某公司銅冶煉爐渣選礦實踐與相關問題探討

汪永紅

(金隆銅業(yè)有限公司， 安徽 銅陵 244000)

0 前言

目前，我國銅冶煉主要以火法煉銅為主，其產(chǎn)量占銅產(chǎn)量的90%以上[1]，并且隨著現(xiàn)代銅冶煉工藝的發(fā)展，富氧濃度提高，冶煉強度增大，冶煉渣含銅量必然升高[2]。我國銅資源消耗較大，但銅礦資源相對缺乏。因此，進行銅冶煉爐渣中有價資源的高效回收與利用，對緩解我國銅資源緊缺的矛盾，提高資源綜合利用水平和企業(yè)經(jīng)濟效益具有十分重要的意義。

銅冶煉爐渣主要來自火法冶煉過程。根據(jù)產(chǎn)渣設備不同，銅冶煉爐渣可分為閃速爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣等；根據(jù)工藝流程不同，可分為熔煉渣、吹煉渣；根據(jù)爐渣冷卻方式不同，又可分為水碎渣、自然冷卻渣、保溫冷卻渣等[3]。某公司采用閃速熔煉- 電爐貧化、PS轉(zhuǎn)爐吹煉火法煉銅工藝，冶煉過程中產(chǎn)生的爐渣主要有電爐渣、轉(zhuǎn)爐渣及渣包殼等。

本文結合某公司不同階段銅冶煉爐渣選礦生產(chǎn)實踐，分析了電爐渣、轉(zhuǎn)爐渣及混合爐渣所采用的不同選礦工藝流程的合理性。同時對目前混合爐渣選礦生產(chǎn)中的相關數(shù)據(jù)進行分析，探討存在的問題，并提出具體改進措施的建議。

1 銅冶煉爐渣選礦流程

某公司爐渣選礦系統(tǒng)原設計處理電爐貧化渣100萬t/a，電爐貧化渣來源于集團公司兩家冶煉廠，采用渣包緩冷- “三段一閉路”破碎- 兩段連續(xù)磨浮流程(圖1)，獲得銅品位20%以上的銅精礦及含鐵量40%左右的浮選尾礦，浮選尾礦作為水泥鐵質(zhì)矯正劑外售。

2013年，由于集團公司產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，該系統(tǒng)只處理本公司所產(chǎn)的電爐渣與轉(zhuǎn)爐渣?？紤]到轉(zhuǎn)爐渣尾礦含鐵量在50%以上，可以作為低品位鐵精礦單獨銷售，其經(jīng)濟效益明顯高于只能作為水泥添加劑的電爐渣尾礦，因此，結合爐渣性質(zhì)及當時市場情況，將電爐渣和轉(zhuǎn)爐渣分時段分開處理，其中電爐渣仍采用原連續(xù)磨浮流程，轉(zhuǎn)爐渣采取階段磨浮流程(圖2)。

圖1 電爐渣兩段連續(xù)磨浮流程圖

由于利用同一套設備采用不同流程處理兩種不同性質(zhì)的爐渣，生產(chǎn)中多少會存在一些流程切換及管理上的不便，以及部分設備不能完全匹配等問題，轉(zhuǎn)爐渣浮選尾礦含銅量始終高于電爐渣尾礦和小試指標，尾礦中銅損失量相對較高，加之后來原料鐵品位降低，轉(zhuǎn)爐渣含鐵尾礦價值不再具有優(yōu)勢。

2018年開始對電爐渣、轉(zhuǎn)爐渣進行混合處理，后來又將冶煉過程的渣包殼等相關含銅物料一并混入系統(tǒng)進行選礦處理，采用的磨浮流程同轉(zhuǎn)爐渣選礦流程。

圖2 轉(zhuǎn)爐渣階段磨浮流程圖

2 各階段生產(chǎn)情況及流程合理性分析

2.1 爐渣成分分析

各階段代表性爐渣的主要成分見表1，物相分析見表2。

2.2 流程合理性分析

2.2.1 電爐渣選礦

通過鏡像分析，電爐渣中的主要礦物為磁鐵礦及鐵橄欖石，還有數(shù)量明顯的玻璃相及少量的黃銅礦、斑銅礦類的含鐵硫化銅礦。硫化銅礦物結晶粒度較細，粒徑多小于43 μm。通過小型試驗，采取階段浮選時，其一次粗選泡沫精礦品位較低，難以得到合格粗精礦，閉路浮選最終精礦品位也只有15.41%。兩種流程的對比試驗結果及連續(xù)浮磨各階段生產(chǎn)指標見表3、表4。

表1 爐渣化學多元素分析結果 %

表2 爐渣物相分析結果 %

表3 電爐渣不同處理流程對比試驗結果 %

表4 電爐渣連續(xù)浮磨各階段生產(chǎn)指標 %

由表3、表4可知，由于電爐渣中的銅礦物嵌布粒度較細，并且與脈石礦物共生緊密，采用階段磨浮流程時，一段磨礦銅礦物單體解離度低，多為連生體形態(tài)，不僅導致一次粗選銅精礦品位和作業(yè)回收率低，同時因中礦循環(huán)量增多，也對后續(xù)磨浮作業(yè)產(chǎn)生了不利影響，最終導致系統(tǒng)銅精礦品位和回收率均較低。因此，對于電爐貧化渣，采用兩段連續(xù)磨浮流程，提高進入浮選作業(yè)的銅礦物的單體解離度，更有利于選別指標的提高。

2.2.2 轉(zhuǎn)爐渣選礦

工藝礦物學分析表明，轉(zhuǎn)爐渣脈石礦物以鐵橄欖石與石英為主，銅主要以金屬銅與硫化銅賦存于轉(zhuǎn)爐渣中。銅礦物粒度跨度較大，嵌布粒度復雜。金屬銅顆粒單獨或在晶相界面間析出時顆粒較大，在鐵橄欖石或玻璃晶相中析出時顆粒較小，難以單體解離。轉(zhuǎn)爐渣中的硫化銅礦物主要以輝銅礦﹑黃銅礦﹑斑銅礦為主。輝銅礦大部分被玻璃晶相包裹，但通常顆粒較大；斑銅礦與黃銅礦共生；藍輝銅礦顆粒較細，以點分散的形式賦存于爐渣中。鑒于轉(zhuǎn)爐渣中金屬銅含量較多并且大部分顆粒較粗，一段磨礦后進行一次粗選，可提前選出部分高品位粗粒銅精礦，這樣既可避免粗顆粒銅礦物在浮選循環(huán)中的損失，又能減輕后續(xù)浮選工序的負荷，進一步提高浮選作業(yè)效率。轉(zhuǎn)爐渣不同流程對比試驗結果及各階段生產(chǎn)指標見表5、表6。

表5 轉(zhuǎn)爐渣不同處理流程對比試驗結果 %

表6 轉(zhuǎn)爐渣階段浮磨各階段生產(chǎn)指標 %

表5中的對比試驗結果驗證了階段磨浮流程提高了轉(zhuǎn)爐渣的浮選回收率，尾礦中銅損失量明顯降低。在生產(chǎn)過程中，尾礦含銅量偏高，主要是由于利用同一套設備，采用不同流程分別處理電爐渣和轉(zhuǎn)爐渣，部分浮選設備能力難以兼顧兩種物料的不同需要，不能完全匹配含銅品位較高的轉(zhuǎn)爐渣。生產(chǎn)指標(表6)中原礦品位低時，尾礦含銅量損失相應降低，也印證了這一點。

2.2.3 混合爐渣選礦

混合爐渣是由電爐渣、轉(zhuǎn)爐渣及冶煉過程的渣包殼等混合形成的爐渣?；旌显奈锵喾治鼋Y果顯示，混合渣中的銅以金屬銅和硫化銅為主，其中金屬銅含量較多，金屬銅多為轉(zhuǎn)爐渣及渣包殼帶入。根據(jù)轉(zhuǎn)爐渣的工藝礦物學分析，這些金屬銅大部分顆粒相對較粗，同時在粗磨的情況下，有相當一部分硫化銅粗顆粒已經(jīng)單體解離，因此及早回收這部分粒度大、品位高的銅礦物就顯得尤為重要。階段磨礦階段浮選又稱快速浮選，不僅可以提前回收品位高的銅礦物，還能提高總回收率和降低尾礦品位，同時也能最大程度地降低磨礦成本[4]?；旌显煌鞒虒Ρ仍囼灲Y果及各階段生產(chǎn)指標見表7、表8。

表7 混合渣不同處理流程對比試驗結果 %

從表7、表8可以看出，采用階段磨浮流程，提前選出部分粗粒銅，系統(tǒng)銅回收率提高了1.56%，說明對于銅礦物粗細粒不均勻嵌布的混合爐渣，采用階段磨浮流程，設置快速浮選，實現(xiàn)“早收快收”，對提高系統(tǒng)銅的選別效果是有利的。

表8 混合渣階段浮磨各階段生產(chǎn)指標 %

3 混合渣選礦相關問題探討

3.1 生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在問題

混合渣生產(chǎn)初期，選別指標一直優(yōu)于小型試驗指標，但近期出現(xiàn)了一些波動。為查明相關原因，對磨浮工序進行了局部流程考查，各作業(yè)的數(shù)質(zhì)量流程如圖3所示。

圖3 浮選數(shù)質(zhì)量流程圖

從圖3可以看出，一段磨礦后進行一次粗選，可以得到精礦品位23.6%的合格精礦，并且一粗作業(yè)回收率達到了79.53%，說明采用階段磨浮流程，設置“快速浮選”對減輕后續(xù)作業(yè)負擔起到了十分重要的作用，但后續(xù)作業(yè)過程存在如下問題：

1)第二次粗選作業(yè)回收率較低，導致銅礦物浮選滯后。從流程相關數(shù)據(jù)不難算出，第二次粗選及三次掃選的作業(yè)回收率分別為22.08%、42.25%、29.17%、21.30%，第二次粗選作業(yè)回收率低于后續(xù)三次掃選的回收率，導致銅礦物浮選滯后，易從尾礦流失。

2)中礦循環(huán)量較大，增加了后續(xù)磨礦及浮選作業(yè)負荷。第二次粗選尾礦及三次掃選泡沫產(chǎn)品總產(chǎn)率達到38.99%，銅品位1.27%，大量中礦返回再磨及后續(xù)浮選作業(yè)，使得二次粗選入選銅品位由原本一粗尾的0.383%增加到了0.642%。

3)精選作業(yè)富集比及回收率不高，影響到系統(tǒng)總回收率的提高。二粗精礦經(jīng)過三次精選，銅品位由5.37%提高至16.37%，富集比為3.05。從相關數(shù)據(jù)可以算出，精選作業(yè)回收率僅為77.17%，其中三次精選作業(yè)的回收率分別為82.08%、81.31%、64.74%，銅精選整體作業(yè)回收率及分作業(yè)回收率均較低。

以上情況最終導致整個一次粗選后的再磨再選作業(yè)回收率僅為40.52%，對全流程銅回收率的貢獻僅為8.28%，最終尾礦含銅損失仍然偏高。

3.2 問題的探討與建議

根據(jù)以往經(jīng)驗，銅冶煉爐渣作業(yè)回收率低的原因主要包括以下幾個方面，即原料性質(zhì)影響、磨礦細度不夠、浮選濃度偏低及操作因素影響等?，F(xiàn)結合產(chǎn)品檢查相關情況，作如下探討與建議：

1)一次粗選各粒級的回收情況見表9。從表9發(fā)現(xiàn)，一次粗選作業(yè)+45 μm 粒級的銅回收率均低于一粗作業(yè)整體回收率，并且隨著粒度的增加，粒級銅回收率急劇下降，說明磨礦細度是影響一次粗選銅回收的重要因素，而現(xiàn)場入磨粒度仍有降低空間，建議從降低入磨粒度著手，進一步提高一段磨礦細度，使一次粗選銅回收率進一步提高，最大限度減輕后續(xù)再磨再選作業(yè)的壓力。

表9 一粗各粒級回收率 %

2)尾礦各粒級含銅情況見表10。由表10可知，一粗尾礦再磨再選之后的尾礦含銅量為0.23%，其中+38 μm以上粒級含銅損失占總尾礦損失的47.08%，各粒級含銅品位均大于尾礦平均含銅品位，說明二段磨礦后的銅礦物單體解離仍不夠充分，導致大量銅隨粗顆粒流失，建議從優(yōu)化二段磨礦作業(yè)參數(shù)、提高分級效率等方面入手，改善磨礦產(chǎn)品粒度組成特性，提高磨礦細度，從而提高入選礦物的單體解離度，達到降低中礦循環(huán)負荷、提高系統(tǒng)作業(yè)效率的目的。

表10 尾礦各粒級銅分布情況 %

3)尾礦中銅的物相分析見表11。由表11可以看出，損失于尾礦中的銅以金屬銅、氧化銅為主，其中金屬銅損失為0.125%，占尾礦銅損失的54.35%。進一步進行粒度分析發(fā)現(xiàn)，該部分銅多損失于較粗顆粒，可能是由于金屬銅本身的延展性較好，不易磨碎所致。因此建議加強對渣包殼中明銅的分揀，最好單獨處理，在條件允許的情況下，也可以探索采用重選或磁選等其他方式進行預先分選的可能性與經(jīng)濟可行性。

4)鑒于二次粗選作業(yè)回收率低，建議從藥劑制度和浮選操作上進行強化，提高二次粗選的作業(yè)效率，以減輕后續(xù)浮選負荷。

表11 尾礦中銅的化學物相分析結果 %

5)為進一步提高再磨再選效果，建議加強各作業(yè)補水量的控制，這樣既能提高浮選作業(yè)濃度，滿足粗重礦物顆粒浮選的需要，也能提高進入再磨作業(yè)的礦漿濃度，從而提高再磨作業(yè)效率，最終達到提高浮選回收率的目的。

4 結論

1)不同工藝產(chǎn)出的銅爐冶煉渣采用的選礦工藝及流程不盡相同，應根據(jù)爐渣性質(zhì)特點進行合理選擇，以獲得最佳選別指標，使其中的有價資源得到更為充分合理的利用。

2)對于含銅品位較低、銅礦物嵌布粒度細的電爐貧化渣，采用連續(xù)磨浮流程，更有利于獲得較好的選別指標；對于含銅品位較高、銅礦物粗細粒嵌布不均勻的轉(zhuǎn)爐渣及其與其他爐渣的混合渣的選礦，采用階段磨浮選流程，有利于選別指標和選礦效率的提高。

3)銅冶煉爐渣總體嵌布粒度較細，銅礦物比重大，因此細磨、高濃度浮選有利于選礦指標的提高。