浮選法回收銅冶煉爐渣浮選設備研究

王志國，劉承帥

（北京礦冶研究總院，北京市 100044）

浮選法回收銅冶煉爐渣浮選設備研究

王志國，劉承帥

（北京礦冶研究總院，北京市 100044）

針對銅冶煉爐渣的工藝特點,在對銅冶煉爐渣浮選裝備技術研究的基礎上,對銅爐渣浮選機的結構進行優(yōu)化,并對浮選機進行了動力學試驗和礦漿懸浮能力測試,最終在大量銅渣選廠的成功應用表明,該銅冶煉渣專用浮選機能創(chuàng)造較為良好的經濟和社會效益。

銅冶煉爐渣;浮選設備;設計依據;結構優(yōu)化；礦漿試驗

銅冶煉廠在生產過程中產生了大量的含銅固體物料,如冶煉渣、爐底結塊、爐壁粘結物和清掃物等[1],其中冶煉渣是含銅和其它有價金屬最多、物料量也最大的組分。國外早在20世紀30年代就開始了用選礦(主要是浮選)方法處理冶煉渣的研究[2]。目前,從銅冶煉爐渣中回收有價金屬的處理方法主要有火法貧化法、選礦法和濕法浸出[3]。冶煉渣采用選礦方法(主要是浮選方法)貧化不僅處理能力大,不占用爐床能力,而且回收率高,成本低,富集效果好[4],是國際公認的處理冶煉渣最經濟有效的方法之一。

1 銅冶煉渣浮選工藝

銅冶煉渣的主要特性[5-6]主要為礦物組成比較簡單,但嵌布關系復雜;有價元素金屬銅和硫化銅的嵌布粒度細且不均勻;銅渣普遍易碎難磨,密度大。根據轉爐渣的特性,國內外處理銅轉爐渣的選礦流程一般具有以下特點[7-8]:1)需要高濃度磨礦;2)需要較高的浮選濃度;3)多段磨礦多段浮選;4)藥劑制度簡單。

為了滿足銅爐渣的浮選工藝要求,亟待設計出爐渣選別專用設備。北京礦冶研究總院以浮選動力學理論研究為基礎,結合銅爐渣的特性,通過對爐渣選別所需的浮選機槽內流體動力學的特殊規(guī)律的大量探索,對浮選槽內爐渣與氣泡的碰撞、黏附、脫落過程及影響這些過程的原因進行了深入研究,確定可有效提高選別指標的流體動力學狀態(tài),制訂爐渣專用浮選設備的設計原則,設計出了爐渣選別設備,解決了爐渣浮選易沉槽等技術難題,從理論和實踐上豐富了礦物加工技術。

2 冶煉爐渣浮選機設計依據的研究

2.1 爐渣對浮選過程的影響分析

由于爐渣的特殊性,爐渣對浮選過程的影響主要表現(xiàn)在以下方面：1)爐渣中需浮選回收的金屬粒度與傳統(tǒng)的正態(tài)分布完全相反,粗、細粒級兩級分化較為嚴重。粗粒質量大,沖量就大,所以容易與氣泡碰撞而黏附,但由于重力作用大,故容易脫落;而細粒沖量較小故難與氣泡碰撞黏附,同時黏附細粒礦物的礦化氣泡容易機械夾帶脈石礦物進入泡沫層。因此要求浮選機設計應兼顧粗粒和細粒的礦化特點,從而達到理想的回收效果。2)爐渣具有較高的礦漿濃度。隨著浮選濃度的提高,空氣彌散度越來越低,礦化氣泡的形成越來越困難。這樣對浮選機攪拌力和充氣量的要求很高,在浮選機設計時需要重點考慮。3)由于具有較大的礦漿密度，密度大的爐渣礦粒非常容易造成沉槽,從而影響浮選效果。故浮選機的攪拌力和攪拌速度是解決這個問題的關鍵所在,只有合理地選擇這兩個參數才能實現(xiàn)爐渣與氣泡的有效碰撞,減少已完成礦化的礦粒氣泡集合體在槽內運輸過程中的脫落。

2.2 浮選機的設計依據

根據上面提及的銅爐渣浮選的工藝特點,總結出浮選機的5大設計依據:1)充氣量的供給量要比較大,便于產生盡量多的大氣泡,這樣有利于密度較大的粗粒礦物的礦化。2)創(chuàng)建相對平穩(wěn)的運輸區(qū)、分離區(qū)和泡沫層,降低礦粒的脫落的概率。3)保證通過葉輪定子系統(tǒng)區(qū)域適量的礦漿流量,給物料的有效懸浮和氣泡與礦粒的有效碰撞創(chuàng)造有利條件。4)保證較強的攪拌強度使礦漿有效懸浮。5)為了縮短粗重礦物礦化的氣泡升浮距離,槽體設計時應盡量降低槽體的深度。依據以上設計要求,北礦院研發(fā)了適用于銅渣浮選的槽體形式和攪拌系統(tǒng)和礦漿循環(huán)系統(tǒng),提高了對全粒級浮選的效率。

3 銅爐渣浮選機結構優(yōu)化

針對爐渣的礦漿的物理化學特性,主要研究了適應銅爐渣浮選的浮選機的機械結構,主要包括葉輪—定子系統(tǒng)和槽體結構形式,通過試驗確定最優(yōu)的相關參數。

3.1 葉輪—定子系統(tǒng)優(yōu)化

為了在葉輪定子系統(tǒng)區(qū)域形成較大流量和較低壓頭,葉輪采用中比轉數后傾葉片形式。定子采用徑向短葉片倒梯形定子,安裝于槽體假底葉輪斜下方外圓處。這種結構利于加大通過葉輪區(qū)域的礦漿量,降低功率消耗。槽內攪拌區(qū)需要較強的攪拌強度以保證礦漿處于紊流狀態(tài),而分離區(qū)和泡沫區(qū)要求相對穩(wěn)定。定子將切向旋轉的礦漿流轉化為徑向礦漿流,形成穩(wěn)定的泡沫層,并將礦漿運輸到外槽進行再循環(huán)。葉輪除了攪拌礦漿外,還會在定子葉片間產生一個強烈的剪切力,將通過該區(qū)域的氣泡打散成細小氣泡,同時有利于細粒級在葉輪定子區(qū)域進行預礦化。

3.2 槽體優(yōu)化設計

銅爐渣專用浮選機的槽體結構如圖1所示。

圖1 槽體結構

該槽體由內、外循環(huán)通道、假底組成[9]。槽內區(qū)由阻流柵板分成槽內上部區(qū)和槽內下部區(qū)。內、外循環(huán)通道和假底組成了兩個礦漿循環(huán)回路,在槽內下部區(qū)與內、外循環(huán)通道之間分別開有短路循環(huán)孔,短路循環(huán)孔大小可以調節(jié)。主軸機構上固定有用于推動泡沫流動的推泡錐,促進泡沫向溢流堰移動。槽側板上開有合適的流通孔。

3.3 穩(wěn)流部件設計

阻流柵板是爐渣浮選機的重要部件,它主要有下列作用：1)上升礦漿流經過阻流柵板處速度加大,即阻流柵板處礦漿上升速度大于所設定的最大密度礦粒的沉降速度,以保證在阻流柵板上面形成大密度礦物懸浮層,氣泡連續(xù)通過大密度礦物懸浮層時,與大密度礦物產生多次碰撞,從而增加了大密度礦物向氣泡有效附著的機率;2)阻流柵板可以減少槽中上部區(qū)的紊流,建立一個穩(wěn)定的分離區(qū)和泡沫層,減少了礦粒從氣泡上脫落的可能性;3)由于大密度礦物滯留在懸浮層中,返回到葉輪區(qū)的礦漿濃度低、粒度細,這不僅減小了葉輪、定子的磨損,還降低了功耗。

4 爐渣選別浮選機礦漿試驗

4.1 浮選機動力學試驗

在礦漿中對浮選機充氣量、空氣分散度、轉速、功率、空氣保有量等參數進行了測定。試驗條件為：8 m3浮選機采用的主軸轉速n=171 r/min，40 m3浮選機主軸轉速為n=139 r/min，測量結果分別見表2和表3。

表2 8m3浮選機礦漿中動力學試驗結果

表3 40m3浮選機礦漿中動力學試驗結果

從表2和3可知,隨著充氣量的增大,空氣分散度先增大后減小。40 m3浮選機帶礦時在其充氣量高達1．64 m3/(m2·min)時,空氣分散度為3．51，8 m3浮選機的空氣分散度在4以上，證明該系列浮選機的充氣量大,空氣分散均勻,可以滿足冶煉爐渣的浮選要求。

4.2 礦漿懸浮能力測試

為考察礦漿懸浮能力,對浮選機內不同深度處粒度分布情況及濃度進行了測定。8 m3浮選機中,在距溢流堰下方0．5、0．8、1．1、1．4 m深處4個礦漿層面取樣;40 m3浮選機中,在距溢流堰下方0．5、1．0、1．5、2．0、2．4 m深處5個礦漿層面取樣,對每個樣品進行篩析和品位分析，分析結果分別見圖4和圖5。

圖4 8m3浮選機內粒度分布情況

圖5 40m3浮選機內粒度分布情況

從圖4、圖5可以看出,金屬多數分布在－0．038 mm和+0．043～0．074 mm兩個粒級,兩者加起來達70%以上。8 m3浮選機中,這兩個粒級在距溢流堰以下0．8 m、1．1 m處的含量較多,0．5 m和1．4 m處的含量較少;而在40 m3浮選機中,這兩個粒級在0．5 m和2．4 m的含量較少,在1．0 m、1．5 m、2．0 m處的含量較多。而對于一般浮選機而言,從槽底往上,各粒級的含量應該直線下降,這證明了在浮選機格子板上部形成了懸浮層,有利于密度大、粒度粗顆粒在浮選區(qū)被捕收。

5 工業(yè)實踐

某冶煉廠原礦是由轉爐渣和電爐渣按1:4的比例混合而成,密度約為3．75 g/cm3,原礦經分級得到－325目占80%以上的浮選原礦,一期工藝流程見圖6。

圖6 工藝流程

表7為調試正常后至2006年7月的生產階段累計指標。其與預期指標相比,結果表明,在原礦品位相當的情況下,所得的精礦高2．31%,尾礦品位高0．16%,所得的回收率高0．79%[10]。

表1 指標對比%

銅冶煉專用浮選設備在此期間運行平穩(wěn),槽體上部形成了穩(wěn)定的懸浮層,沒有沉槽現(xiàn)象發(fā)生,粗細粒級指標均達到了預期指標。該型號浮選機已在首鋼秘魯鐵礦、首鋼礦業(yè)公司三贏鐵礦、承德雙灤建龍礦業(yè)有限公司、河北順達礦業(yè)有限責任公司、山東陽谷祥光銅業(yè)有限公司、銅陵金口嶺爐渣廠、銅陵有色集團稀貴金屬分公司等單位得到應用。銅冶煉渣專用浮選機為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經濟和社會效益。

6 結論

通過對銅冶煉渣的物理化學特性的透徹分析，北礦院結合浮選機相關結構和運轉參數的實驗研究,設計出適應于銅冶煉工藝的專用浮選機。銅冶煉專用浮選機的使用實踐表明:該浮選機對粗細全粒級回收均能達到理想的選別效果，該設備為處理大密度高濃度礦物的選別提供了高效的設備載體。

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Research on Floatation Equipment for Copper Smelting Furnace Slag Recovered by Flotation Method

WANG Zhiguo,LIU Chengshuai
（Beijing General Research Institute of Mining&Metallurgy,Beijing 100044,China）

According to process characteristic of copper smelting furnace slag and based on technical research on copper smelting furnace slag flotation equipment,structure of copper furnace slag flotation machine will be optimized and dynamic test and slurry suspending power test will be carried out for flotation machine,finally,in successful application of lots of copper slag flotation plants, it proves that the specific flotation machine for copper smelting slag can create good economic and social benefit.

copper smelting furnace slag;flotation equipment;design basis;structure optimization;slurry test

TD456

B

1004-4345（2014）06-0009-03

2014-07-22

國家自然科學基金資助項目（編號：51074027）。

王志國(1977—),男,高級工程師,主要從事礦物加工及設備管理工作。