浮選法回收銅冶煉爐渣浮選設(shè)備研究

王志國(guó)，劉承帥

（北京礦冶研究總院，北京市 100044）

浮選法回收銅冶煉爐渣浮選設(shè)備研究

王志國(guó)，劉承帥

（北京礦冶研究總院，北京市 100044）

針對(duì)銅冶煉爐渣的工藝特點(diǎn),在對(duì)銅冶煉爐渣浮選裝備技術(shù)研究的基礎(chǔ)上,對(duì)銅爐渣浮選機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化,并對(duì)浮選機(jī)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)和礦漿懸浮能力測(cè)試,最終在大量銅渣選廠的成功應(yīng)用表明,該銅冶煉渣專(zhuān)用浮選機(jī)能創(chuàng)造較為良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

銅冶煉爐渣;浮選設(shè)備;設(shè)計(jì)依據(jù);結(jié)構(gòu)優(yōu)化；礦漿試驗(yàn)

銅冶煉廠在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的含銅固體物料,如冶煉渣、爐底結(jié)塊、爐壁粘結(jié)物和清掃物等[1],其中冶煉渣是含銅和其它有價(jià)金屬最多、物料量也最大的組分。國(guó)外早在20世紀(jì)30年代就開(kāi)始了用選礦(主要是浮選)方法處理冶煉渣的研究[2]。目前,從銅冶煉爐渣中回收有價(jià)金屬的處理方法主要有火法貧化法、選礦法和濕法浸出[3]。冶煉渣采用選礦方法(主要是浮選方法)貧化不僅處理能力大,不占用爐床能力,而且回收率高,成本低,富集效果好[4],是國(guó)際公認(rèn)的處理冶煉渣最經(jīng)濟(jì)有效的方法之一。

1 銅冶煉渣浮選工藝

銅冶煉渣的主要特性[5-6]主要為礦物組成比較簡(jiǎn)單,但嵌布關(guān)系復(fù)雜;有價(jià)元素金屬銅和硫化銅的嵌布粒度細(xì)且不均勻;銅渣普遍易碎難磨,密度大。根據(jù)轉(zhuǎn)爐渣的特性,國(guó)內(nèi)外處理銅轉(zhuǎn)爐渣的選礦流程一般具有以下特點(diǎn)[7-8]:1)需要高濃度磨礦;2)需要較高的浮選濃度;3)多段磨礦多段浮選;4)藥劑制度簡(jiǎn)單。

為了滿(mǎn)足銅爐渣的浮選工藝要求,亟待設(shè)計(jì)出爐渣選別專(zhuān)用設(shè)備。北京礦冶研究總院以浮選動(dòng)力學(xué)理論研究為基礎(chǔ),結(jié)合銅爐渣的特性,通過(guò)對(duì)爐渣選別所需的浮選機(jī)槽內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)的特殊規(guī)律的大量探索,對(duì)浮選槽內(nèi)爐渣與氣泡的碰撞、黏附、脫落過(guò)程及影響這些過(guò)程的原因進(jìn)行了深入研究,確定可有效提高選別指標(biāo)的流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài),制訂爐渣專(zhuān)用浮選設(shè)備的設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)出了爐渣選別設(shè)備,解決了爐渣浮選易沉槽等技術(shù)難題,從理論和實(shí)踐上豐富了礦物加工技術(shù)。

2 冶煉爐渣浮選機(jī)設(shè)計(jì)依據(jù)的研究

2.1 爐渣對(duì)浮選過(guò)程的影響分析

由于爐渣的特殊性,爐渣對(duì)浮選過(guò)程的影響主要表現(xiàn)在以下方面：1)爐渣中需浮選回收的金屬粒度與傳統(tǒng)的正態(tài)分布完全相反,粗、細(xì)粒級(jí)兩級(jí)分化較為嚴(yán)重。粗粒質(zhì)量大,沖量就大,所以容易與氣泡碰撞而黏附,但由于重力作用大,故容易脫落;而細(xì)粒沖量較小故難與氣泡碰撞黏附,同時(shí)黏附細(xì)粒礦物的礦化氣泡容易機(jī)械夾帶脈石礦物進(jìn)入泡沫層。因此要求浮選機(jī)設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧粗粒和細(xì)粒的礦化特點(diǎn),從而達(dá)到理想的回收效果。2)爐渣具有較高的礦漿濃度。隨著浮選濃度的提高,空氣彌散度越來(lái)越低,礦化氣泡的形成越來(lái)越困難。這樣對(duì)浮選機(jī)攪拌力和充氣量的要求很高,在浮選機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮。3)由于具有較大的礦漿密度，密度大的爐渣礦粒非常容易造成沉槽,從而影響浮選效果。故浮選機(jī)的攪拌力和攪拌速度是解決這個(gè)問(wèn)題的關(guān)鍵所在,只有合理地選擇這兩個(gè)參數(shù)才能實(shí)現(xiàn)爐渣與氣泡的有效碰撞,減少已完成礦化的礦粒氣泡集合體在槽內(nèi)運(yùn)輸過(guò)程中的脫落。

2.2 浮選機(jī)的設(shè)計(jì)依據(jù)

根據(jù)上面提及的銅爐渣浮選的工藝特點(diǎn),總結(jié)出浮選機(jī)的5大設(shè)計(jì)依據(jù):1)充氣量的供給量要比較大,便于產(chǎn)生盡量多的大氣泡,這樣有利于密度較大的粗粒礦物的礦化。2)創(chuàng)建相對(duì)平穩(wěn)的運(yùn)輸區(qū)、分離區(qū)和泡沫層,降低礦粒的脫落的概率。3)保證通過(guò)葉輪定子系統(tǒng)區(qū)域適量的礦漿流量,給物料的有效懸浮和氣泡與礦粒的有效碰撞創(chuàng)造有利條件。4)保證較強(qiáng)的攪拌強(qiáng)度使礦漿有效懸浮。5)為了縮短粗重礦物礦化的氣泡升浮距離,槽體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量降低槽體的深度。依據(jù)以上設(shè)計(jì)要求,北礦院研發(fā)了適用于銅渣浮選的槽體形式和攪拌系統(tǒng)和礦漿循環(huán)系統(tǒng),提高了對(duì)全粒級(jí)浮選的效率。

3 銅爐渣浮選機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

針對(duì)爐渣的礦漿的物理化學(xué)特性,主要研究了適應(yīng)銅爐渣浮選的浮選機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu),主要包括葉輪—定子系統(tǒng)和槽體結(jié)構(gòu)形式,通過(guò)試驗(yàn)確定最優(yōu)的相關(guān)參數(shù)。

3.1 葉輪—定子系統(tǒng)優(yōu)化

為了在葉輪定子系統(tǒng)區(qū)域形成較大流量和較低壓頭,葉輪采用中比轉(zhuǎn)數(shù)后傾葉片形式。定子采用徑向短葉片倒梯形定子,安裝于槽體假底葉輪斜下方外圓處。這種結(jié)構(gòu)利于加大通過(guò)葉輪區(qū)域的礦漿量,降低功率消耗。槽內(nèi)攪拌區(qū)需要較強(qiáng)的攪拌強(qiáng)度以保證礦漿處于紊流狀態(tài),而分離區(qū)和泡沫區(qū)要求相對(duì)穩(wěn)定。定子將切向旋轉(zhuǎn)的礦漿流轉(zhuǎn)化為徑向礦漿流,形成穩(wěn)定的泡沫層,并將礦漿運(yùn)輸?shù)酵獠圻M(jìn)行再循環(huán)。葉輪除了攪拌礦漿外,還會(huì)在定子葉片間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)烈的剪切力,將通過(guò)該區(qū)域的氣泡打散成細(xì)小氣泡,同時(shí)有利于細(xì)粒級(jí)在葉輪定子區(qū)域進(jìn)行預(yù)礦化。

3.2 槽體優(yōu)化設(shè)計(jì)

銅爐渣專(zhuān)用浮選機(jī)的槽體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 槽體結(jié)構(gòu)

該槽體由內(nèi)、外循環(huán)通道、假底組成[9]。槽內(nèi)區(qū)由阻流柵板分成槽內(nèi)上部區(qū)和槽內(nèi)下部區(qū)。內(nèi)、外循環(huán)通道和假底組成了兩個(gè)礦漿循環(huán)回路,在槽內(nèi)下部區(qū)與內(nèi)、外循環(huán)通道之間分別開(kāi)有短路循環(huán)孔,短路循環(huán)孔大小可以調(diào)節(jié)。主軸機(jī)構(gòu)上固定有用于推動(dòng)泡沫流動(dòng)的推泡錐,促進(jìn)泡沫向溢流堰移動(dòng)。槽側(cè)板上開(kāi)有合適的流通孔。

3.3 穩(wěn)流部件設(shè)計(jì)

阻流柵板是爐渣浮選機(jī)的重要部件,它主要有下列作用：1)上升礦漿流經(jīng)過(guò)阻流柵板處速度加大,即阻流柵板處礦漿上升速度大于所設(shè)定的最大密度礦粒的沉降速度,以保證在阻流柵板上面形成大密度礦物懸浮層,氣泡連續(xù)通過(guò)大密度礦物懸浮層時(shí),與大密度礦物產(chǎn)生多次碰撞,從而增加了大密度礦物向氣泡有效附著的機(jī)率;2)阻流柵板可以減少槽中上部區(qū)的紊流,建立一個(gè)穩(wěn)定的分離區(qū)和泡沫層,減少了礦粒從氣泡上脫落的可能性;3)由于大密度礦物滯留在懸浮層中,返回到葉輪區(qū)的礦漿濃度低、粒度細(xì),這不僅減小了葉輪、定子的磨損,還降低了功耗。

4 爐渣選別浮選機(jī)礦漿試驗(yàn)

4.1 浮選機(jī)動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)

在礦漿中對(duì)浮選機(jī)充氣量、空氣分散度、轉(zhuǎn)速、功率、空氣保有量等參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。試驗(yàn)條件為：8 m3浮選機(jī)采用的主軸轉(zhuǎn)速n=171 r/min，40 m3浮選機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為n=139 r/min，測(cè)量結(jié)果分別見(jiàn)表2和表3。

表2 8m3浮選機(jī)礦漿中動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

表3 40m3浮選機(jī)礦漿中動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果

從表2和3可知,隨著充氣量的增大,空氣分散度先增大后減小。40 m3浮選機(jī)帶礦時(shí)在其充氣量高達(dá)1．64 m3/(m2·min)時(shí),空氣分散度為3．51，8 m3浮選機(jī)的空氣分散度在4以上，證明該系列浮選機(jī)的充氣量大,空氣分散均勻,可以滿(mǎn)足冶煉爐渣的浮選要求。

4.2 礦漿懸浮能力測(cè)試

為考察礦漿懸浮能力,對(duì)浮選機(jī)內(nèi)不同深度處粒度分布情況及濃度進(jìn)行了測(cè)定。8 m3浮選機(jī)中,在距溢流堰下方0．5、0．8、1．1、1．4 m深處4個(gè)礦漿層面取樣;40 m3浮選機(jī)中,在距溢流堰下方0．5、1．0、1．5、2．0、2．4 m深處5個(gè)礦漿層面取樣,對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行篩析和品位分析，分析結(jié)果分別見(jiàn)圖4和圖5。

圖4 8m3浮選機(jī)內(nèi)粒度分布情況

圖5 40m3浮選機(jī)內(nèi)粒度分布情況

從圖4、圖5可以看出,金屬多數(shù)分布在－0．038 mm和+0．043～0．074 mm兩個(gè)粒級(jí),兩者加起來(lái)達(dá)70%以上。8 m3浮選機(jī)中,這兩個(gè)粒級(jí)在距溢流堰以下0．8 m、1．1 m處的含量較多,0．5 m和1．4 m處的含量較少;而在40 m3浮選機(jī)中,這兩個(gè)粒級(jí)在0．5 m和2．4 m的含量較少,在1．0 m、1．5 m、2．0 m處的含量較多。而對(duì)于一般浮選機(jī)而言,從槽底往上,各粒級(jí)的含量應(yīng)該直線(xiàn)下降,這證明了在浮選機(jī)格子板上部形成了懸浮層,有利于密度大、粒度粗顆粒在浮選區(qū)被捕收。

5 工業(yè)實(shí)踐

某冶煉廠原礦是由轉(zhuǎn)爐渣和電爐渣按1:4的比例混合而成,密度約為3．75 g/cm3,原礦經(jīng)分級(jí)得到－325目占80%以上的浮選原礦,一期工藝流程見(jiàn)圖6。

圖6 工藝流程

表7為調(diào)試正常后至2006年7月的生產(chǎn)階段累計(jì)指標(biāo)。其與預(yù)期指標(biāo)相比,結(jié)果表明,在原礦品位相當(dāng)?shù)那闆r下,所得的精礦高2．31%,尾礦品位高0．16%,所得的回收率高0．79%[10]。

表1 指標(biāo)對(duì)比%

銅冶煉專(zhuān)用浮選設(shè)備在此期間運(yùn)行平穩(wěn),槽體上部形成了穩(wěn)定的懸浮層,沒(méi)有沉槽現(xiàn)象發(fā)生,粗細(xì)粒級(jí)指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期指標(biāo)。該型號(hào)浮選機(jī)已在首鋼秘魯鐵礦、首鋼礦業(yè)公司三贏鐵礦、承德雙灤建龍礦業(yè)有限公司、河北順達(dá)礦業(yè)有限責(zé)任公司、山東陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司、銅陵金口嶺爐渣廠、銅陵有色集團(tuán)稀貴金屬分公司等單位得到應(yīng)用。銅冶煉渣專(zhuān)用浮選機(jī)為企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)銅冶煉渣的物理化學(xué)特性的透徹分析，北礦院結(jié)合浮選機(jī)相關(guān)結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)研究,設(shè)計(jì)出適應(yīng)于銅冶煉工藝的專(zhuān)用浮選機(jī)。銅冶煉專(zhuān)用浮選機(jī)的使用實(shí)踐表明:該浮選機(jī)對(duì)粗細(xì)全粒級(jí)回收均能達(dá)到理想的選別效果，該設(shè)備為處理大密度高濃度礦物的選別提供了高效的設(shè)備載體。

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Research on Floatation Equipment for Copper Smelting Furnace Slag Recovered by Flotation Method

WANG Zhiguo,LIU Chengshuai
（Beijing General Research Institute of Mining&Metallurgy,Beijing 100044,China）

According to process characteristic of copper smelting furnace slag and based on technical research on copper smelting furnace slag flotation equipment,structure of copper furnace slag flotation machine will be optimized and dynamic test and slurry suspending power test will be carried out for flotation machine,finally,in successful application of lots of copper slag flotation plants, it proves that the specific flotation machine for copper smelting slag can create good economic and social benefit.

copper smelting furnace slag;flotation equipment;design basis;structure optimization;slurry test

TD456

B

1004-4345（2014）06-0009-03

2014-07-22

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（編號(hào)：51074027）。

王志國(guó)(1977—),男,高級(jí)工程師,主要從事礦物加工及設(shè)備管理工作。