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銅冶煉爐渣選別工藝的應(yīng)用與發(fā)展

2023-01-10 05:48曹美紅
中國(guó)金屬通報(bào) 2022年16期
關(guān)鍵詞:礦渣爐渣磨礦

曹美紅

在人類對(duì)資源需求的矛盾日益緊張的前提下,為了更加有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)礦產(chǎn)資源的利用,必須要對(duì)冶煉爐渣進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的二次利用,這是目前冶金工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條重要路徑。冶煉爐渣作為一種重要的二次金屬資源,將爐渣中的銅資源得到進(jìn)一步的充分利用,從而提高現(xiàn)代煉銅工藝過(guò)程中的生產(chǎn)利用率。爐渣作為人造礦石的一種,其特性以及礦物的組成成分,受到一系列因素的干擾,由冶煉過(guò)程中的一系列工藝條件以及相關(guān)的冷卻方式共同決定了礦渣的性質(zhì)是極其不穩(wěn)定的,而要想實(shí)現(xiàn)對(duì)爐渣中的礦物質(zhì)得到有效回收,不能夠?qū)⑵渲苯臃祷刂寥蹮挔t進(jìn)行熔煉。為此必須要進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x別工藝,將冶煉爐渣進(jìn)行更加細(xì)致地研究,實(shí)現(xiàn)對(duì)爐渣的高效利用,而銅冶煉爐渣選別工藝便成為了其中極為重要的一項(xiàng)工藝。

1 冶煉爐渣工藝礦物學(xué)

要想使得銅冶煉爐渣能夠得到有效的重復(fù)利用,就必須要對(duì)其特性進(jìn)行深入的研究,工藝礦物學(xué)作為礦物學(xué)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容,可以對(duì)爐渣的特性進(jìn)行深入的研究,明確爐渣在工藝礦物學(xué)特性方面所具有的獨(dú)特性。由于爐渣在相關(guān)特性方面比原礦石更加復(fù)雜,在建筑特性和一些其他物理性質(zhì)方面有著一定的獨(dú)特性,如果直接采用原有的冶煉方式對(duì)爐渣進(jìn)行處理,無(wú)論是效率和質(zhì)量都難以達(dá)到預(yù)定的要求,而且還會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失。因此必須要對(duì)爐渣進(jìn)行工藝礦物學(xué)特性的分析,了解爐渣所具備的特性,然后采取一定的選別工藝使其能夠通過(guò)合理的采選,從而提升后續(xù)冶煉工作的效率與質(zhì)量。

通過(guò)對(duì)于多種冶煉爐渣的渣樣進(jìn)行分析,可以發(fā)現(xiàn)這些爐渣的組成物質(zhì)在一定程度上具有相似性。但是在不同條件下,這些爐渣中所含有用礦物的分布特性存在較大的差異,這些在工藝礦物學(xué)方面所存在的嵌布特性差異,會(huì)導(dǎo)致?tīng)t渣的后續(xù)處理工藝受到一定的影響。銅冶煉爐渣中主要含有的化合物包含硫化物、四氧化三鐵、橄欖石以及玻璃體,這些礦物中的銅主要存在硫化銅中。天然銅礦物中的銅含量主要是呈塊狀、浸染狀或星點(diǎn)狀進(jìn)行分布,然而爐渣礦物中銅的嵌布關(guān)系則變得更加復(fù)雜,其中銅礦物會(huì)呈現(xiàn)出細(xì)粒狀嵌布在爐渣中,而且銅礦物的大小也相對(duì)較小。爐渣中除了可用作回收的硫化銅礦物之外,還含有一定的其他金屬元素可以通過(guò)回收的方式得到再利用,主要包含鐵金銀等金屬元素,其中鐵元素的主要存在形式是四氧化三鐵。四氧化三鐵具有一定的磁性,為此可以通過(guò)磁選的方式對(duì)四氧化三鐵加以綜合回收,從而使礦渣中的金屬元素得到更加有效地回收。事實(shí)上冶煉廠所采用的不同冶煉方式也會(huì)對(duì)最終的礦渣產(chǎn)生特性上的不同,從而導(dǎo)致最終如礦渣所采用的回收方式有所不同,必須要采用合適的研磨工藝和選別工藝,才能夠使得銅礦的回收率和品位都得到有效提升。

2 冶煉爐渣選別工藝的設(shè)計(jì)

2.1 冶煉爐渣選別工藝流程

目前針對(duì)爐渣的選別流程設(shè)計(jì),一般需要將爐渣產(chǎn)品的力度控制在200目占比為90%以上,這樣才能夠滿足后續(xù)選別流程的實(shí)際需求,為此采用兩段磨礦的方式將原礦的力度摩制為特定的需求,第一段主要采取格子型模球磨機(jī)與螺旋分級(jí)形成閉路,對(duì)于礦物進(jìn)行研磨。在通過(guò)旋流器進(jìn)行分級(jí)處理后,進(jìn)入到二段模塊內(nèi)進(jìn)行處理,借助水力旋流機(jī)隊(duì)礦物進(jìn)行分級(jí)篩選,最后進(jìn)入到選別工藝中分別經(jīng)過(guò)兩次初選,兩次精選和兩次掃選得到最終的礦物。在選擇工作中,礦渣中的含水量相對(duì)較高,為此精選的銅礦需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾,脫水之后得到含水量有效控制的情況,同樣尾礦也需要經(jīng)過(guò)濃縮過(guò)濾和脫水之后進(jìn)行下一步的回收利用。

2.2 爐渣研磨工藝的設(shè)計(jì)

對(duì)爐渣的研磨工藝選擇方便與普通礦石的研磨工藝相對(duì)較為類似,在對(duì)爐渣進(jìn)行選別研磨過(guò)程中主要采取。2~3段的閉路磨球碎塊模式,既為常規(guī)的碎磨流程,或是采用粗碎加半自磨合球磨的方式最爐渣進(jìn)行研磨處理,又被稱之為半自磨流程。具體的工藝選擇要根據(jù)實(shí)際的爐況加塊的大小和硬度進(jìn)行選擇,如果爐渣的大小較大、硬度較高時(shí),可以采用三段破碎的方式進(jìn)行碎磨工藝,設(shè)備的選擇也與天然礦石相同。

常規(guī)研磨的方式在應(yīng)用的過(guò)程中,能夠有效地借助節(jié)能體驗(yàn)來(lái)進(jìn)行工作,主要是通過(guò)多碎少磨的方式,在研磨過(guò)程中主要以破碎為主,減少研磨工藝所消耗的能源。在這樣的工作中主要是將研磨工作的作業(yè)時(shí)間進(jìn)行合理的調(diào)配,在具體的選別工作中能夠有效地實(shí)現(xiàn)對(duì)礦物的篩分和細(xì)碎處理工作。由于該項(xiàng)工藝具有一定的優(yōu)勢(shì),在靈活調(diào)配和節(jié)能方面的優(yōu)勢(shì),使其廣泛應(yīng)用到各礦物的選別工作中,所以在生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)方面,該工藝具有更多的優(yōu)勢(shì)。相比于半自磨工藝而言,借助常規(guī)碎磨的方式雖然能夠使得作業(yè)時(shí)間更加靈活地進(jìn)行調(diào)配,也能夠有效地實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)約,但是在各項(xiàng)工藝中具有多項(xiàng)中間環(huán)節(jié),工藝過(guò)程相對(duì)較為復(fù)雜。

半自磨碎磨工藝主要是在原有自磨機(jī)的方式下進(jìn)行優(yōu)化,由于自磨機(jī)在工作時(shí),對(duì)于一些礦石磨碎時(shí)效率并不是很高,但是如果加入一定比例的鋼球,或是其他物質(zhì),很容易使得這些介質(zhì)使得原有的礦石磨碎,然后提高磨礦效率。借助半自磨的方式,能夠有效地將原有的常規(guī)碎磨工藝流程縮短,大大地減少了常規(guī)碎磨工藝下,所需要耗費(fèi)的時(shí)間,提高了研磨工藝的效率。其次由于半自磨所需的工藝流程相對(duì)較短,這導(dǎo)致其配置方面也相對(duì)較為簡(jiǎn)單,能夠說(shuō)寫相關(guān)機(jī)械設(shè)備的占地面積。除此之外半自磨的方式對(duì)于礦石的適用性也相對(duì)較高,可以針對(duì)不同礦石的特性進(jìn)行適應(yīng),具有很大的靈活性,所以在具體應(yīng)用的過(guò)程中,也可以得到大范圍的普及。

除了以上提到的兩種研磨方式之外,在具體的選擇過(guò)程中,還有其他的研磨工藝可供選擇。其中普及度相對(duì)較高的碎磨流程有高壓輥碎磨流程,這在金屬礦山的選別工作中極為常見(jiàn),它既屬于新型的規(guī)模機(jī)械,又可以在粉碎的過(guò)程中提高效率,將原有的研磨工藝進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化,使得整個(gè)研磨過(guò)程中的能耗得到有效降低。由于高壓輥碎磨流程在對(duì)礦物進(jìn)行研磨處理時(shí),能夠有效地對(duì)物料進(jìn)行優(yōu)化,而且效率相對(duì)較高,這對(duì)于銅渣礦而言具有更大的優(yōu)勢(shì)。由于爐渣在礦物特性方面相對(duì)較脆,而且研磨難度較大的問(wèn)題,而高壓輥碎磨的方案則能夠有效的適配這一特性。

2.3 爐渣的選別工藝設(shè)計(jì)

針對(duì)煉銅所產(chǎn)生的爐渣,大部分廠商在對(duì)其進(jìn)行選別時(shí),所采用的方式都是邊磨邊選的方式,而且在選別的過(guò)程中需要根據(jù)礦渣的實(shí)際特性,采用預(yù)處理的方式,將其中所含的明銅進(jìn)行初步回收,此處所采取的方式大部分都通過(guò)磁選的方式,能夠很好地將其中的明銅得到有效的回收處理,然后采取浮選的技術(shù)來(lái)進(jìn)一步回收礦渣中所含的銅礦。

在煉銅過(guò)程中產(chǎn)生的爐渣含有大量的金屬銅和銅的硫化物,這些物質(zhì)在部分區(qū)域極為富集,在研磨過(guò)程中或研磨前通過(guò)磁選的方式將其進(jìn)行分選出來(lái),能夠有效地提高煉銅爐渣的回收效率。在對(duì)其磁選時(shí),可供選擇的方式有干式磁選和濕式磁選前。者是在研磨工作之前所采用的,后者則是在磨礦后礦渣的顆粒較小時(shí)所選用的。由相關(guān)數(shù)據(jù)表明,借助磁選的方式將冶煉工藝進(jìn)行優(yōu)化,能夠有效地減少浮選工作中尾礦的含銅量,在傳統(tǒng)的冶煉工藝下如果不借助磁選方式進(jìn)行處理,那么尾礦中的含銅量可高達(dá)0.8%~1.2%之間,如果借助此種聯(lián)合工藝來(lái)對(duì)顆粒中的明酮進(jìn)行提早回收,那么能夠有效地降低煤礦中的含銅量最多可降至0.4%以下。所以為了有效地提升冶煉爐渣的回收效率,必須要根據(jù)冶煉爐渣的不同性質(zhì)特點(diǎn),采用相關(guān)的選別工藝,在工藝選擇方面應(yīng)當(dāng)優(yōu)先以浮選工藝為核心,將磁重選和浮選進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化,選別工藝流程提高銅爐渣選別的回收效率。

在選擇工藝中,最常應(yīng)用的浮選工藝為閃速浮選,閃速浮選也是近年來(lái)所引入的一種新型工藝。其主要是借助相關(guān)設(shè)備使得選別工作中的水流快速運(yùn)動(dòng),然后將其中的粗粒帶動(dòng)快速的回收其中有用的礦物質(zhì),也避免了礦物質(zhì)過(guò)分研磨而導(dǎo)致礦物質(zhì)顆粒太碎。在具體的應(yīng)用過(guò)程中,也能夠使得礦物質(zhì)的活性顯著提升,使其微粒能夠?qū)崿F(xiàn)快速的礦化過(guò)程,然后提高礦物質(zhì)的浮選效果。

近年來(lái),在礦石的浮選工作中,在有色礦石和金礦石方面得到了高效的應(yīng)用,這是由于傳統(tǒng)的普選工藝,會(huì)造成很多的金屬礦物有所損失,在借助旋流器對(duì)其進(jìn)行分級(jí)處理時(shí),由于金屬礦的密度相對(duì)較大,從而實(shí)現(xiàn)有效的浮選工作。但是在選別的過(guò)程中,通常會(huì)在礦物中混入塵沙,這就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)回收率受到一定的影響,而如果不能及時(shí)地將礦物進(jìn)行服務(wù),全都會(huì)使其后續(xù)再循環(huán)中使得顆粒物變得更細(xì)。而借助散數(shù)浮選的技術(shù)實(shí)現(xiàn)礦物的全系工作,能夠有效地在高濃度和快速的條件以下及時(shí)地對(duì)粗顆粒的礦物進(jìn)行有效的選別,從而避免了銅礦物在學(xué)習(xí)過(guò)程中的顆粒變得更小,直接產(chǎn)生品位更高的銅精礦。這一優(yōu)勢(shì)在冶煉礦渣的浮選體現(xiàn)在具體的應(yīng)用過(guò)程中,還需要加入一定的浮選藥劑,使得浮選效率得到有效提升,通常所選用的浮選藥劑包含丁基黃藥、Z-200等物質(zhì)。國(guó)外還會(huì)采用一定的物質(zhì)作為起泡劑,提升浮選效率,在具體的操作過(guò)程中要對(duì)銅礦渣浮選過(guò)程中物料的濃度進(jìn)行有效地控制,高濃度價(jià)格物料濃度對(duì)于浮選工藝有一定的幫助,但也應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行有效控制。還需要對(duì)浮選物料的pH值進(jìn)行控制,但是銅礦渣在具體的選別過(guò)程中,pH對(duì)浮選效率的影響并不大,可以在自然的pH值下進(jìn)行浮選。

2.4 尾渣的綜合利用分析

在對(duì)原有礦渣進(jìn)行有效的處理之后,尾礦中依然含有部分金屬元素,當(dāng)然如果選擇合理的學(xué)習(xí)工藝,對(duì)礦渣進(jìn)行處理后,尾渣中所含的銅元素相對(duì)較低,可降為4%以下。如果進(jìn)行進(jìn)一步的處理,可以將其中所含的銅元素進(jìn)行有效的回收,但是該過(guò)程通常需要花費(fèi)大量的成本,無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)效益考慮還是環(huán)保效益考慮都無(wú)法滿足。通過(guò)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的分析,可以了解銅爐渣中的廢渣有部分銅是以冰銅珠的方式夾雜在鐵橄欖石和四氧化三鐵礦顆粒之間,該部分礦無(wú)法通過(guò)選別的方法進(jìn)行回收。但是如果采取其他方式會(huì)導(dǎo)致銅的投入成本難以滿足經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性的考慮,為此則不需要通過(guò)其他的選別方式對(duì)尾渣進(jìn)行進(jìn)一步回收利用。但是尾渣可以通過(guò)其他方式進(jìn)行進(jìn)一步綜合利用,目前可以將其作為水泥原材料或是瓷磚的原材料,可以用于公路道路建設(shè)或是其他基礎(chǔ)建設(shè)過(guò)程中,也可以作為瓷磚的原材料進(jìn)行其他生產(chǎn)工作。

3 相關(guān)應(yīng)用分析

案例一:對(duì)于原材料的礦渣進(jìn)行選別時(shí),主要將其分為兩個(gè)系統(tǒng),單個(gè)系統(tǒng)具有研磨和精礦的選別設(shè)備,每天能夠處理3000t。在選別的過(guò)程中,選別廠所采用的研磨工藝主要為粗碎、半自磨和球磨組合工藝,研磨和選別工藝主要分為兩段磨礦和選別,在選別過(guò)程中一段選別結(jié)束后,將其中的粗礦進(jìn)行再磨進(jìn)入到二段研磨選別工作中。該選別廠所采取的選別設(shè)備為粗顆粒機(jī)械攪拌式浮選機(jī),脫水處理所應(yīng)用的脫水工藝為濃縮脫水和過(guò)濾脫水工藝。在借助該設(shè)備對(duì)礦渣進(jìn)行處理時(shí),能夠使得最終產(chǎn)物的同型礦品位高達(dá)25%左右,回收率也能夠?qū)崿F(xiàn)90%以上。

案例二:在對(duì)冶煉爐渣進(jìn)行處理時(shí),首先將爐渣轉(zhuǎn)用到相關(guān)產(chǎn)地進(jìn)行緩冷處理,然后對(duì)爐渣進(jìn)行卸料,通過(guò)液壓粉碎機(jī)將大塊的爐渣進(jìn)行破碎處理,將其爐渣的大小控制在300mm以下。該冶煉廠爐渣銅的存在形式主要為金屬銅和硫化物的方式存在,在對(duì)其進(jìn)行銅回收工藝設(shè)計(jì)時(shí),主要設(shè)置為兩段閉路破碎——兩段磨礦破碎——兩段選別的組合工藝。在實(shí)際生產(chǎn)的過(guò)程中,要根據(jù)礦物質(zhì)的實(shí)際特性來(lái)調(diào)整選別工藝。有時(shí)選擇兩次掃選情況并進(jìn)行旋流器分級(jí),然后進(jìn)行磨碎處理的方式進(jìn)行選擇。如果此時(shí)爐渣選出的礦物品的依然不高,需要再次進(jìn)入兩端細(xì)磨后,通過(guò)浮選工藝進(jìn)行進(jìn)一步的選別。通過(guò)這樣的工藝流程能夠使得銅礦渣處理過(guò)后的精礦中,銅的回收率提高至95%,并且銅金礦的頻率也在29%以上。

案例三:冶煉廠所采用的冶煉工藝為熔煉——富氧底吹的工藝,其爐渣的來(lái)源為熔煉爐所產(chǎn)生的爐渣以及底吹爐所產(chǎn)生的爐渣。該冶煉廠對(duì)銅爐渣進(jìn)行回收利用時(shí)所設(shè)計(jì)的工藝流程為三段開(kāi)路破碎——兩段磨礦選別的組合工藝。采用破碎機(jī)作為主要的破碎設(shè)備,對(duì)礦爐渣進(jìn)行粗碎處理,然后采用圓錐破碎機(jī)對(duì)爐渣進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)碎,然后借助不同型號(hào)球磨機(jī)進(jìn)行兩次磨礦處理。在實(shí)際的選別工藝中,要根據(jù)實(shí)際情況和礦爐渣的特性來(lái)對(duì)工藝流程進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化,將原有的二段精選工藝轉(zhuǎn)換為“一粗二掃一精”的工藝流程。這樣的方式能夠使得銅爐渣中的銅品位得到顯著提升,雖然銅的回收率依然在95%左右,但是其金礦品位可高達(dá)39%以上,實(shí)現(xiàn)高效的銅爐渣回收效率。

案例四:冶煉廠對(duì)銅礦進(jìn)行冶煉時(shí),采用的方法是閃速爐的熔煉方式,即“雙閃工藝”。是在冶煉和吹煉工藝中都借助閃速爐進(jìn)行冶煉工作,爐渣主要為閃速熔爐和閃速吹煉過(guò)程中的銅爐渣。在對(duì)銅爐渣進(jìn)行處理時(shí),采用粗磨和半自磨的聯(lián)合碎磨方式對(duì)其進(jìn)行磨礦處理工作,然后將磨碎的物料通過(guò)旋流機(jī)和溢流機(jī)進(jìn)行快速浮選處理。在處理的過(guò)程中采用“一粗二掃一精”的傳統(tǒng)工藝,對(duì)尾礦進(jìn)行處理,以此得到銅精礦,其中銅的回收率在80%左右,品位約為25%。

由此可見(jiàn),冶煉廠在對(duì)礦渣進(jìn)行回收利用時(shí),所采用的處理方式各不相同,無(wú)論是銅礦渣的研磨方式,還是具體的選別方法,在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中所采用的工藝流程有很大的差別。這些不同的工藝流程會(huì)對(duì)最終銅礦的回收率和礦品位造成一定的影響,但是要考慮到銅礦在冶煉過(guò)程中的實(shí)際冶煉方法,以及冶煉后銅礦渣的工藝礦物學(xué)特性,綜合考慮后選擇最適宜的處理方式。通過(guò)對(duì)案例的工藝流程進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),在條件滿足的前提下,選用三段開(kāi)路破碎——兩段磨礦選別的組合工藝,在銅礦渣的處理過(guò)程中,不僅能夠使得回收礦的回收率保持在95%左右,更是能夠有效地提高礦渣回收品位,使其高達(dá)35%以上。但是這樣的工藝流程并不一定適用于所有的冶煉廠,需要對(duì)其銅礦渣進(jìn)行分析后,選擇適合的研磨方式,以提高銅的回收效率,并為冶煉廠帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō),隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,無(wú)論是冶煉廠在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)濟(jì)效益的提升,還是可持續(xù)發(fā)展理念的深入落實(shí),都要求在礦產(chǎn)冶煉過(guò)程中需要對(duì)資源進(jìn)行進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用,使其礦產(chǎn)利用率達(dá)到最大化。在這樣的背景下,必須要對(duì)銅冶煉過(guò)程中所產(chǎn)生的爐礦渣進(jìn)行高效的處理,是其中所含的金屬元素得到有效地提升。在具體的應(yīng)用過(guò)程中要選擇合適的選別工藝,將研磨工藝和選別工藝都要進(jìn)行不斷的優(yōu)化,以此來(lái)提高礦渣中銅物質(zhì)的回收利用效率。當(dāng)然具體的工藝流程必須要結(jié)合實(shí)際情況,選擇經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益更高的工藝流程,使得礦渣中最終提煉出的精礦的品位和回收率都得到有效提升。

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