汪永紅

(金隆銅業(yè)有限公司， 安徽 銅陵 244000)

0 前言

火法煉銅過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量爐渣，其所含成分相當(dāng)復(fù)雜，有用成分主要為銅和鐵，有時(shí)伴有鎳、鈷等有價(jià)資源[1-2]。其中，鐵的品位一般超過(guò)40%，遠(yuǎn)高于我國(guó)鐵礦石的可開(kāi)采品位27%[3]。然而我國(guó)的銅冶煉渣，除近些年對(duì)其中的銅進(jìn)行部分回收外，其他資源的利用率很低，造成巨大的資源浪費(fèi)。因此，合理利用銅冶煉爐渣中鐵等有價(jià)元素，無(wú)論是在資源利用方面還是經(jīng)濟(jì)價(jià)值方面，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)于爐渣中鐵的回收利用，近些年國(guó)內(nèi)外的學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，主要方法有選礦法、焙燒- 選礦法、直接還原- 磁選法、熔融還原法等[4-5]，其中涉及火法的方案目前大多存在能耗高、投資大、環(huán)保性差等問(wèn)題，仍處于實(shí)驗(yàn)研究階段；選礦法是目前較為常用的方法。某公司就煉銅爐渣中鐵的回收利用進(jìn)行了方案探索，旨在探尋現(xiàn)有條件下資源回收利用的合理途徑。

1 工藝現(xiàn)狀

某公司銅冶煉過(guò)程年產(chǎn)電爐渣68萬(wàn)t、轉(zhuǎn)爐渣17萬(wàn)t，采取緩冷+選礦的方法對(duì)其中的銅進(jìn)行浮選回收，將浮選尾礦作為鐵產(chǎn)品銷(xiāo)售。由于兩種爐渣含鐵品位存在差異，售價(jià)不同，某公司對(duì)兩種爐渣進(jìn)行分開(kāi)處理。其中電爐渣選銅尾礦含鐵37%左右，作為水泥鐵質(zhì)校正劑銷(xiāo)售至水泥廠；轉(zhuǎn)爐渣選銅尾礦含鐵48%～51%，作為鐵礦粉銷(xiāo)售。近年來(lái)，受鐵市場(chǎng)行情的影響，轉(zhuǎn)爐渣尾礦含鐵量偏低，銷(xiāo)售困難。2018年7月起，某公司將轉(zhuǎn)爐渣與電爐渣進(jìn)行混合選銅，比例約1∶4。該選別方式避免了因原料品位變化造成的工藝條件及選別指標(biāo)波動(dòng)，不但方便管理，而且優(yōu)化了選銅指標(biāo)，降低了生產(chǎn)成本。但混選尾礦含鐵38%～39%，只能作為水泥矯正劑銷(xiāo)售，售價(jià)較低。如果能夠?qū)爝x尾礦作進(jìn)一步分選，選出部分較高品位(50%左右或以上)的鐵精礦，再將高品味和低品位的鐵產(chǎn)品分開(kāi)銷(xiāo)售，企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益將會(huì)得到進(jìn)一步提升。

2 爐渣性質(zhì)分析

取某公司銅冶煉現(xiàn)場(chǎng)具有代表性的浮選尾礦試樣進(jìn)行分析。浮選尾礦試樣的多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，鐵元素化學(xué)物相分析結(jié)果見(jiàn)表2，粒度分析結(jié)果見(jiàn)表3。

表1 浮選尾礦試樣的多元素分析結(jié)果 %

表2 浮選尾礦試樣中鐵元素化學(xué)物相分析結(jié)果 %

由表1可知，尾礦中的鐵含量高于可開(kāi)采鐵礦石品位，但尾礦的含硅量較高，對(duì)煉鐵不利。由表2可知，尾礦中磁鐵礦含量較高，似乎對(duì)磁選有利；但從表3粒度分析結(jié)果看，鐵主要分布在細(xì)粒級(jí)中，并且鐵含量和二氧化硅含量的變化趨勢(shì)基本一致，說(shuō)明鐵與硅的共生關(guān)系較為緊密，這將給后續(xù)分選帶來(lái)難度。

表3 浮選尾礦試樣的粒度分析結(jié)果

3 試驗(yàn)研究

3.1 條件試驗(yàn)研究

3.1.1 磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)

根據(jù)工藝礦物學(xué)分析，鐵礦物嵌布粒度細(xì)，需細(xì)磨方可達(dá)到單體解離，但磨礦粒度過(guò)細(xì)會(huì)導(dǎo)致磨礦成本高和分選效果差。在1次磁場(chǎng)強(qiáng)度2 000 Gs粗選和2次1 500 Gs磁場(chǎng)強(qiáng)度精選的實(shí)驗(yàn)條件下，不同磨礦細(xì)度的磁選指標(biāo)變化如圖1所示。

圖1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果圖

由圖1可知，隨著磨礦時(shí)間的增加，鐵精礦品位逐漸提高。當(dāng)磨礦時(shí)間為10 min(測(cè)得-0.045 mm粒級(jí)占93.24%)時(shí)，鐵精礦品位為46.48%，回收率為39.23%；當(dāng)磨礦時(shí)間為15 min(測(cè)得-0.045 mm粒級(jí)占96.13%)時(shí)，鐵精礦品位達(dá)到47.81%，但回收率下降至35.70%。因此，確定最優(yōu)磨礦時(shí)間為10 min,進(jìn)行粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)。

3.1.2 磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)

從磨礦細(xì)度試驗(yàn)看，在經(jīng)過(guò)1次磁場(chǎng)強(qiáng)度2 000 GS粗選和2次1 500 GS磁精選條件下， 鐵精礦品位不高，因此降低磁場(chǎng)強(qiáng)度，以探索精礦品位提高的可能性。在磨礦時(shí)間為10 min(-0.045 mm粒級(jí)占93.24%)條件下，進(jìn)行“一粗二精”流程的1 500 Gs-1 500 Gs-1 200 Gs、1 500 Gs-1 500 Gs-1 000 Gs、1 200 Gs-1 200 Gs-1 200 Gs和1 200 Gs-1 200 Gs-700 Gs四組不同磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)研究，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 磨礦時(shí)間10 min條件下不同磁場(chǎng)強(qiáng)度組合試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 200 Gs-1 200 Gs-1 200 Gs的“一粗二精”流程的磁選結(jié)果最佳，此時(shí)可得到品位49.85%、回收率13.02%、產(chǎn)率10.42%的鐵精礦產(chǎn)品，磁選尾礦含鐵38.75%。

3.1.3 粗選拋尾磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)

由于直接磁選無(wú)法得到品位較高(大于55%)的鐵精礦產(chǎn)品，考慮采用磁粗選拋尾、粗精礦再磨再精選的方法來(lái)提高鐵精礦品位。為確定粗選所用的磁場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)行了大范圍粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 粗選拋尾磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，粗精礦回收率逐漸增加，但品位逐漸降低。回收率在磁場(chǎng)強(qiáng)度為4 000 Gs時(shí)達(dá)到62.63%，之后無(wú)明顯變化。最終確定粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度為4 000 Gs。

3.1.4 粗精礦再磨細(xì)度條件試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度4 000 Gs粗選的粗精礦進(jìn)行再磨后，再經(jīng)2 000 Gs磁場(chǎng)強(qiáng)度分選，磨礦細(xì)度的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，隨著再磨時(shí)間的增加，鐵精礦品位顯著提高，但回收率持續(xù)降低。當(dāng)再磨時(shí)間為30 min(P80=18.62 μm)時(shí)，鐵精礦品位達(dá)50.25%，鐵回收率為31.10%，精礦產(chǎn)率為24.78%，；當(dāng)再磨時(shí)間達(dá)到90 min(P90=9.136 μm)時(shí)，可得到品味為55%以上的鐵精礦產(chǎn)品，但依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)條件，現(xiàn)場(chǎng)達(dá)到如此細(xì)度難度較大。

表6 粗精礦再磨細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果

3.2 流程試驗(yàn)研究

3.2.1 直接磁選流程

通過(guò)磨礦細(xì)度條件試驗(yàn)和磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)可以看出，浮選尾礦磨至-0.045 mm粒級(jí)占93.24%后，通過(guò)磁場(chǎng)強(qiáng)度為1 200 Gs-1 200 Gs-1 200 Gs的“一粗二精”流程磁選(圖2)，可得到品位49.85%、回收率13.02%、產(chǎn)率10.42%的鐵精礦產(chǎn)品，磁選尾礦含鐵38.75%。方案實(shí)施中，磨礦細(xì)度可通過(guò)調(diào)整選銅階段磨礦作業(yè)實(shí)現(xiàn)，這樣將會(huì)對(duì)選銅作業(yè)更為有利。

圖2 直接磁選流程

3.2.2 高場(chǎng)強(qiáng)粗選拋尾、粗精礦再磨再選流程

通過(guò)粗選拋尾磁場(chǎng)強(qiáng)度條件試驗(yàn)和粗精礦再磨細(xì)度條件試驗(yàn)可以看出，浮選尾礦經(jīng)磁場(chǎng)強(qiáng)度為4 000 Gs的磁選拋尾，得到的粗精礦再磨30 min(P80=18.62 μm)后，再經(jīng)2 000 GS磁場(chǎng)強(qiáng)度再選(圖3)，可得到品位50.25%、回收率31.10%、產(chǎn)率24.78%的鐵精礦產(chǎn)品，磁選尾礦含鐵36.75%。

圖3 高場(chǎng)強(qiáng)粗選拋尾及粗精礦再磨再選流程

3.2.3 低場(chǎng)強(qiáng)粗選拋尾、粗精礦再磨再選流程

由于粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度越高，進(jìn)入再磨的粗精礦量就越多。為降低再磨成本，將粗選磁場(chǎng)強(qiáng)度由4 000 Gs降為2 000 Gs進(jìn)行再磨再選試驗(yàn)(由粗選拋尾磁場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)可知，此時(shí)粗精礦產(chǎn)率由59.14%降至44.92%)，試驗(yàn)流程如圖4所示，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。

圖4 低場(chǎng)強(qiáng)粗選拋尾及粗精礦再磨再選流程

表7 低場(chǎng)強(qiáng)粗選拋尾及粗精礦再磨再選試驗(yàn)結(jié)果

由表7可知，2 000 Gs磁選得到的粗精礦經(jīng)30 min(測(cè)得-0.045 mm粒級(jí)占96.24%)再磨后，再經(jīng)一次磁場(chǎng)強(qiáng)度為2 000 Gs精選，可得到品位為50.01%的鐵精礦。該方案既可以減少再磨的入磨量，又可以得到回收率為28.53%(此時(shí)精礦產(chǎn)率為22.74%)的鐵精礦產(chǎn)品。若在該條件下再進(jìn)行一次精選，精礦品位有所提高，但提高幅度不大。

4 方案比選

綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，混選爐渣浮選尾礦通過(guò)磁選難以得到品味55%以上的合格鐵精礦。通過(guò)直接磁選(方案1)、 高場(chǎng)強(qiáng)粗選拋尾及粗精礦再磨再選(方案2)、低場(chǎng)強(qiáng)粗選拋尾及粗精礦再磨再選(方案3)三個(gè)案分選，均可得到一部分品位在50%左右的鐵精礦，而且其尾礦含鐵均在30%以上，仍可作為水泥矯正劑銷(xiāo)售。

在上述3個(gè)方案中，方案1的磨礦細(xì)度可通過(guò)調(diào)整選銅階段磨礦作業(yè)實(shí)現(xiàn)，因此僅需增加3段磁選機(jī)。方案2和方案3除增加磁選機(jī)外，還需增加再磨設(shè)備。三個(gè)方案的投入、產(chǎn)出比較情況見(jiàn)表8。從表8可以看出，方案1的經(jīng)濟(jì)性相對(duì)較好。

表8 三個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比 萬(wàn)元

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用直接磁選、粗選拋尾粗精礦再磨再選研究，從混選爐渣浮選尾礦中回收鐵，獲得滿足銷(xiāo)售的鐵精礦是可行的，但是由于鐵礦物嵌布粒度細(xì)，磁選難以得到品味55%以上的合格鐵精礦。通過(guò)采取多段磁選等手段，可以選出一部分品位較高的鐵精礦，其余尾礦仍可作為水泥鐵質(zhì)矯正劑銷(xiāo)售，將不同鐵品位的含鐵產(chǎn)品分開(kāi)銷(xiāo)售，可使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益得到一定的提高。