許志安， 楊 華， 朱文宇， 李建波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊市 661000)

提高銅爐渣選礦回收率的研究

許志安， 楊 華， 朱文宇， 李建波

(云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司， 云南 個舊市 661000)

通過對銅爐渣緩冷制度研究、選礦濃度、磨礦粒度、藥劑及pH對選礦直收率的影響試驗，結(jié)果表明：最佳換冷制度為爐渣緩冷時間為72 h，入選礦漿的濃度40%～45%，粒度控制在-320目占80%～85%，礦漿選別酸堿度為pH為7～9時，藥劑添加量Z200捕收劑54 g/t，2#松醇油38 g/t，最終銅爐渣選礦銅直收率由設(shè)計的42.32%提高到65%以上。

銅爐渣； 渣選礦； 直收率； 渣緩冷； 浮選藥劑； 磨礦濃度和粒度

0 背景

銅是我國國民經(jīng)濟建設(shè)中的重要原材料，以其優(yōu)越的性能而被廣泛應(yīng)用于電子電氣、機械制造、通訊、建筑等領(lǐng)域。隨著國民經(jīng)濟對銅材料需求的增加，我國銅冶煉行業(yè)得到了長足發(fā)展，產(chǎn)量逐年增加。冶煉過程產(chǎn)出了大量爐渣，每年產(chǎn)出～400余萬t銅爐渣，至今已累計堆存銅爐渣～5 000多萬t，其中含有大量有價金屬及其他稀貴、稀散金屬，如果不對其加以回收的話，將造成資源浪費[1-5]。目前世界上銅爐渣處理的方法主要有炭熱法、煙化法、電爐貧化法、選礦法等[6-8]。然而，在所有銅爐渣處理方法中，唯有選礦法簡便而成本低廉，因此得到了廣泛的應(yīng)用。本文就云南錫業(yè)股份有限公司銅業(yè)分公司10萬t銅/年項目開展的銅爐渣選礦試驗研究進行總結(jié)，為今后其他銅爐渣選礦提供技術(shù)參考。

1 工藝概況

爐渣經(jīng)過緩冷、水冷過程后，再經(jīng)過移動液壓碎石破碎，將爐渣粒度破碎至500 mm以下，經(jīng)振動給料機、皮帶運輸機至顎式破碎機，礦粒破碎至200 mm以下，進入原礦倉。細碎的物料經(jīng)皮帶運輸機送至半自磨機中磨碎，磨碎產(chǎn)品經(jīng)半自磨出口圓筒篩篩分。篩上物料經(jīng)皮帶運輸返回半自磨機，篩下物料和球磨機排礦合并用渣漿泵揚送至一段分級旋流器進行預先分級，其溢流通過渣漿泵揚送至二段旋流器進行控制分級，兩段旋流器的沉砂和浮選中礦(掃選精礦和精選一的尾礦)均返回球磨機構(gòu)成閉路磨礦。二段旋流器的溢流為合格礦漿進入浮選作業(yè)系統(tǒng)，進行二次粗選、二次精選、一次掃選后分出銅精礦和浮選尾礦，浮選銅精礦經(jīng)渣漿泵輸送至精礦濃密機，再經(jīng)陶瓷過濾機進行脫水作業(yè)，脫水后的銅精礦送奧斯麥特熔煉爐冶煉；浮選尾礦經(jīng)渣漿泵輸送至尾礦濃密機，經(jīng)陶瓷過濾機進行脫水作業(yè)，脫水后的尾礦直接外售。

本試驗對渣選礦工藝進行研究、優(yōu)化和技改，以提高渣選礦金屬回收率，減少有價金屬在流程中的損失。在渣含銅0.75%時，銅金屬回收率由42.32%提高到65%。

2 爐渣銅的物相分析

原料為熔煉沉降電爐爐渣，銅物相分析見表1。

表1 爐渣中銅的物相分析 %

從表1中可以看出，爐渣中的銅主要是以化合物的形式存在，分別是原生硫化銅、硫化銅、自由氧化銅和結(jié)合氧化銅，其中原生硫化銅的含量僅占42.67%，氧化率為16.24%，可選性不是很好。

3 試驗結(jié)果與討論

通過生產(chǎn)試驗，研究、技改、優(yōu)化爐渣緩冷制度、入選礦漿濃度、粒度、浮選藥劑制度等工藝參數(shù)，在試驗過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗，最終使渣選礦銅回收率得以提高。

3.1 緩冷制度對銅選礦直收率的影響

爐渣的選別回收效果關(guān)鍵取決于爐渣冷卻過程中礦物顆粒聚集的大小，而爐渣中晶粒的大小與爐渣的冷卻速度有著密切的關(guān)系，緩冷過程中，爐渣熔體的初析微晶可通過溶解、沉淀，長成結(jié)晶，同時有用礦物聚集并長大成相對集中的獨立相。

根據(jù)工藝礦物學原理和熱力學定律，結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗，總結(jié)爐渣緩冷工藝對后續(xù)選別過程的影響，通過對噴淋水質(zhì)、冷卻速度、緩冷時間等條件摸索，確定最佳工藝參數(shù)。

爐渣的相變溫度大致在800～1 180 ℃之間，因此，在此區(qū)間的冷卻速度要嚴格控制，以保證結(jié)晶體的發(fā)育長大。爐渣一經(jīng)排出，溫度逐漸下降，最終由液相變?yōu)楣滔?，與此同時銅粒子不斷聚集，發(fā)育長大，然后終止發(fā)育，因此尋找銅粒子不再明顯長大的溫度值尤為重要。在不同冷卻速度下試驗，試驗結(jié)果見表2、表3。

表2不同的冷卻速度下爐渣銅相晶粒的粒度分布情況

冷卻速度100～70um70～50um50～30um30～10um10～5um5um以下V=1℃/min72.26%1.82%2.81%17.82%4.83%0.25%V=3℃/min62.28%2.71%3.34%23.45%5.56%1.07%V=5℃/min57.80%6.87%11.92%15.28%4.68%2.25%V=10℃/min41.30%6.12%7.87%22.93%10.70%10.20%水淬急冷///5.10%14.61%78.12%

表3 不同冷卻速度的爐渣浮選試驗的結(jié)果 %

從表2和表3中可以看出，爐渣冷卻速度影響其可選性，在相變范圍內(nèi)以1～2 ℃/min的冷卻速度為宜，此時銅相晶粒的結(jié)晶粒度達到了最佳值，有利于選別回收，在緩冷終點800 ℃以下，銅粒子的生長發(fā)育已停止，此時爐渣可噴冷卻水快速冷卻而不影響銅結(jié)晶粒度。

將2組患者臨床各項數(shù)據(jù)均輸入SPSS 21.0軟件中,2組患者并發(fā)癥發(fā)生情況以率(%)的形式表示,行X2檢驗,2組患者生活質(zhì)量以及身體功能評分均以(均數(shù)±標準差)的形式表示,予以t檢驗,組間對比統(tǒng)計學意義存在(P<0.05)。

3.2 緩冷時間

爐渣礦物的結(jié)晶是個復雜的物理化學和相變的過程，需要較長的時間，如果緩冷時間不足，將會因強行翻包使未結(jié)晶礦物強制結(jié)晶，降低目的礦物的嵌布粒度，影響銅金屬回收。根據(jù)上述表2、表3得出的結(jié)論，并結(jié)合實際生產(chǎn)情況，找到銅晶粒結(jié)晶終點時間，之后冷卻時間主要以翻包安全為主，避免出現(xiàn)紅包和翻包放炮，即進行了冷卻時間與爐渣結(jié)晶粒度及翻包溫度的試驗，試驗結(jié)果見圖1、表4。

圖1 冷卻時間與銅晶粒結(jié)晶粒度的關(guān)系

表4 冷卻時間調(diào)查表

從圖1，表4可以看出，爐渣緩冷24 h后，銅晶粒結(jié)晶粒度停止發(fā)育，之后通過水冷48 h，包體溫度低于55 ℃，是爐渣結(jié)晶到安全倒渣的整個時間過程，這也是后序的選別指標能得到保證的根本。

3.3 不同濃度、粒度對銅爐渣選礦回收率的影響

浮選時不但要求礦物充分單體解離，而且要求有適宜的入選濃度和粒度。礦粒太粗或是太細都會給選別帶來困難，影響選別質(zhì)量和金屬的回收。因此，項目組把入選濃度和粒度分為三組進行選別對比試驗，試驗結(jié)果如表5所示。

表5不同濃度、粒度下的選別指標

2013年入選濃度/%入選細度/%入選渣Cu品位/%精礦Cu品位/%尾礦Cu品位/%Cu回收率/%4月～5月37～42-400目占85～900.7617.840.2666.766月～7月40～45-325目占80～850.7817.160.27665.68月～9月40～45-325目占70～800.7515.170.28656.8

從表5可以看出，入選粒度過粗不利于浮選作業(yè)，造成銅選別回收率低，把入選濃度控制在40%～45%，粒度控制在-320目占80%～85%和設(shè)計的入選濃度控制在37%～42%，粒度控制在-400目占85～90%時都能達到本項目要求的經(jīng)濟指標，但考慮到磨礦經(jīng)濟性和脫水效果，確定選用濃度在40%～45%，粒度在-320目占80%～85%為浮選的入選濃度和粒度值，銅爐渣選礦回收率提高到65.6%。

3.4 浮選藥劑及pH對銅爐渣選礦回收率的影響

藥劑用量原則是根據(jù)原礦銅品位的高低而進行調(diào)節(jié)，藥劑添加過多或是過少，都可能造成整個工藝過程不穩(wěn)定，導致產(chǎn)品質(zhì)量及回收率降低。

表6不同用藥量的選別指標

原礦平均Cu品位/%Z200捕收劑/g·t-12#松醇油/g·t-1pH值Cu回收率/%1組0.72140907～957.822組0.7290587～863.823組0.7254387～965.214組0.7254386～748.65組0.7254389～1238.56組0.7250307～952.3

注：入選濃度40%～45%粒度-320目占80%～85%

從表6中可以看出，整個選別過程需在pH7～9的弱堿性環(huán)境下進行，以第3組添加量最為適宜，確定藥制度為Z200：54 g/t，2#松醇油：38 g/t，兩種藥劑的加入量均低于設(shè)計值，分別減少了61%和58%，實現(xiàn)了銅直收率由設(shè)計值的42.32%提高到65.21%。該藥劑制度重點保證了一段浮選藥劑的用量，強化了對粗粒級和中粒級礦物的捕收，從而實現(xiàn)早收多收。

4 結(jié)論

(1)最佳緩冷制度為爐渣緩冷時間72 h，分別為24 h自然冷卻加48 h水冷，對提高銅爐渣選礦回收率提供有利條件；

(2)入選礦漿濃度40%～45%，粒度控制在-320目占80%～85%；

(3)礦漿選別酸堿度為pH在7～9 h，藥劑添加量Z200捕收劑54 g/t，2#松醇油38 g/t，最終將銅爐渣選礦銅回收率由設(shè)計的42.32%提高到65%以上，實現(xiàn)了銅爐渣回收率的提高。

[1] 劉小舟．我國重要有色金屬資源—銅礦的現(xiàn)狀及展望[J]．西北地質(zhì)，2007，40( 1) :83 -87．

[2] 徐其紅，魯軍，孫忠梅等. 某銅冶煉渣選礦工藝優(yōu)化試驗研究[J].礦冶工程，2014，34(5)：70-73.

[3] 王少青，盧榮富．爐渣選礦在我國的發(fā)展與應(yīng)用[J]．有色礦山，1993( 3) :42-46．

[4] 雷貴春．淺論銅渣選礦及綜合利用[J]．礦產(chǎn)綜合利用，1996,(5) :17-20．

[5] 穆曉輝，賈立安，張學濱.白銀爐銅冶煉渣選礦實踐[J].有色冶金設(shè)計與研究，2014,35(6):28-31.

[6] 楊威，劉有才，符劍剛等．某高結(jié)合率氧化銅渣的浮選試驗研究[J].礦冶工程，2011，(3) :51-54．

[7] 雷存友，吳彩斌，余潯. 銅冶煉爐渣綜合利用技術(shù)的研究與探討[J].有色冶金設(shè)計與研究，2014，35(1)：1-4.

[8] 江明麗，李長榮.煉銅爐渣的貧化及資源化利用[J]. 中國有色冶金，2009，(3):57-60.

科學家制成高效率鈣鈦礦電池

由日本、中國和瑞士研究人員組成的一個科研小組最近在美國《科學》雜志上報告說，他們借助薄膜摻雜技術(shù)，制造出一種面積為1 cm2的鈣鈦礦太陽能電池，其公證效率為15%，是當前國際公證的鈣鈦礦電池最高效率。

與傳統(tǒng)的晶體硅太陽能電池相比，鈣鈦礦太陽能電池成本較低，更容易生產(chǎn)，而且近年來其光電轉(zhuǎn)換效率獲得較大提升，所以是目前最有可能實現(xiàn)低成本產(chǎn)業(yè)化以替代化石能源的太陽能電池。美國《科學》雜志甚至把它評為2013年的十大科學突破之一。

盡管鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展迅速，但存在難以在較大面積的基底上沉積超薄薄膜而不產(chǎn)生孔洞等缺陷，很難大面積制備。此前報道的高效率結(jié)果大多是基于面積為0.1 cm2的電池器件。而在光伏領(lǐng)域，標準的太陽能電池效率測定需要電池面積至少在1 cm2以上。

在新研究中，日本物質(zhì)材料研究機構(gòu)、上海交通大學、華中科技大學與瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學等機構(gòu)的研究人員借助常見的半導體工藝摻雜技術(shù)，給鈣鈦礦電池的無機界面層氧化鎳薄膜重摻雜鋰與鎂，將其導電性提高了10倍左右。

由于導電性提高，可以增加重摻雜氧化鎳薄膜厚度而不減損電池效率，從而大大降低了該薄膜的孔洞密度等缺陷，最終制備出面積為1 cm2的高效率鈣鈦礦太陽能電池。

研究人員還在日本標準光伏測量實驗室對他們制備的鈣鈦礦太陽能電池進行了效率公證，公證效率為15%，被收錄于2015年第46期《太陽能電池效率表》。

薄膜太陽能電池可分為三代：第一代為非晶硅薄膜電池，最高效率為13.6%；第二代為無機化合物薄膜太陽能電池，如銅銦鎵硒電池效率達到21.7%；第三代電池仍處于研發(fā)階段，包括染料敏化太陽能電池(效率達11.9%)、有機薄膜太陽能電池(效率達11.5%)和鈣鈦礦太陽能電池等。

Study on improving copper recovery by copper slag concentration

XU Zhi-an， YANG Hua， ZHU Wen-yu， LI Jian-bo

Through the study on the copper slag in slow cooling system and tests the effects of concentration in processing, mesh-of-grinding, reagent and pH value on the recovery , the results showed that the optimum cooling system should be 72 hours for slag slow cooling time, 40%～45% slurry concentration for processing, particle size controlled at 80%～85%-320 mesh, slurry pH value at 7～9, reagent addition Z200 collector 54 g/t, and 2#pinitol oil 38 g/t, under upper condition the eventually copper recovery could be increased from designed 42.32% to 65% above during slag concentration.

copper slag； slag concentration； recovery； sag slow cooling； flotation reagents; grinding concentration and mesh-of grinding

許志安(1965—)男，云南個舊人，高級工程師，主要從事選礦技術(shù)管理工作。

2015-12-25

TF811; TD952

B

1672-6103(2016)02-0055-04