn)中精礦品位略有降低，增加精選流程，粗選和掃選一精礦進(jìn)入兩段精選，以提高精礦品位。

2)中礦質(zhì)量濃度僅為10%左右，直接進(jìn)入二段磨礦會影響磨礦效果。新增一套Φ150 mm旋流器組及配套砂泵，將中礦濃縮至質(zhì)量濃度60%～75%，然后進(jìn)入二段磨礦球磨機(jī)再磨。

由表6可知，工藝流程改造后運(yùn)行6個月，精礦品位及尾礦品位均較為穩(wěn)定，累計(jì)值分別為21.24%、0.229%。且相比改造前，精礦品位基本保持不變，尾礦品位由0.279%降低至0.229%。

4 結(jié)論

1)在銅冶煉渣選礦中，銅礦物單體和富連生體可以得到較好回收，但是粗粒級貧連生體回收效果較差。

2)通過“中礦濃縮后返回二段磨礦再磨”的工藝流程，可以針對性地加強(qiáng)對中礦中粗粒級貧連生體的磨礦作用，提高銅礦物單體解離度，降低貧連生體在尾礦中的損失量。為同類型選礦企業(yè)進(jìn)一步優(yōu)化技術(shù)指標(biāo)提供了指導(dǎo)，同時在其他有用礦物嵌布粒度粗細(xì)不均的礦石選別中具有參考意義。

3)生產(chǎn)實(shí)踐表明，工藝流程改進(jìn)后，原礦品位3.88%的條件下，精礦品位保持穩(wěn)定，尾礦品位由0.279%降低至0.229%，降低了0.05個百分點(diǎn)。