国内铜炉渣选矿工艺设计释解
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1铜炉渣选矿工艺设计
1.1碎磨流程
目前世界上最主要的碎磨流程有常规碎磨流程与半自磨流程。常规碎磨流程为三段或两段碎矿流程+两段球磨流程，半自磨流程为粗碎+半自磨(自磨)+球磨流程。国内几个主要典型的已经建成投产的炉渣选矿厂碎磨流程情况见表1。常规碎磨流程体现了多碎少磨的节能理念，在某种程度上可以灵活调配作业时间。同时此流程在我国矿山选矿厂中普遍使用，生产经验丰富，达产期短。与半自磨工艺相比，常规碎磨流程多了中细碎及筛分作业，厂房占地面积和中间环节多。目前国内铜冶炼厂的炉渣处理广泛采用了半自磨技术，国内第一家将半自磨技术应用于炉渣选矿中的是贵溪冶炼渣选厂，对该流程在我国的推广应用具有非常重要的意义。半自磨工艺具有工艺简单、劳动生产率高、基建投资较低、作业粉尘少、所需设备少、占地面积少、适应性强等特点［6］。从技术经济角度来说，半自磨工艺因没有中细碎和筛分作业，直接动力(电耗)比常规碎磨流程要高;钢球消耗与常规流程相比基本相当。因此，在工艺流程设计选择上，半自磨流程应更适合电费单价比较低的地区。除了以上介绍的两种最常见的碎磨流程外，目前，在金属矿山也广泛应用高压辊碎磨流程。高压辊磨机是一种新型的碎磨设备，其对物料实施的是料层粉碎挤压破碎，在物料颗粒内部产生了大量裂隙、塌散、疏松等缺陷，可大大降低后续球磨机给矿粒度，改善物料的可磨性，降低整个系统能耗。因此，破碎采用高压辊磨机技术，从节能环保角度来说，均可产生较大的社会经济效益，具有较好的推广前景。与常规破碎及半自磨流程相比，高压辊磨工艺不仅具有流程配置灵活、适应性强、单机处理能力大的特点，还可提高矿石的可磨度以及节能降耗。由于高压辊磨机的工艺特点，其在工艺应用中既可以作第三段破碎代替细碎，在全开路或开路条件下边料返回破碎;还可以在三段破碎后作第四段超细碎;既可以与破碎系统同步作碎矿设备，又可以与磨矿系统同步作磨矿设备［7］。一般来说，高压辊方案尤其适应矿石性脆易碎、不含泥及电费较高的地区，对冶炼铜渣来说，炉渣性脆、不含泥且难磨，故理论上应比较适宜采用高压辊方案。但通常情况下，铜渣选矿的规模都不大，从日处理量几百吨到几千吨不等，对于小规模的铜渣选矿，建设方经常不易接受采用新设备，且高压辊碎磨流程的配置上又较为复杂，与半自磨及常规碎磨方案相比，配置厂房较多，而铜渣选矿厂又经常和冶炼厂在一起布置，故对征地范围提出了更高要求。总的来说，随着铜渣选矿规模的逐年增大，高压辊新工艺在金属矿山的不断推广，根据各个工程特点的适应性，高压辊磨流程未来必将会越来越多的应用于铜渣选矿工艺设计中。
1.2铜炉渣选别
根据铜炉渣的特性，国内处理铜炉渣的选矿流程一般具有以下特点:①高浓度磨矿;②磨矿后快速浮选;③较高的浮选浓度;④阶段磨矿阶段选别;⑤药剂制度简单及对冶炼缓冷处理的期望。目前铜炉渣回收铜的选矿方法主要有浮选法，浮选法具有能耗低、铜回收率高等特点。与炉渣返回熔炼相比，可以将四氧化三铁及一些杂质从流程中去除，冶炼吹炼过程的石英用量将大大降低。铜浮选回收率一般都在90%以上，最终铜精矿品位大于20%，尾渣含铜0.3%～0.5%。磁选法主要用于回收渣中磁性铁成分，工艺流程设计时主要用于铜渣选铜浮选后的尾矿进行磁铁矿回收［8］。炉渣中二氧化硅的含量与铁的回收效果有很大关系。因硅酸铁难选而磁性铁易选，当硅含量低时，形成的硅酸铁含量就低，而磁性铁含量相应增加，从而铁的回收就更容易。反之，硅酸铁含量上升，磁性铁下降，铁的回收也就更难。渣中铁橄榄石所占比例愈大，磁选时铁精矿降硅就越困难，而且，渣中二氧化硅含量升高，渣可磨性变差。总之，低硅渣比高硅渣更适合选矿处理。有研究表明:从冶炼和选矿综合考虑，二氧化硅含量一般以20%为宜［5，9］。
1.2.1快速浮选炉渣选矿大部分采用阶磨阶选的工艺流程，磨矿后的溢流先进快速浮选作业，直接产出高品位的合格铜精矿，其工艺流程见图1。炉渣的冷却速度控制对炉渣中铜的嵌布粒度密切相关。有实验结果表明，在缓冷条件下，有相当一部分硫化铜粗颗粒已经单体解离，因此及早回收这部分粒度大、品位高的铜矿物就显得尤为重要。快速浮选不仅可提前回收品位高的铜矿物，还能提高总回收率和降低尾矿品位，同时也能最大程度地降低磨矿成本。由于快速浮选精矿粒度相对较粗，有利于脱水过滤，精矿滤饼水分可降低1%～2%，铜总的回收率提高1.5%，尾矿品位能降低0.1%，经济效益十分可观［1］。
1.2.2闪速浮选快速浮选作业在炉渣选矿工艺中能有效地回收粒级较粗、品位较高部分的铜矿物，但它处理的是旋流器的溢流产品，粗粒铜矿物仍会有一部分在磨矿回路中循环，造成过磨，影响其浮选效果。闪速浮选是一种回收闭路磨矿循环负荷中粗粒矿物的浮选技术。闪速浮选的独特配置特点使其工艺具有以下优点［10］:(1)由于通过闪速浮选可以回收分级返砂中部分已经单体解离的粗、重有用矿物，能大大减少已单体解离的粗颗粒返回磨机再磨的几率，从而减少有用矿物的过粉碎，提高有用矿物的回收率。(2)闪速浮选为超高浓度浮选，比常规低浓度浮选更适合高比重矿物的上浮，有利于提高重金属矿物的浮选指标。(3)闪速浮选处理的物料是磨矿分级回路中分级机的沉砂，由于分级设备大都不是按几何粒度分级进入沉砂，因此沉砂中有用矿物经常就会比新给矿品位高得多，从而使闪速浮选的给矿品位相对更高，能获得较高的精矿品位和作业回收率。(4)从磨矿分级回路中采用闪速浮选技术可直接得到合格精矿产品，降低了这部分产品在后续作业的损失几率，故有利于提高目的矿物的总回收率。(5)闪速浮选先产出部分合格精矿，可最大程度地减少进入常规浮选的给矿量，同时，由于闪速浮选先回收了一部分粗颗粒后，常规浮选作业的给矿粒度分布也发生了变化，相应粒级也变窄了，故要求的浮选时间也要减少，因此，可减少浮选机的总台数，最大程度的降低设备总投资。(6)由于闪速浮选工艺选出的精矿粒度较粗，因而使最终总精矿的粒度组成也变粗了，一般来说，粗粒级物料较细粒级物料更易于脱水．可降低精矿滤饼水分1%～2%。闪速浮选技术近年来开始应用于有色金属矿及金矿的磨矿作业中，鉴于以上的种种优点，在炉渣选矿中也值得作为试验探索的一个方向。云南大姚铜矿在粗粒闪速浮选方面做过一些研究［11］，可解决由于球磨机台时量大幅提高而导致磨矿细度降低从而影响铜回收率的问题。研究表明:在铜精矿品位相近的情况下，闪速浮选可提高铜选矿回收率1.76%。此外，选择高效实用的粗粒浮选设备，也是成功实施粗粒闪速浮选工艺的关键。
2尾渣的综合利用
由于炉渣中有部分铜是呈机械夹杂的冰铜珠，嵌布在磁铁矿和铁橄榄石颗粒间，这部分铜用选矿方法很难进一步回收，尾渣铜品位仍为0.3%～0.5%。有试验研究表明:采用尾渣浸出技术能较好地回收这一部分铜。尾渣在酸性介质中浸出，尾渣中铜的品位能降低到0.18%～0.2%，但处理起来投资较高，从技术经济的角度来说不划算。此外，尾渣可用于修筑铁路、公路路基或作为水泥原料等进行综合利用［12］。
3国内铜炉渣选矿典型实例
3.1贵冶铜渣选厂
贵溪冶炼厂渣选矿处理5000t/d分两个系统进行，每个系统2500t/d。该选厂的碎磨工艺为粗碎+半自磨+球磨生产工艺。渣选厂的选别工艺流程为两段磨矿、两段选别，选别中矿再磨返回二段磨矿。粗碎设备采用了1台PEWD75150型颚式破碎机［13］，磨矿设备为1台Φ5.2m×5.2m半自磨机和2台Φ5.03m×8.3m球磨机，浮选设备为40m3和8m3CLF系列粗颗粒充气机械搅拌式浮选机。精矿和尾矿的脱水采用浓缩、过滤两段脱水工艺。最终铜精矿品位25%～26%，回收率大于88%［14］。
3.2大冶铜渣选厂
冶炼生产中诺兰达炉熔炼产生的炉渣和转炉生产的炉渣经渣包运至渣缓冷场地，经过缓冷完后的炉渣在缓冷场卸料后，大块炉渣用液压碎石机破碎，使炉渣块度小于300mm。炉渣铜主要以硫化铜的形式存在，其次为金属铜。原设计采用“两段一闭路破碎、两段磨矿两段选别”工艺流程回收铜。生产实践中对选矿工艺流程做了局部调整，取消了原设计流程的二段精选，将二段两次扫选精矿返回旋流器分级后，进行再磨;当入选炉渣品位太低时，改“阶段磨矿阶段选别”为“两段细磨后一段浮选，粗选直接产出铜精矿”。研究表明:采用独立作业或两段粗选直接产出铜精矿的流程，能实现“早收多收”，选铜回收率明显提高，铜精矿中铜的品位28%～30%，回收率大于94%［1］。
3.3方圆铜业渣选厂
冶炼采用熔炼+富氧底吹冶炼工艺，炉渣来源为熔炼炉和底吹炉产生的铜炉渣。设计流程为三段开路破碎、两段磨矿两段选别。粗碎设备采用1台PD75106颚式破碎机，细碎采用1台GYP1200惯性圆锥破碎机，一段磨矿采用1台Φ3.60m×4.50m溢流型球磨机，再磨采用1台Φ3.20m×4.50m溢流型球磨机。在生产实践中，根据实际情况对选矿工艺流程做了局部调整，在原有设计的基础上，取消了Ⅱ段精选，调整后的工艺流程为一粗二扫一精，最终铜精矿品位38%左右，回收率95%。
3.4祥光铜业渣选厂
冶炼采用“双闪”工艺，即熔炼和吹炼均采用闪速炉工艺，炉渣来源为闪速熔炼和闪速吹炼产生的铜渣。碎磨流程为粗碎+半自磨，磨矿设备为1台Φ5.80×5.80m半自磨机和1台Φ5.03×8.30m球磨机，旋流器溢流去快速浮选，快速浮选尾矿经过一粗二扫三精工艺产出到最终铜精矿和尾矿。最终铜精矿品位26%左右，回收率80%。
4结论
(1)用选矿方法回收炉渣中的铜从技术经济上来说都是可行的。采用常规浮选、磁选工艺能有效回收炉渣中的铜和铁。从碎磨流程上分析，“粗碎+半自磨+一段球磨”和“三段(两段)破碎+两段闭路磨矿”工艺均能满足炉渣选矿破碎和磨矿的要求。从未来趋势来看，随着高压辊磨新工艺在金属矿山的不断推广，国内选矿行业逐步意识到高压辊磨技术的优越性，高压辊新工艺也将逐步应用于铜炉渣选矿工艺设计中。(2)铜炉渣性质难磨易选，快速浮选是铜渣选矿的共性，能实现“早收多收”的原则，快速浮选的精矿产品可直接产出高品位铜精矿，这部分精矿粒度较粗，不仅可以提高选别回收率、降低尾渣品位，而且还能降低精矿滤饼水分。(3)粗粒矿物闪速浮选技术的应用，可尽早回收分级沉砂中已单体解离的粗粒重矿物，减少有用矿物的过粉碎，有助于提高有用矿物的回收率，可作为未来铜渣浮选研究的发展新方向。(4)根据国内铜炉渣综合利用实践，选矿方法与火法相比能耗更低，能大大的降低冶炼成本，因此，铜炉渣的综合利用应首先考虑采用选矿方法回收铜渣中的有价金属。
作者：陈名洁 单位：中国恩菲工程技术有限公司