紫金铜业铜冶炼炉渣选矿技术改造实践

刘春龙

（紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭 364200）

紫金铜业铜冶炼炉渣选矿技术改造实践

刘春龙

（紫金矿业集团股份有限公司，福建上杭 364200）

为了适应铜冶炼炉渣的性质变化，紫金铜业选矿厂近几年不断优化选矿工艺条件，对选矿设备和工艺流程进行改造，获得了较好的选矿技术指标，生产废水全部循环使用，实现了生产废水的零排放，为企业创造了良好的经济效益和环境效益。

铜冶炼；炉渣选矿；工艺条件；选矿设备；零排放

铜冶炼炉渣是火法冶金过程的一种产物，来自于炉料中各元素被氧化生成的氧化物、损耗的炉衬材料以及造渣剂等。目前生产实践中，处理含铜较高铜冶炼渣的技术手段主要有反射炉贫化炼铜渣法、电炉贫化法、渣选矿法等[1-3]。其中渣选矿法是经选矿从铜渣中回收铜的方法：当熔融的炉渣含有足够的硫能生成硫化物时，炉渣会在充分缓慢的冷却过程中析出铜硫化物结晶和金属铜粒子，通过浮选产出铜精矿，返回熔炼作为进矿配料回收铜[4-5]。紫金铜业有限公司200 kt/a铜冶炼工程设计了铜冶炼炉渣选矿系统，对炉渣进行再次选矿，回收炉渣中的铜、金、银等有用成分。设计指标为原矿铜品位2.44%，铜精矿铜品位26%，铜回收率87%，尾渣含铜0.35%。由于炉渣性质发生了变化，原选矿工艺流程和工艺条件已不能完全适应。为此，紫金铜业选矿厂近几年进行了一系列的技术改造。

1 炉渣选矿原工艺流程

铜冶炼炉渣选矿原设计采用阶段磨矿、阶段选别、铜半优先浮选、中矿再磨再选的原则流程，具体流程见图1。

图1 炉渣选矿原工艺流程

破碎采用一段开路流程，闪速熔炼炉和转炉排出的热渣，经渣包车运至缓冷场冷却，冷却后的炉渣在渣场堆存，大块物料在渣场用移动式液压碎石机将其碎至500 mm以下，然后用铲车给入粗碎仓，给料采用型号GZT1660棒条振动给料机，粗碎采用型号为PD75106的颚式破碎机，最终产品粒度－200 mm。

磨矿采用二段磨矿闭路流程和中矿再磨闭路流程。炉渣经Φ5.03×5.0 m湿式半自磨机磨矿后进入直线振动筛ZKR2148，＞8 mm的筛上产品经胶带输送机返回半自磨机形成一段闭路磨矿，＜8 mm的筛下产品与Φ5.03×7.5 m湿式溢流型球磨机排矿合并，经型号FX660－GT×4旋流器组分级，一段旋流器溢流（－0.074 mm占40%）再由泵送至二段型号FX200－GK×12旋流器组分级，两段旋流器沉砂均返回湿式溢流型球磨机，构成二段闭路磨矿，二段旋流器溢流（－0.045 mm占80%）自流至粗选前的搅拌槽。中矿再磨由1台MQY2.7×6 m溢流型球磨机与15台型号FX100－GK旋流器组成闭路。

浮选采用两粗、两精、两扫和中矿部分集中再选的流程结构。矿浆经加药搅拌后进型号为CLF－40 m3的浮选机进行一次粗选，一次粗选精矿为最终铜精矿并由泵送至精矿浓密机，尾矿进二次粗选，二次粗选精矿经型号Φ2.4 m×7 m浮选柱两次精选得到铜精矿并自流至精矿浓密机。二次粗选尾矿经两次扫选后得到最终尾矿并由泵送至尾矿浓密机，扫选精矿和一次精选尾矿为中矿，由泵送至中矿再磨前的旋流器分级，沉砂进而再磨，溢流（－0.025 mm占80%）进入浮选柱粗选，再磨粗选精矿进二次精选浮选柱精选，再磨粗选尾矿返回二次粗选。

铜精矿经18 m浓密机浓缩和1台压滤机脱水后由胶带输送机运至冶炼厂的配料仓。最终尾矿经38 m浓密机浓缩和5台陶瓷过滤机脱水后装车外运。

2 原选矿生产中存在的问题

原选矿生产中存在的问题主要有以下几个方面：

1)选矿厂设计缓冷场渣包位178个，渣包数量164个，总缓冷时间54 h。由于炉渣含铜较高，高铜渣难以冷却，造成炉渣温度高，导致渣包周转不够，影响熔炼生产；同时，高温的炉渣倒包时，遇水急冷，容易造成炉渣放炮，存在极大的安全隐患。另外，随着渣包的使用，有些渣包开始出现裂纹，需要进行维修，也减少了渣包有效利用。这些因素造成炉渣的缓冷效果不明显，影响了含铜颗粒的结晶，从而影响选铜工艺指标。

2)磨矿分级多，操作管理困难，工艺条件不易控制。两段分级系统都只有1组旋流器、1条主管路，虽有备用泵，但因管路、旋流器没有备用，经常因管路、旋流器故障导致停产。

3)入选炉渣品位比设计品位高，导致各作业的产率大幅增加,原设计的部分管路、设备选型偏小,满足不了实际的生产需求,造成精矿接受槽和中矿接受槽满槽，金属流失非常严重。

4)石灰乳输送管道经常堵塞，造成矿浆pH值不稳定，影响浮选指标。

5)2台浓密机添加絮凝剂，造成精矿和尾矿过滤困难，水分偏高。

6)过滤面积25 m2的国产精矿立式压滤机选型偏小，压滤机负荷过大，且故障率高，造成精矿浓密机难以及时排矿进入后续脱水作业，经常造成磨浮系统停机。

3 选矿技术改造及效果

3.1 选矿设备改造

3.1.1 缓冷场改造，增加渣包位和渣包

在原来渣包位的两段，增加渣包位15个，渣包位总数为193个，另外购买38个渣包，渣包总数为202个。渣包的缓冷时间得到了有效延长，闪速炉渣包缓冷时间延长至60 h，转炉渣包缓冷时间延长至72 h，使渣包都能够在壁温60℃以下倒包，大大减少了发生红包和放炮的概率。

3.1.2 破碎系统改造

将粗碎仓格筛使用的轻轨和重轨改为铺设20 mm厚的钢板，再在钢板上按500 mm×500 mm开孔,解决了轨道容易被砸脱落的现象，有效控制了破碎入料粒度。另外将棒条给料机下方的1#胶带缓冲托辊进行改造,原托辊型号为Φ100 mm×520 mm,加密安装一样容易被炉渣震脱落,后改为型号220 mm× 300 mm托辊,减少了托辊被大块炉渣砸落的情况,提高了破碎机的破碎效率。

3.1.3 磨矿系统改造

1）半自磨机筒体衬板原设计为提升条和底板一体式，有 L型和帽型两种。通过使用这两种衬板发现提升条磨平时，底板还比较厚，但处理量大幅下降，不得不整体更换，造成浪费。后委托衬板厂家进行分体式半自磨新型衬板设计，此种衬板提升条和底板分开，提升条磨损后，可单独更换提升条，底板继续使用。使用此衬板，即可保持磨矿效率，又延长底板使用周期，减少衬板更换费用，可有效降低吨矿成本。

2）将一段4台旋流器一分为二，组成两组旋流器，再分别增加一组二段旋流器和两条分级管道，即实现了分级系统的完全备用。此方案投资少，改造完成后，磨浮生产基本不会因为分级系统故障而停产，提高了设备运转率，降低了吨矿成本。

3.1.4 浮选系统设备改造

1）由于炉渣品位偏高，造成精矿产率和中矿产率比设计值高，根据流程考察的结果，精矿泵和中矿泵进行重新计算选型，选择流量大的渣浆泵，同时安装大口径的输送管道，确保了矿浆不会满出接受槽。另外，由于炉渣密度大，容易沉槽，一次粗选、二次粗选浮选机泡沫出口管子口径过小，容易造成堵矿，影响指标，将管道更改为DN200 mm的大管道，同时，增加一次粗选、二次粗选的冲洗泡沫水管，及时冲走泡沫产品。

2）对大功率电机加装变频器。浮选鼓风机在设计时选型偏大,实际生产中,风量也只用了1/3左右, 2/3风量在风机内自循环形成涡流,额定电流为25.1 A,运行时实际电流为11 A左右,存在较为严重的“大马拉小车”问题，造成电能的严重浪费。通过对电机加装10 kV高压变频器，调节鼓风机电机的转速，实现风量的调整，既能满足工况的要求，又能节约电能。加装变频后，年节约电费计算17.1万元。一次精选、二次精选浮选柱底流循环泵设计选型偏大，扬程高，造成电能浪费和管壁磨损较快。通过对两台循环泵加装变频器后,年可节约电费28.5万元。

3）原石灰添加系统由人工添加石灰到搅拌桶进行搅拌，然后用泵输送到药剂平台的储槽中，再自流到浮选矿浆搅拌槽。人工装石灰，劳动强度高、环境恶劣；且该系统在运行过程中，经常造成矿浆pH值不稳定，影响浮选指标，其原因是石灰含渣较多，石灰乳输送管道经常堵塞，造成石灰乳断流。为了稳定石灰的添加，在尾矿过滤厂房内设计了一个石灰仓，用罐车把石灰输送到石灰仓内，由给料机均匀添加到尾矿地坑，经过搅拌后输送到尾矿浓密机，直接调整尾矿回水的pH值，减轻了人工劳动强度，改善了作业环境。

3.1.5 脱水系统改造

1)针对铜精矿立式压滤机处理能力低，先后进行了2次技改。第1次是在精矿过滤前先用旋流器进行分级，粒度较粗的底流进入45 m2陶瓷过滤机过滤，细粒的溢流进压滤机进行压滤，虽在产能上满足了选矿厂生产要求，但陶瓷过滤机过滤铜精矿的水分在12%左右，无法满足熔炼铜精矿水分＜10%的生产要求。第2次是对立式压滤机进行重新选型。考虑到选用国外设备成本高,周期长,备品备件采购困难等多种因素,决定还是购买国产压滤机,最终选用过滤面积为60 m2的立式压滤机。自新压滤机投料生产以来,运行稳定,日处理量可达380 t,铜精矿水分一直控制在10%以下,由于水分的降低,使得熔炼提高了铜精矿的配比,保证了选矿厂的整个生产流程畅通。

2)将陶瓷过滤机真空泵的5.5 kW电机改为7.5 kW电机，解决了真空泵电机过载报警的现象，保证了真空度。利用陶瓷过滤机离地面的高差，用沉水弯头把滤液水直接引到水箱，取消3台11 kW的滤液泵，另外2台作为抽滤液水的回水泵。

3.2 选矿工艺流程优化

通过对磨浮工艺流程进行详细的考查，并结合小型试验结果，中矿返回再磨有利于进一步降低尾矿品位，而现场磨矿流程为两段磨矿，其返回点有4种方案：1)直接返回半自磨再磨；2)直接返回二段球磨机再磨；3)返回至半自磨机和二段球磨机排矿接受槽，经一段旋流器预先分级和二段旋流器控制分级后进入磨矿系统；4)返回至一段旋流器的溢流接受槽，经二段旋流器分级后进入磨矿系统。生产实践表明，前2种中矿返回方案，由于矿量不稳定，容易造成磨机的磨矿浓度不稳定，影响磨矿效率，从而影响选矿指标。后2种中矿返回方案，由于中矿矿浆经过旋流器分级，沉砂进入球磨机再磨，有利于控制磨矿浓度，使连生体得到充分单体解离，提高了选矿指标。考虑到现场的实际情况，最终选择了第2种方案，从而取消中矿再磨再选流程，优化了中矿处理方式，实现了细磨。优化后的工艺流程见图2。

图2 优化后的工艺流程

另外，将公司7.6×104m3废水池的水返回生产系统循环使用，年增加回水3万多立方，每年可节约新水费用十多万元，并且最终实现了选矿厂生产废水的零排放，经济效益和环境效益可观。

3.3 选矿工艺条件优化

3.3.1 优化缓冷制度，提高铜矿物结晶粒度

铜冶炼炉渣的性质不仅与入炉原料组成、冶炼工艺和操作条件有关，还与炉渣的冷却方式和冷却制度有关。参照其它炉渣选矿的冷却方式，确定该炉渣采用渣包先自然冷却再加水冷却的方式进行冷却。经过大量的缓冷试验，最终确定适合处理该炉渣的缓冷方式：闪速炉渣先自然冷却8 h，再加水冷却52 h，总冷却时间为60 h；转炉渣先自然冷却24 h，再加水冷却48 h，总冷却时间为72 h。经过镜下鉴定，随着渣包自然冷却的时间适当地延长，可浮粒径的含量会增加。

3.3.2 加强人工分选，降低入选炉渣品位

对缓冷后的炉渣进行取样分析表明，位于渣包中、下部的炉渣含铜较高，结晶粒度较大，而位于渣包上部和边缘的炉渣品位较低，结晶粒度较小。渣包底部的炉渣含铜高时容易形成锅底（固铍），根据这一现象，每次倒包后，需安排人员及时回收固铍送熔炼系统。另外，设置手选岗位，对皮带上的固铍和铜块进行人工分选。这些措施大大降低了入选炉渣品位。

3.3.3 合理分配磨机负荷，有效控制磨矿细度

原半自磨机初装球24 t、钢球充填率为4.8%、混合充填率为21.53%,造成半自磨机处理量过大,二段球磨机负荷过大,二段磨矿细度达不到-0.045 mm占80%,经过一段时间的摸索最终确定半自磨机初装球12 t、钢球充填率为2.4%、混合充填率为26.01%，半自磨机处理矿量控制在2 300～2 500 t/d,半自磨机磨矿细度控制在-0.074 mm占50.22%左右,二段磨矿细度就能控制在-0.045 mm占80%以上,从而保证了含铜矿物较充分的单体解离。

3.3.4 优化浮选药剂制度，实现早收多收

石灰是浮选作业中重要的pH值调整剂，在选矿过程中，石灰供给的均衡与稳定直接影响到选矿指标的好坏。生产实践结果表明，通过直接控制尾矿回水pH值，可以很好地控制浮选pH值在7～8之间，使浮选指标稳定。另外，石灰本身是一种凝结剂，能使矿浆中微细颗粒凝结，促使尾矿加速沉降，从而取消絮凝剂的添加。

药剂用量原则是根据原矿含铜品位的高低而进行调节，或根据矿石可浮性及氧化程度而调节。经过大量的药剂用量试验，最终确定各加药点的药剂用量为：一段粗选Z-200 35g/t、2#油25g/t；二段粗选Z-200 30g/t、2#油15g/t；扫选ⅠZ-200 20 g/t、2#油15g/t；扫选ⅡZ-20020 g/t、2#油10g/t。该药剂制度重点保证一段浮选的药剂用量，强化对粗粒级和中粒级矿物的捕收，从而实现早收多收。

3.4 铜冶炼炉渣选矿生产指标

通过进行一系列选矿技术改后，生产指标趋于稳定，近几年铜冶炼炉渣选矿生产指标见表1。

表1 铜冶炼炉渣选矿生产指标 %

从表1可知，优化后的选矿工艺流程，获得了较好的选矿指标，铜尾矿指标降到0.26%，比设计值0.35%还低0.09%，按年处理炉渣500 kt测算，可多回收金属铜约407 t，年创造经济效益2 000多万元。

4 结论

综上所述，此次渣选技术改造保持了较好的选矿技术指标，取得了良好的经济效益和环境效益：1）通过对渣缓冷场的改造，延长了渣包的冷却时间，提高了缓冷效果，同时降低了渣包发生红包和放炮的次数，保证了生产的安全顺行。2）通过对选矿设备的改造，提高了选矿设备的运行效率，降低了选矿成本。通过对工艺流程不断进行改造、对工艺条件不断进行优化，保持了较好的选别技术指标，铜尾矿指标降到0.26%，比设计值0.35%降低0.09%，取得了良好的经济效益。同时，整个选矿过程实现了生产用水完全循环利用，实现了废水零排放，产生了显著的环境效益。

[1] 胡为柏.浮选[M].北京:冶金出版社,1986.

[2] 许 时.矿石可选性研究[M].北京:冶金出版社,1989.

[3] 朱玉霜,朱建光.浮选药剂的化学原理[M].长沙:中南工业大学出版社,1987.

[4] 伍建军.铜冶炼渣资源处理技术方案比选与设计实践[J].有色冶金设计与研究,2012（6）:14-16.

[5] 汤雁斌.提高炼铜炉渣选矿指标的工艺措施[J].矿冶工程, 2005（4）:31-33.

Reformation and Practice on Copper Smelting Furnace Slag Processing Technology of Zijin Copper Co.

LIU Chunlong
(Zijin Mining Group Co.,Ltd.,Shanghang,Fujian 364200,China)

In order to adapt to the changing nature of the copper smelting furnace slag,Zijin Copper Co.has constantly optimize mineral processing process condition in recent years,processing equipment and process flow have been transformed continuously to obtain a better processing technology index,meanwhile,production wastewater has been fully recycled to realize zero discharge of wastewater,by which the enterprise can create a better economic and environmental benefits.

copper smelting;furnace slag processing;process condition;processing equipment;zero discharge

TD92

B

1004-4345（2015）02-0001-04

2014-12-16

江西省科技支撑计划项目（20132BBG70016）。

刘春龙(1976—),男，高级工程师，主要从事矿物加工技术研究与管理工作。