余 彬 王禮珊 趙立恒 岳曉華 張建波 王恩志

(楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司，云南 楚雄 675000)

中國(guó)的銅礦資源儲(chǔ)量居全球第六位，占全球儲(chǔ)量的3.42%，人均占有量低于世界水平24%[1-4]。中國(guó)作為世界上最大的銅消耗國(guó)家，銅精礦資源匱乏，自給率不足30%，嚴(yán)重依靠進(jìn)口，且呈逐年擴(kuò)大趨勢(shì)。隨著銅礦產(chǎn)資源的日益減少，開(kāi)發(fā)與利用二次資源已經(jīng)成為人們的共識(shí)[5-8]。各冶煉企業(yè)不斷開(kāi)展資源綜合回收，研究冶煉爐渣中銅資源的回收與利用，通過(guò)爐渣浮選工藝，降低渣浮選尾礦含銅量，提高火法冶煉總流程的銅金屬回收率，以減少銅損失。這不僅是國(guó)家強(qiáng)化資源回收的要求，也是企業(yè)減少浪費(fèi)、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)效的重要途徑。

楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司銅冶煉產(chǎn)生的電爐渣和轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)緩冷破碎后進(jìn)行浮選時(shí)，因?qū)嶋H生產(chǎn)原料品位升高，初始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)失去指導(dǎo)意義。原礦品位升高到2.2%～3.3%，銅精礦品位在15.0%～25.0%，尾渣含銅高達(dá)0.27%及以上，渣浮選系統(tǒng)工藝指標(biāo)波動(dòng)較大，有必要對(duì)銅冶煉爐渣浮選進(jìn)行工藝礦物學(xué)研究[9-11]，查明爐渣的成分、礦物組成、有價(jià)金屬的賦存狀態(tài)和嵌布粒度等工藝礦物學(xué)特征，找出流程中存在的缺陷，從而提出優(yōu)化和改進(jìn)措施，穩(wěn)定生產(chǎn)指標(biāo)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 選礦工藝

楚雄滇中有色金屬有限責(zé)任公司火法冶煉系統(tǒng)采用艾薩爐熔池熔煉—轉(zhuǎn)爐吹煉—陽(yáng)極爐精煉的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)中產(chǎn)出轉(zhuǎn)爐渣240～280 t/d(全緩冷)、電爐渣1 000 t/d(300～400 t進(jìn)行緩冷，其余進(jìn)行水淬)。其中，電爐渣含銅0.5%～0.8%、轉(zhuǎn)爐渣含銅5%～8%。緩冷電爐渣和轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)選礦處理回收其中的銅、金、銀。選礦工序設(shè)計(jì)規(guī)模為700 t/d，分為破碎、磨礦、浮選、脫水四個(gè)工序。采用“兩段一閉路”破碎流程，破碎產(chǎn)品粒度≤14 mm。兩段連續(xù)磨礦流程，第一段、第二段球磨機(jī)分別與螺旋分級(jí)機(jī)、旋流器組合，進(jìn)行閉路磨礦，磨礦細(xì)度為-45 μm含量占85%以上。采用兩次粗選—兩次掃選—兩次精選的浮選流程，產(chǎn)出銅精礦和尾渣，精礦含銅≥17%，尾渣含銅≤0.26%。采用濃縮—過(guò)濾兩段脫水流程，銅精礦含水≤14%，尾渣含水≤13%。

2 工藝礦物學(xué)分析

2.1 原礦的多元素分析和物相分析

原礦多元素分析結(jié)果見(jiàn)表1，銅物相分析結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，原礦結(jié)合銅分布率5.31%、游離銅分布率8.79%、次生銅分布率76.57%、原生銅分布率9.33%。

表1 原礦多元素分析結(jié)果Table 1 Multi element analysis result of raw ore /%

表2 銅物相分析結(jié)果Table 2 Phase analysis result of copper /%

2.2 礦物組成和元素賦存狀態(tài)

礦物組成、元素賦存礦物名稱及含量見(jiàn)表3。由表3可知，銅礦物主要為金屬銅、銅锍，少量為輝銅礦、斑銅礦、黃銅礦，微量赤銅礦；硫化物為少量鐵锍，微量其他锍(鉛锍、鋅锍)及其他硫化物；鐵礦物主要為磁鐵礦。脈石礦物主要為橄欖石、輝石、石榴石、其他脈石、玻璃質(zhì)。銅分布于金屬銅、銅锍、輝銅礦、斑銅礦、黃銅礦、赤銅礦、其他硫化物、脈石。鐵主要分布于磁鐵礦、橄欖石、硫化物、其他脈石。

表3 元素賦存礦物名稱及含量Table 3 Mineral name and content of elements /%

2.3 磨礦解離與粒度分布

單體解離度63.55%(其中，+38 μm占57.82%、+18 μm占70.47%、-18 μm占71.40%)，包裹體含量2.30%(其中，+38 μm占2.54%、+18 μm占3.56%、-18 μm占2.85%)，近包裹體(解離程度低于20%)含量7.99%(其中，+38 μm占8.20%、+18 μm占9.97%、-18 μm占7.21%)，表面暴露73.68%，未解離表面與磁鐵礦(2.61%)及脈石(23.43%)連生。

銅礦物粒度分布見(jiàn)表4。由表4可知，目的礦物平均粒度14.28 μm，主要分布于-75+38 μm和-38+19 μm中，粗粒(+150 μm)中沒(méi)有。微細(xì)粒(-9.6+4.8 μm)占14.40%，超細(xì)粒(-4.8 μm)占4.39%。

表4 銅礦物粒度分布Table 4 Particle size distributions of copper minerals

2.4 流程平衡計(jì)算分析

建立工藝流程數(shù)質(zhì)量平衡及回收率模型，對(duì)全流程進(jìn)行了銅元素礦物平衡分析、礦物粒度平衡分析、礦物解離度平衡分析。

2.4.1 銅元素礦物平衡分析

銅元素礦物平衡分析結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，黃銅礦和鐵锍回收率低，為48.17%和50.93%；赤銅礦回收率較低，為74.88%；脈石中銅回收率很低，為6.25%；金屬銅、銅锍、輝銅礦、斑銅礦回收率高，分別為96.93%、96.26%和96.45%。

表5 銅元素礦物平衡分析結(jié)果Table 5 Mineral balance analysis results of copper /%

2.4.2 礦物粒度平衡分析

表6為銅礦物粒度平衡分析結(jié)果，可見(jiàn)，+19 μm銅礦物回收率高，為93.57%～100.0%；-19+4.8 μm銅礦物回收率較低，為77.11%～84.25%；-4.8 μm銅礦物回收率很低，為32.68%。從粒級(jí)回收率可以看出，粒度在-37+18 μm內(nèi)的銅回收率最好，達(dá)到了97.75%，+74 μm和-10 μm級(jí)別中的銅回收率較低，特別是-10 μm級(jí)別中的銅的回收效果最差。尾礦中+74 μm級(jí)別中銅的損失占全銅的1.18%，-10 μm級(jí)別中銅的損失占全銅的2.36%。

表6 銅礦物粒度平衡分析結(jié)果Table 6 Copper mineral particle size balance analysis results /%

2.4.3 礦物解離度平衡分析

如表7銅礦物解離度平衡分析結(jié)果，可見(jiàn)包裹體回收率很低，為18.57%；解離程度小于20%的近包裹體回收率較低，為63.44%；解離程度20%～40%的連生體回收率略低，為92.58%；解離程度大于40%的連生體和單體回收率高，為97.77%～99.39%。

表7 銅礦物解離度平衡分析結(jié)果Table 7 Equilibrium analysis results of dissociation degree of copper minerals /%

2.5 金屬流失途徑

銅元素?fù)p失途徑分析結(jié)果見(jiàn)表8。尾礦中損失銅8.77%，脈石含銅形式損失4.10%，是銅流失的最主要途徑。在共生礦物中，金屬銅包裹體占17.54%，其中，12.41%的金屬銅包裹在脈石中。因脈石比表面積大，單體解離度不到20%，不利于磨礦解離和分選，進(jìn)一步細(xì)磨也將難以單體解離。

表9為獨(dú)立礦物流失損失銅總回收率解離度平衡分析結(jié)果。由表9可知，各獨(dú)立礦物流失途徑中，解離程度低于20%的包裹體和貧連生體損失銅總回收率3.03%，占損失率的65.16%；單體流失損失銅總回收率0.97%，占損失率的20.86%；其他連生體流失損失銅總回收率0.65%，占損失率的13.98%。

表9 獨(dú)立礦物流失損失銅總回收率解離度平衡分析Table 9 Dissociation balance analysis of total recovery in copper from loss of independent minerals /%

流失的解離程度低于20%的各礦物的包裹體和貧連生體主要為金屬銅、銅锍，其次為黃銅礦、輝銅礦、鐵锍、斑銅礦，少量為赤銅礦。各包裹體和貧連生體礦物粒度普遍均在5 μm以下，難以進(jìn)一步磨礦解離或磨礦解離的成本太高。

流失的各單體礦物，主要為黃銅礦，其次為金屬銅、銅锍、赤銅礦，少量為輝銅礦、鐵锍、斑銅礦。

2.6 各工藝節(jié)點(diǎn)銅回收率分析

1)粗選Ⅰ：黃銅礦、赤銅礦、鐵锍中銅回收率低，脈石中銅回收率很低。-38+4.8 μm銅礦物回收率高，+38 μm和+4.8 μm銅礦物回收率低。包裹體和近包裹體回收率很低，連生體回收率較低，近單體和單體回收率高。

2)粗選Ⅱ：黃銅礦、赤銅礦、鐵锍回收率很低，金屬銅、斑銅礦回收率較低，輝銅礦、銅锍回收率較高。+75 μm銅礦物回收率高，-48 μm銅礦物回收率很低。包裹體和近包裹體回收率很低，單體回收率偏低。

3)精選：鐵锍和黃銅礦回收率低，脈石中銅回收率很低。+38 μm銅礦物回收率高，-38+4.8 μm銅礦物回收率較低，+4.8 μm銅礦物回收率很低。包裹體回收率低，近包裹體回收率較低，單體回收率不高，銅損失率最高。

4)掃選Ⅰ：各礦物回收率低，不同粒度銅礦物回收率均低，不同解離程度銅礦物回收率均低。

5)掃選Ⅱ：各礦物回收率低，斑銅礦、黃銅礦和脈石中銅回收率最低，輝銅礦、赤銅礦次之，不同粒度銅礦物回收率均低，不同解離程度銅礦物回收率均低。

2.7 選礦理論回收率

根據(jù)精礦品位、尾礦品位分析化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多種途徑預(yù)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表10，銅金屬理論回收率94.33%，理論精礦品位26.22%。銅金屬實(shí)際回收率91.23%，實(shí)際精礦品位20.13%。回收率生產(chǎn)指標(biāo)比理論指標(biāo)低3.1%，精礦品位生產(chǎn)指標(biāo)比理論指標(biāo)低6.09%，選礦指標(biāo)還有一定提升空間。

表10 銅回收率變化模型預(yù)測(cè)Table 10 Prediction of copper recovery model /%

3 磨浮流程分析

3.1 磨礦流程分析

磨礦分級(jí)礦漿流程圖如圖1所示。

圖1 磨礦分級(jí)礦漿流程Fig.1 Flowsheet of grinding and classification pulp

1)Ⅱ段磨磨礦濃度64.04%，從磨礦參數(shù)控制上講相對(duì)偏低，主要是旋流沉砂濃度控制偏低，生產(chǎn)中可以通過(guò)調(diào)整旋流器排口比、進(jìn)漿壓力等提高分級(jí)效率和沉砂濃度，從而提高Ⅱ段磨磨礦濃度。

2)磨礦、分級(jí)效率計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表11。由表11可知，Ⅰ段螺旋分級(jí)的分級(jí)效率較好，Ⅰ段磨礦新生-48 μm磨機(jī)技術(shù)效率為0.86 t/(m3·h)，磨機(jī)技術(shù)效率比較好，但Ⅱ段磨礦新生-48 μm磨機(jī)技術(shù)效率只有0.22 t/(m3·h)，相對(duì)偏低。原因主要是Ⅱ段磨磨礦濃度偏低，另外Ⅱ段磨循環(huán)負(fù)荷偏小，若適當(dāng)提高循環(huán)負(fù)荷，磨礦效果尚有一定的改善空間。

表11 磨礦分級(jí)效率計(jì)算Table 11 Grinding classification efficiency calculation

3)提高磨礦細(xì)度難以進(jìn)一步提高目的礦物單體解離度和降低包裹體及近包裹體含量，且容易增加超細(xì)粒級(jí)(-4.8 μm)的占有率。應(yīng)通過(guò)其他方式來(lái)降低包裹體及近包裹體含量。

3.2 浮選流程分析

浮選分級(jí)礦漿流程圖如圖2所示。樣品濃度、品位測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 樣品濃度、品位測(cè)定結(jié)果Table 12 Determination results of sample concentration and grade /%

圖2 浮選分級(jí)礦漿流程Fig.2 Flowsheet of flotation classification pulp

1)銅在粗選Ⅰ作業(yè)中已有86.28%得到回收，富集比較高，浮選作業(yè)效率較好，泡沫品位達(dá)到23.58%，說(shuō)明此礦物浮選速率較快。大量可浮銅礦物直接成為最終精礦，后續(xù)工藝尤其是粗選Ⅱ可浮銅礦物的量過(guò)少，可能造成后續(xù)工藝環(huán)節(jié)可浮性礦物減少，再加上藥劑濃度偏低，微細(xì)粒礦物和連生體捕收不充分。

2)粗選Ⅱ及掃選富集比較低，浮選作業(yè)效率低，粗選Ⅱ精礦品位僅為1.09%，主要是可浮性較好的銅礦物大部分在粗選Ⅰ已得到回收，粗選Ⅱ可浮性銅礦物量較少，另外捕收劑和起泡劑可能不足，協(xié)同效應(yīng)減弱，藥劑濃度不夠，不利于微細(xì)粒單體的充分捕收，因此單體流失嚴(yán)重。

3)精選Ⅰ、精選Ⅱ尾礦中細(xì)粒、微細(xì)粒銅礦物含量高，雖然精選浮選時(shí)間較長(zhǎng)，但進(jìn)入精選的可浮性礦物含量較少，不利于微細(xì)粒單體的充分捕收，浮選過(guò)程中的協(xié)同效應(yīng)(背負(fù)效應(yīng))減弱，單體流失嚴(yán)重，造成精選作業(yè)微細(xì)粒礦物和連生體捕收不充分，并造成精選作業(yè)能力配置浪費(fèi)。

4)銅金屬粒度分布如圖3所示，生產(chǎn)流程中精選Ⅰ尾礦(中礦)返回Ⅱ段磨旋流分級(jí)后進(jìn)入Ⅱ段磨機(jī)，但由于精選Ⅰ尾礦較細(xì)，-48 μm已達(dá)到90.13%，比旋流分級(jí)細(xì)度還細(xì)，返回的中礦經(jīng)旋流器后大部分從溢流中回到浮選流程，只有很少部分被帶入沉砂后進(jìn)入磨機(jī)再磨，對(duì)提高中礦解離的作用不大。精選Ⅰ尾礦直接返回粗選Ⅰ或者單獨(dú)再磨較為合理。

圖3 銅金屬粒度分布圖Fig.3 Particle size distribution of copper metal

5)掃選泡沫目的礦物平均粒度較細(xì)(掃選Ⅰ泡沫目的礦物平均粒度8.85 μm，掃選Ⅱ泡沫目的礦物平均粒度7.57 μm)，-10 μm銅礦物含量高，但單體解離度低，銅礦物單體回收率低，單體流失較為嚴(yán)重，順序返回上段作業(yè)效果并不好。

6)掃選Ⅱ泡沫產(chǎn)率較高、泡沫富集差，生產(chǎn)操作中已出現(xiàn)大量刮水，應(yīng)注意控制液位。部分浮選機(jī)無(wú)泡沫刮出，主要是部分浮選機(jī)葉輪、蓋板磨損，間隙變大，攪拌和充氣量不夠。

4 工藝流程優(yōu)化方向探討

4.1 磨礦流程優(yōu)化

1)在生產(chǎn)中開(kāi)展提高旋流分級(jí)效率、提高沉砂濃度的試驗(yàn)工作。通過(guò)調(diào)整旋流器排口比和增加進(jìn)口壓力，提高分級(jí)效率，同時(shí)把沉砂濃度提高到72%～75%，提高Ⅱ段磨磨礦濃度，提高Ⅱ段磨機(jī)技術(shù)效率。通過(guò)調(diào)整旋流器排口比，適當(dāng)提高Ⅱ段磨循環(huán)負(fù)荷，把循環(huán)負(fù)荷提高到250%左右，磨礦效果尚有提升空間。

2)控制好磨機(jī)裝球率，確保裝球率穩(wěn)定，調(diào)整Ⅱ段磨機(jī)鋼球添加配比，增加磨機(jī)研磨效果，進(jìn)一步增加-38 μm粒級(jí)含量。

4.2 浮選流程優(yōu)化

1)開(kāi)展全流程整體均衡配置和藥劑制度優(yōu)化試驗(yàn)研究，強(qiáng)化單體微細(xì)粒級(jí)礦物的捕收，減少脈石夾帶，提高泡沫品位，為后續(xù)作業(yè)留下部分可浮性好的礦物，增強(qiáng)后續(xù)作業(yè)的協(xié)同效應(yīng)。生產(chǎn)操作中注意掃選液位控制，避免刮水，強(qiáng)化設(shè)備維護(hù)，保證浮選機(jī)攪拌能力和充氣量。

2)研究中礦處理方式，開(kāi)展中礦脫水后全量單獨(dú)再磨及返回點(diǎn)確定試驗(yàn)研究，找到最優(yōu)中礦處理流程。

5 結(jié)論

1)原礦目的礦物平均粒度29.53 μm，主要分布于6.75～73.6 μm，單體解離度63.55%。表面暴露73.68%，未解離表面與磁鐵礦(2.61%)及脈石(23.43%)連生，提高磨礦細(xì)度難以進(jìn)一步提高目的礦物單體解離度和降低包裹體及近包裹體含量。

2)原礦中包裹體和近包裹體(解離程度小于20%)回收率很低，僅為4.24%～13.48%。連生體(解離程度20%～80%)回收率較低，為37.14%～62.59%。近單體(解離程度大于80%)回收率較高，為68.81%，單體回收率較低，為57.24%，較多單體未能上浮而進(jìn)入后續(xù)工藝，增加了損失的風(fēng)險(xiǎn)。

3)原礦磨礦工藝和磨礦細(xì)度基本適宜，通過(guò)改變?cè)V冷卻方式和控制冷卻速度來(lái)改變目的礦物結(jié)晶粒度，可降低包裹體及近包裹體含量，提高礦物的可選性。