白銀爐銅冶煉渣選礦實踐

穆曉輝，賈立安，張學濱

（白銀有色集團選礦公司，甘肅白銀 730900）

白銀爐銅冶煉渣選礦實踐

穆曉輝，賈立安，張學濱

（白銀有色集團選礦公司，甘肅白銀 730900）

白銀爐銅冶煉渣蘊含銅金銀鐵等有價元素,具有極大的綜合回收利用價值。白銀渣選礦項目設計階段對項目方案不斷優化,建成后通過對系統存在缺陷的改造、對關鍵工藝參數的優化調整、對藥劑制度及緩冷時間的探索、制定各類渣適宜的配比，成功實現了達產達標,取得了較好的經濟和社會效益。

銅冶煉渣；白銀爐；緩冷；渣選礦；半自磨

冶煉爐渣主要采用火法和選礦法進行貧化,其中選礦貧化法與火法貧化法相比,具有成本低、貧化后尾礦含銅低的優勢而被廣泛使用。目前選礦法在國內的處理規模已經達到1．1×104kt以上，如江西銅業集團、銅陵有色集團、大冶有色集團及祥光銅業集團等。白銀公司銅冶煉產能提升項目完成后,各類爐渣總量將達到1 373．5 kt/a,不進行綜合回收利用,這些爐渣的堆存不但嚴重破壞當地的生態環境,而且影響了企業的經濟效益,阻礙了循環經濟的進一步發展。因此,白銀公司實施了銅冶煉渣綜合回收利用項目。

白銀渣選礦系統處理渣原料之一是白銀爐渣,包括白銀爐緩冷渣和渣場老渣,白銀爐與其他冶煉工藝的差異,決定了白銀爐渣性質的特殊性,其選礦工藝及技術指標也有不同。同時,白銀公司渣選礦系統是在利用原有廠房、設備實施的基礎上建設而成,特別是磨浮主廠房利用了原有廠房,因此其渣選礦系統的設計、建設、生產與其他渣選礦系統相比有諸多不同。

1 白銀爐渣種類及性質

1.1 白銀爐渣種類

白銀渣選礦系統設計處理白銀爐渣、閃速爐渣、閃速爐轉爐渣3種渣。白銀公司銅冶煉白銀爐渣產能為526．9 kt/a,目前產量450～500 kt/a,公司銅冶煉產能提升項目完成后,閃速爐渣708．9 kt/a、閃速爐轉爐渣137．7 kt/a,各類渣渣量將達到1 373．5 kt/a。目前處理白銀爐緩冷渣和過去銅冶煉過程中所產的急冷渣,通常稱為老渣。

1.2 白銀爐渣性質

白銀爐是我國唯一具有完全自主知識產權的富氧熔池熔煉爐,其熔煉工藝先進,在世界銅冶煉工藝中獨樹一幟,占有一定的地位。白銀爐銅冶煉渣形式復雜,品位低,有用礦物中人造次生銅礦物含量高,有用礦物嵌布粒度微細,且有用礦物分散程度高,在國內屬于典型的復雜難選銅冶煉渣。白銀爐緩冷渣多元素分析結果見表1,試金分析見表2,物相分析見表3,主要礦物相對含量見表4。

表1 白銀爐緩冷渣化學多元素分析結果%

表2 白銀爐緩冷渣試金分析結果

表3 白銀爐緩冷渣銅物相分析結果%

表4 白銀爐緩冷渣主要礦物相對含量%

通過顯微鏡下詳細鑒定,白銀緩冷渣渣中可分辨金屬礦物相主要有磁鐵礦、冰銅微珠,少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、脈石相鐵橄欖石、鈣鐵輝石、含鐵硅灰石、石英及玻璃質等。冰銅微珠是一種以硫化銅為主要組分的混合物,其中包含人造礦物主要為似斑銅礦、似黃銅礦,少量金屬銅、似鐵閃鋅礦、似方鉛礦、似輝銅礦等。冰銅微珠、金屬銅珠產出在鐵橄欖石及玻璃質基底中為主,少量被包裹在磁鐵礦中。微珠粒徑普遍很微細，偶見較粗的顆粒,粒徑分布范圍在0．001～0．15 mm之間,＜0．02 mm的顆粒占近70%。

1.3 白銀渣的結構構造

白銀渣外觀呈黑色,略帶綠色調,致密塊狀構造,局部呈蜂窩狀,爐渣質脆且硬。顯微鏡下渣中礦物的結構以自形晶粒狀結構、滾圓粒狀結構為主,其次有固溶體分離結構、文象結構、包含結構、環邊結構等。

2 項目設計和建設

西北礦冶研究院與選礦公司早在2009年就對白銀冶煉爐渣的可選性進行了選礦試驗研究,得到了較為理想的技術指標,提交了報告《銅冶煉廠爐渣配比選礦試驗研究》,確定了白銀爐緩冷渣選礦工藝流程及技術指標。白銀渣選礦系統由中國瑞林工程技術有限公司設計,設計工藝流程為：緩冷工藝采用冶煉熱渣渣包緩冷,熱渣采用渣包車直接運輸,渣包緩冷方式采用自動噴淋方案;選礦工藝采用了一段粗碎、半自磨加球磨閉路磨礦分級回路的碎磨工藝,兩次粗選、兩次掃選、三次精選的浮選工藝,精礦與尾礦采用濃密機+過濾機兩段脫水工藝流程。生產設施組成為渣緩冷場、粗碎、磨浮、脫水、循環水、回水系統等。項目于2010年10月開始建設,2012年5月正式建成,并在年底達產達標。

2.1 渣緩冷場的選擇

渣緩冷場最初選擇在渣資源公司附近距離廠區2 km。該區域面積較大、建設方便、投資省,但離廠區遠，渣包運輸距離長、成本高?？紤]到渣包運輸、渣堆放等因素,最終選址在選礦公司東側,東大溝以西。選址在此需要對區域內硫精礦過濾廠房、堆場及回水池等建構筑物進行搬遷,但該方案與選礦公司、銅業公司距離近,方便渣包運輸,整體布置合理。

2.2 原有設施的利用

為盤活閑置資產,減少項目投資,渣選礦系統利用了原有的粉礦倉及磨礦浮選主廠房,對原來設施加以改造,基本滿足了項目建設的需要。但利用原有主廠房的方案雖然節約了投資,也帶來了一系列問題和不足,如受廠房高差限制半自磨機排礦無法配置振動篩,只能選用篩分效率不高的圓筒篩;起吊設備不能滿足旋流器檢修需要;且主廠房建成于1958年,經過六十多年的使用,老化腐蝕嚴重,雖然經過加固處理,能否滿足渣選礦項目50年的使用壽命仍難以確定。

2.3 渣尾過濾廠房的選擇

渣尾礦過濾車間最初選擇在臨近109國道的原硫精砂格池附近,該區域區域面積較大，便于渣尾礦堆存，但距離廠區較遠,需要采用長距離高濃度輸送,且需要新建回收泵站,投資較大,不便于管理。最終選擇了尾礦堆存區域相對較小,但離廠區較近的現渣尾過濾廠房所在地。該場地基本上能夠滿足過濾車間建設及過濾后渣尾礦的堆存,且極大地方便了管理。

3 項目投產運行及其改造

3.1 運行中出現問題及原因分析

項目投產運行后,出現一系列問題。問題及原因分析如下：1)銅冶煉爐渣硬度極大,對設備實施損壞較大,部分設備達不到處理爐渣的質量要求,造成系統設備運行效率過低。2)半自磨臺效較低,半自磨機給礦不穩定,且半自磨機充填率不合理,襯板使用壽命短,自控系統作用未能較好發揮。半自磨頻繁串礦,開空車時間多,不僅影響臺效,而且影響了半自磨襯板的使用壽命。3)一段分級旋流器喘氣嚴重,工作狀態及不穩定;二段旋流器工作不正常,較粗礦粒容易造成沉砂咀堵塞,分級細度達不到設計要求。4)捕收劑采用Z－200,選別指標較好,但價格較高,造成藥劑成本較高。5)新渣、老渣、事故渣原料性質差別大,在單獨處理老渣、事故渣時,技術指標不理想。

3.2 采取措施及技術改造

通過長時間的生產實踐,在更換和加固部分損壞嚴重設備設施,穩定設備運轉率的同時,白銀公司積極探索提高半自磨臺效、降低藥劑成本、提高浮選指標的有效途徑,并取得了良好的效果。

1）提高半自磨臺效。新渣、老渣、事故渣混合生產時,為提高臺效,一度持續上調半自磨鋼球充填率,從14%調至18%左右,磨機定子電流(負荷情況下)也逐步上升至380 A。此時磨機頻繁出現裝滿,串空時間在1～2 h,嚴重影響了半自磨臺效和處理量,也影響了襯板的使用壽命。期間碎球量大增,在返量皮帶輸送機上加裝1臺除鐵器,以及時將碎球清除,改善磨機內有效容積,取得一定效果。但系統運轉率低,半自磨臺效不高,一直是制約達產的主要瓶頸。為了克服以上困難,白銀公司對最適合的鋼球充填率、襯板使用周期進行了積極探索,摸索出了適宜的操作控制方法,最終成功解決了以上問題。鋼球充填率對半自磨臺效的影響見圖1。

圖1 半自磨充填率和臺效關系

由圖1可以看出,當半自磨充填率控制在10%～13%時,半自磨臺效可達到180 t/h,而＜11%或者＞13%時,都不利于臺效的提高。根據生產實際,當充填率較大時,運行電流過高,半自磨機內裝礦量下降,臺效較低;充填率太小時,沖擊作用不足,大塊礦料不易磨碎,臺效較低;添加鋼球尺寸偏小時,沖擊作用不足,小球容易堆積,臺效亦低。綜合上述經驗,逐步調整了半自磨鋼球的充填率,最終將充填率穩定在11%左右,磨機串空情況下,將定子電流控制在180～210 A之間,磨機臺效明顯上升,運行平穩,極少出現裝滿。

半自磨襯板更換投用初期,臺效較高且比較穩定,能夠達到170～190 t/h,使用一段時間后，由于襯板磨損嚴重,尤其是提升臺磨損嚴重,造成半自磨筒體內鋼球和礦粒隨半自磨轉動提升距離不夠,導致鋼球和礦粒下落時沖擊作用大幅減弱,半自磨臺效下降。通過對多家單位的襯板進行試驗,最終選擇了質量較好的襯板,使用壽命可以達到3個月以上。除此之外,白銀公司還探索了適宜的操作控制方法:通過微機運算獲取物料動態流量按某一時間單位的平均值,作為補加水自控因變量,實現分時段按比例自動調整補加水,穩定排礦濃度。人工調整渣漿泵變頻,實現泵池內進出漿體量的動態平衡,保證砂泵效率和入選漿體量穩定。

2）浮選藥劑的選擇。在試運行階段初期,渣選系統使用的藥劑為Z－200和2#油,浮選指標能夠達較好,但由于Z－200價格高，藥劑成本居高不下。經過探索,采用了市場價格相對較低的丁基黃藥作為捕收劑,經過生產總結對比發現,采用丁基黃藥不僅成本低,而且浮選指標較好,可節約成本1．07元/t,年降低藥劑費用約100萬元。

3）不同爐渣的配比試驗。白銀渣選礦系統原料主要包括白銀爐渣、轉爐渣和閃速爐渣。目前閃速爐還未建成投產,系統主要處理白銀爐緩冷渣、老渣和事故渣。新渣單獨選別指標較好;老渣、事故渣粒度小、硬度大,單獨處理時臺效較低,難以發揮半自磨機優勢,且老渣銅品位較低,含泥量較大,單獨處理時精礦品位低,尾礦品位高,事故渣尾礦品位也偏高。對于以上不同性質爐渣生產中出現的問題,經過分析與研究,制定了以新渣為主的不同爐渣的配比生產模式,獲得了良好的效果。各種爐渣單選和配比選別生產數據見表4。

表4 三種渣型單獨和配比選別生產數據%

單獨處理新渣時,指標明顯優于事故渣和老渣,通過配礦,尾礦品位和回收率相對單獨處理新渣時略有下降,但明顯優于事故渣和老渣單獨處理時的指標,且臺效有一定提高。當新渣和老渣的比例＞2:1時,指標明顯好轉,基本可以達到單獨處理新渣時所得到的技術指標,精礦品位達到22%左右,尾礦在0．29%左右。而新渣與事故渣配礦比例在2:1時,也可以得到和處理新渣相近的指標。新渣、老渣和事故渣以2:1:1配礦時,同樣可以得到較好指標,且臺效較為穩定。

4）緩冷時間試驗。銅冶煉渣緩冷時間對選別指標有著重要的影響,緩冷工藝包括自然緩冷和噴淋緩冷兩部分組成。白銀公司嘗試對自然緩冷時間和噴淋時間的調整,將緩冷時間由55 h增加到60 h,在實驗室小型試驗的基礎上,又進行了工業試驗,并取得了較好的效果。在爐渣和精礦品位相近的情況下, 60 h比55 h緩冷時間浮選尾礦品位低0.04%,回收高3.27%。工業生產數據對照見表6。

表6 緩冷時間工業生產指標%

5)其他措施。生產中爐渣對過流件(運輸膠帶、管路、泵池、旋流器等)的磨損很大,極易發生泄漏。由于渣系統處理量大,泄漏量隨之增大,這部分進入流程時會對生產產生影響,打破礦漿輸送的動平衡,進而影響浮選液面控制及指標;另一方面,泄露還會妨礙運轉率的提高。在實踐中,生產技術人員不斷改進這種狀況,如在礦石或礦漿沖擊點加裝耐磨橡膠或廢舊襯板,或者制作緩沖箱,形成“礦打礦”的形式;更換耐磨材料管路;在漏斗下礦部位增加皮帶緩沖床等。這些措施取得了較好的效果,為提高系統運轉率,為系統實現達產達標發揮了積極的作用。

4 結語

白銀渣選礦項目設計階段對項目方案不斷優化,建成后通過對系統存在缺陷的改造、對關鍵工藝參數的優化調整,最終成功實現了達產達標,取得了較好的經濟和社會效益:1)在項目設計階段,對緩冷場、渣尾礦過濾堆存車間廠地的優化,保證了項目的順利建設,節約了投資,有利于方便生產管理,提高生產效率。2)針對白銀爐渣的獨特性質,在處理單一渣或混合渣上獲得了一定的經驗,形成了比較完善的操作規程和管理制度,系統運轉率不斷提高,技術指標穩定,并達到了相對較好的水平。項目建設綜合效益得到釋放,為公司發展奠定了堅實的基礎。3)改進藥劑制度降低了成本,合理裝補鋼球有效降低球耗,調整緩冷時間降低渣尾礦含銅提高回收率,取得了較好的效果。但如何進一步提高渣選礦技術指標、降低選礦成本,仍然需要進行長期探索和不斷研究。4)銅冶煉選銅尾礦主要作為水泥輔料,用量小、效益差,制約了渣選礦系統的生產。如何將技術上可行的銅渣綜合利用方法產業化,探索更為先進的利用途徑,還需要技術上的突破和創新。

Practice on Copper Smelting Slag Flotation in Baiyin Furnace

MU Xiaohui,JIA Lian,ZHANG Xuebin
（BNMC Concentrator Company,Baiyin,Gansu 730900,China）

Baiyin furnace copper smelting slag contains some valuable elements,such as Cu,Au,Ag and Fe,which has large comprehensive recycling value．Option of Baiyin slag flotation project has been continuously optimized at design stage,after completion,the output has been successfully reached by system fault modification,optimization and adjustment of the key process parameters,discovery of reagent system and gradual cooling time,preparation of the various slag proportion,by which it can obtain good economic and social benefit．

copper smelting slag;Baiyin furnace;gradual cooling;slag flotation;SAG

TD925

B

1004－4345（2014）06－0028－03

2014－07－22

穆曉輝(1973—),男,高級工程師,主要從事選礦技術研究及管理工作。