□文/邊瑞民 黃有英 杜武釗

東營方圓有色金屬有限公司

氧氣底吹爐銅熔煉渣的分析研究與選礦實踐

The Ana ly tica l Resea rch and Bene fi cia tion Practice o f Coppe r Sm e lting Slag o f Oxygen Bo ttom-Blow ing Fu rnace

□文/邊瑞民 黃有英 杜武釗

東營方圓有色金屬有限公司

本：文根據對氧氣底吹爐銅熔煉渣結構與成分的分析研究，采用渣選工藝回收爐渣中的銅等有價金屬。在生產實踐中，通過合理控制破碎粒度 磨礦粒度以及加藥量 有效地提高了渣精礦銅品位以及銅的回收率今。后應發(fā)揮產學研合作的優(yōu)勢，研發(fā)具有世界領先水平的精磨技術，進一步提高銅的回收率，渣尾礦的銅品位由現在的0 3%有望降至0.1%以下。

一、前言

2008年東營方圓有色金屬有限公司（以下簡稱“方圓公司”）承擔的國家科技支撐計劃“吹氧造锍多金屬捕集技術”產業(yè)化項目正式投產運行。2010年8月29日，中國有色金屬工業(yè)協會在山東省東營市主持召開了國家科技成果鑒定會，與會專家一致認為該技術整體達到了國際領先水平。在項目的產業(yè)化過程中，方圓公司為圓滿完成科學技術部下達的四項任務目標之一，即實現銅、金等主要金屬回收率達到98.5%以上，選擇了工藝及裝備成熟的渣選礦技術。隨著世界銅礦產資源的長期開采，造成初級資源逐漸貧缺，開發(fā)利用二次資源是有色冶金工業(yè)實現可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑。目前，銅熔煉渣的處理方法主要有電爐貧化法和渣選礦法。電爐貧化法的優(yōu)點是投資較省、占地面積小、流程短等；缺點是銅回收率較低、耗電量大、運行費用高等。渣選礦法的優(yōu)點是銅回收率高、耗電量小、運行費用低等；缺點是基建投資高，占地面積大，流程長等。由于方圓公司底吹爐料多為一些難處理的多金屬礦，熔煉渣的成分也比較復雜，如果選用電爐貧化法，單純靠沉降分離，棄渣含銅目前在世界范圍內，行業(yè)的最好水平也在0.6%以上，難以實現銅、金等主要金屬回收率達到98.5%的指標。因此，方圓公司決定采用渣選礦法來回收氧氣底吹爐熔煉渣（以下簡稱“爐渣”）中的銅等主要金屬。目前，經過三年來的生產實踐與不斷完善提高，方圓公司通過選擇高鐵硅比渣型以及渣選礦技術參數的合理控制，渣精礦銅品位穩(wěn)定在22%左右，渣尾礦銅品位穩(wěn)定在0.3%左右，從而實現了銅、金等主要金屬回收率大于98.5%的任務目標。

二、爐渣結構與成分的分析研究

1.爐渣形貌分析

復雜的銅精礦等混合物料經底吹爐熔煉后產生爐渣并由渣包送至緩冷場，緩冷時間約為24h。爐渣外觀呈黑色并帶有墨綠色，結構致密，粒度較大約500mm。爐渣的電鏡掃描形貌如圖1 所示(放大倍數為500)。

圖1 爐渣電鏡掃描形貌圖(×500)

從渣樣的電鏡掃描形貌圖中可以看到，渣樣中存在多種形態(tài)不一樣的物相，各物相相互交混存在。各物相呈現出不同的晶體形狀，根據晶體形狀的不同和晶體顏色的深淺，并根據礦物學相關知識，可以初步判斷出渣樣中各晶體的物相。從形貌圖中可看出，所取渣樣中的主要相有硫化物(冰銅)相、磁鐵礦(Fe3O4) 相、以橄欖石（2FeO·SiO2） 為主的硅酸鹽相以及玻璃體等四種不同的相。磁鐵礦一般為初晶，常常以多邊形的自形晶或樹枝狀晶形存在；橄欖石一般都發(fā)育成條柱狀晶形；冰銅相在最后凝固, 大顆粒成圓珠的形狀嵌于其他相間，小顆粒則集中分布于玻璃體內。

2.爐渣的物相分析

渣樣的X射線衍射分析(XRD)如圖2所示。

從渣樣的XRD分析結果可知，渣樣中可分辨的結晶相有鐵橄欖石(2FeO·SiO2)，占50.3%；冰銅相，占21.9%；磁鐵礦相，占16.2%；石英石，占11.6%。這與電子顯微鏡的觀察結果相吻合，另外，電子顯微鏡下某些填充物，可能由于其物相過于復雜或者本身為非結晶態(tài)，XRD未能提供更多組成信息，還有可能由于其含量過低導致XRD分析未能分辨。

3.爐渣的元素組成分析

對渣樣進行等離子體原子發(fā)射光譜分析(ICP)分析，結果如表1所示。

表1 渣樣ICP分析結果

從表中可以看出渣中Fe和Si的含量最多，這是由于造渣反應使Fe和Si反應生成硅酸鐵，而絕大部分硅酸鐵最后將滯留在渣中。另外渣中Cu的含量達3.0%，含量比較高，說明渣中Cu損失較大，與物相分析結果相比，元素分析Cu的含量要低，這可能是由于物相分析時某些相未能檢測出來，導致相分析的Cu含量偏大。

三、選礦實踐

1.工藝流程

爐渣由鐵板給礦機運送至顎式破碎機進行粗碎，再進入圓錐破碎機進行中碎，然后進入篩分系統篩選出粒度合格（≤12mm）的爐渣進入一次球磨。不合格的爐渣進入另一圓錐破碎機進行細碎，然后再次進行篩分。粒度合格的爐渣在一次球磨后進入旋流器進行分離，選出合格的爐渣進入一次浮選，其余返回一次球磨。一次浮選回收大部分的銅金屬，剩余尾礦則通過另一旋流器打入二次球磨。二次球磨再次經旋流器選出合格爐渣進入二次浮選，進一步提取銅等有用金屬。經過磨浮工序后生成的渣精礦和渣尾礦，再經過濃密和過濾工序最終生成渣選礦的合格產品，渣精礦返回底吹爐，渣尾礦出售至水泥廠。其工藝流程圖如圖3所示。

2.破碎

破碎工序的主要設備有重型板式給料機、顎式破碎機和圓錐破碎機等。

“多破少磨”已成為選礦技術的發(fā)展趨勢，降低破碎產品粒度，增加破碎合格率，可以相應提高球磨機處理能力，對節(jié)省電耗和生產成本，增加經濟效益，有非常重要的作用。方圓公司在生產中采用三重破碎工藝，取得了比較理想的效果，并摸索出了三重破碎的粒度標準（見表2）。

表2 破碎粒度標準

爐渣經重型板式給料機供給顎式破碎機進行粗碎，再經過圓錐破碎機進行中碎，中碎后的爐渣經篩分選出粒度合格的部分進入下一工序，不合格的爐渣進入另一圓錐破碎機進行細碎，然后再次篩分形成閉路循環(huán)。在篩分過程中采用雙層篩網，以保證粒度達標。

3.球磨

球磨工序的主要設備有溢流型球磨機和水力旋流器等。

磨礦細度是衡量球磨工序的重要指標，其效果受爐渣冷卻速度的直接影響。若爐渣冷卻速度快，就會形成非晶質構造，而且，銅礦物結晶粒度細而分散，并嵌布在呈樹狀或針狀的其他礦物中，致使爐渣中的銅難以浮選回收。若爐渣緩慢冷卻，析出的銅相粒子借助擴散和凝結作用就會變大，易于單體解離，同時，也使得爐渣中的銅易于回收。

隨著磨礦細度的增加，爐渣的單體解離度有了很大提高，銅的回收率也大大提高。但是，如果細磨過粉碎的話，爐渣就會形成了礦泥，從而導致精礦品位降低。根據生產實踐經驗，方圓公司爐渣緩冷時間約為24h，同時采用的磨礦粒度標準為一段球磨-325目75%，二段球磨-325目90%，有效的提高了爐渣中銅的回收率。

4.浮選

浮選工序的主要設備有外充氣式浮選機和攪拌桶等。

浮選工序的主要目的是通過加藥來捕集爐渣中的銅等有價金屬，采用的主要藥劑為捕收劑和起泡劑。在浮選過程中捕收劑可以有效地收集裸露在外的銅的爐渣顆粒。在磨礦粒度一定的情況下，若捕收劑用量偏低，則只能捕收含銅較高的連生體爐渣顆粒，導致渣精礦品位較高，銅的回收率降低；若捕收劑用量過大，則其中大量含銅較低的連生體也被捕收，導致渣精礦銅品位降低，但銅的回收率有所提高。而起泡劑的作用是使礦漿產生大小適中高度彌散的穩(wěn)定起泡，并有選擇地將捕收劑收集的含銅顆粒吸附于氣泡上。

目前方圓公司常用的捕收劑為丁基黃藥，起泡劑是含45%萜烯醇的2#油。根據生產實踐研究發(fā)現，當處理的原礦品位為4%~5%時，黃藥加入量300g/t原礦，2#油加入量約150g/t原礦，生成渣精礦銅品位約為22%，銅的回收率達到94%。

5.濃密

濃密工序的主要設備為耙式濃密機。

方圓公司采用的是周邊傳動式耙式濃密機，其中兩臺直徑Φ38m的用于濃密渣精礦，另外兩臺直徑Φ53m的則用于濃密渣尾礦，均為一用一備。經磨浮工序后的礦漿沿著固定在橋架上的進料槽進入濃密機，濃縮后的物料經耙葉自周邊進入中央漏斗下面的錐形部分，再經砂泵送入下一工序。通過生產實踐發(fā)現，礦漿濃度一般濃縮到60%為宜，若濃度過大，則砂泵容易堵塞，濃度過小，則不利于下一步的過濾脫水。

6.過濾

過濾工序主要設備為盤式真空過濾機。

礦漿經盤式真空過濾機過濾后除去大部分水分，過濾后的渣精礦銅品位22%、含水11%~12%，尾礦含銅0.3%、含水9%~11%。渣精礦返底吹爐熔煉，尾礦出售。

四、結論

爐渣的結構與成份不同，決定了渣選工藝控制條件的差異。方圓公司通過對氧氣底吹爐銅熔煉渣的分析研究與渣選生產實踐，根據爐渣的特有性質以及生產過程中的實踐經驗，基本形成了比較理想的控制條件。當原礦銅品位4%~5%左右時，控制三重破碎后爐渣合格粒度為12m m；一段磨礦粒度為-3 2 5目7 5%，二段磨礦粒度為-3 25目90%；浮選工序黃藥加入量為30 0g/t，2#油加入量為150g/t；另外合理控制濃密機，保證礦漿濃度，以便于過濾工序的脫水效果。最終生成渣精礦銅品位22%、含水11%~12%，尾礦含銅0.3%、含水9%~11%，銅回收率達到94%。

隨著世界環(huán)境保護要求的不斷提高和礦產資源的日益枯竭，深入開展銅熔煉渣綜合利用的研究，使尾礦中主要金屬銅的含量降至0.1%以下，并回收棄渣中的鐵，從而真正實現“吃干榨凈”的理想目標，具有極其重要的現實意義。方圓公司致力于渣選礦工藝的科技攻關，同時與澳大利亞昆士蘭大學精誠合作，共同研發(fā)具有世界領先水平的精磨技術，努力為推動世界渣選礦工藝的技術升級與環(huán)境保護做出貢獻。

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