高效濃縮機在爐渣選礦中的應用

周杰

（淮北市中芬礦山機器有限責任公司,安徽淮北 235000）

高效濃縮機在爐渣選礦中的應用

周杰

（淮北市中芬礦山機器有限責任公司,安徽淮北 235000）

高效濃縮機作為最終產品回收及洗水回用的關鍵設備,在爐渣選礦中占有重要地位。以山東某銅冶煉渣選廠為例，從渣選銅精礦及尾礦沉降試驗入手，對精礦、尾礦濃縮機選型進行分析，并針對處理對象性質，在濃縮機設計過程中，對其結構進行了適用性改進。生產實踐證明，濃縮機底流、溢流各項指標均能滿足生產要求，保證了選廠正常生產。

高效濃縮機；爐渣選礦；沉降試驗；驅動力；深層入料

近年來,中國的冶煉精銅產量逐年增加。火法冶煉作為生產精銅的主要工藝,每生產1 t精銅要產生2．2 t爐渣。據統計,全國銅冶煉爐渣總量早已超過50 000 kt,并且隨著煉銅企業規模的增大,還在繼續增加。而在這些銅冶煉爐渣中含有多于500 kt的銅及相當數量的貴金屬和稀有金屬,因而通過回收爐渣中有用成分具有重要的經濟價值及意義。目前回收的方法主要有火法、選礦法、濕法和聯合工藝4種,較為廣泛應用的是選礦法[1－5]。銅冶煉爐渣一般呈黑褐色,質地堅硬,易碎難磨,且爐渣內物質的嵌布關系比較復雜,含銅類物質(主要為硫化銅)呈細粒嵌布,一般在0．005～0．03 mm之間,金屬銅的粒度分布一般在0．005～0．01 mm之間。由于含銅礦物在爐渣中呈細粒分布,為保證選礦過程中銅的回收率,必須進行細磨爐渣。磨礦粒度較細,細粒級最終都需進入產品處理濃縮機,對沉降造成較大影響[6]。因而,濃縮機的使用及效果對渣選廠的正常生產具有較大影響。本文以山東某銅冶煉渣選廠為代表,分析高效濃縮機在爐渣選礦中的應用。

1 物料情況

該渣選廠選銅原料為閃速爐渣,閃速熔煉方法的主要缺點是渣含主金屬較多,需要經過貧化處理,減小資源的浪費。該爐渣密度為4．00 g/cm3,松散密度為2．2 g/cm3。渣選工藝為兩段磨礦加兩段選別,碎磨流程為一段粗碎+半自磨+球磨,選別流程為兩段,選別中礦返回再磨,入浮粒度P80=0．04 mm,得到最終銅精礦品位約為26%,尾礦品位可以達到0．32%。渣選廠入料總量為972～1 260 t/d,銅精礦產量為132～180 t/d,尾礦量為840～1 080 t/d。

2 沉降試驗及濃縮機選型

在對濃縮機進行選型之前,必須對濃縮機要處理的物料有清楚的了解。下面通過沉降試驗對渣選銅精礦及渣選尾礦的性質進行分析。

2.1 沉降試驗方法

自然沉降能反應在不添加絮凝劑的情況下物料的沉降性能,特別是細粒級的沉降速度。而絮凝沉降是濃縮機高效化的措施之一。通過添加合適的絮凝劑,能使難沉細顆粒抱團,并粘附粗顆粒,加快物料沉降速度,提高濃縮機單位面積處理能力,提高溢流水品質。但絮凝劑的添加會影響后續過濾機的過濾效果或正常使用,過量添加的絮凝劑甚至會隨溢流水返回浮選環節,惡化浮選效果[7]。

渣選銅精礦進入濃縮機的濃度為25%,尾礦進入濃縮機的濃度為15%。將所取銅精礦和尾礦分別攪拌均勻,并分別注入500 mL具塞量筒中,充分搖晃后沉降,用秒表記錄沉降時間,并同時記錄對應的沉積層高度。對于渣選尾礦的沉降,可以適量添加絮凝劑,進行絮凝沉降試驗。

2.2 渣選銅精礦沉降試驗及濃縮機選型

由于嵌布粒度較細,磨礦中必須保證目的礦物和脈石礦物的分離,磨礦細度為P80=0．04 mm,浮選精礦產品粒度很細,嚴重影響沉降效果,添加絮凝劑能加快物料沉降,但限于后續工藝要求,銅精礦濃縮機底流需要進入陶瓷過濾機,壓濾脫水后才能成為最終精礦產品,絮凝劑的添加將會嚴重影響過濾機的脫水效果[8]。渣選銅精礦的自然沉降曲線如圖1所示。

圖1 渣選銅精礦自然沉降曲線

由于銅精礦產品粒度較細,在不添加任何藥劑的情況下,其沉降速度較慢,僅為0．030 mm/s,折合為0．108 m/h。沉降后,濃縮底流濃度達到61%～62%。在沉降試驗結果的基礎上,進行渣選銅精礦濃縮機的選型,按溢流水量來計算所需的濃縮機面積,計算公式如下所示：

式中：A為所需濃縮機面積,m2;Qy為溢流水量,m3/h,由最大銅精礦入料量180 t/d,入料濃度25%及底流濃度60%,計算溢流水量Qy=17．5 m3/h;k為濃縮機面積有效利用系數,取值0．95；u為溢流水上升速度, u=0．108 m/h。通過計算,A=169．8 m2,計算濃縮機直徑為14．7 m,因而,渣選銅精礦濃縮機選擇中心傳動高效濃縮機NXZ 15。

2.3 尾礦沉降試驗及濃縮機選型

對于渣選尾礦,其自然沉降及絮凝沉降曲線如圖2所示。在不添加絮凝劑的情況下,渣選尾礦的沉降速度略快于渣選銅精礦,其速度為0．098 mm/s,折合為0．354 m/h。當在渣選尾礦中添加適量絮凝劑時,其沉降速度明顯加快,達到0．602 m/h。然而,從沉降曲線中可以看出,渣選尾礦添加絮凝劑后,其底流濃度小于未添加絮凝劑。實際測量顯示,渣選尾礦自然沉降后,其底流濃度能達到59%～60%,而添加絮凝劑后,底流濃度有小幅減小,最大時為56%～57%。因此,為保證濃縮機底流濃度,濃縮機選型過程中按尾礦不添加絮凝劑計算。

圖2 渣選尾礦沉降曲線

渣選尾礦濃縮,入料濃度15%,底流濃度60%,入料量按最大值1 080 t/d,算出溢流水總量為225 m3/h。結合尾礦自然沉降試驗,所需的濃縮機面積為668．5 m2,換算直徑為29．2 m,渣選尾礦濃縮機選型為周邊傳動高效濃縮機GZN 30。

3 應用情況

3.1 濃縮機結構的適用性改進

由于銅爐渣的特殊性,在濃縮機設計、生產過程中,需要根據渣選精礦、尾礦的性質,對濃縮機結構進行適當針對性改進,以便濃縮機能更好地運轉,滿足生產要求。改進方面包括：

1)增加驅動力。對于渣選銅精礦,其磨礦粒度細,比重大,在較高質量濃度下,銅精礦均勻致密堆積。為分析濃縮機中礦漿的阻力,采用Brookfield R/S型旋轉粘度計檢測不同濃度礦漿的屈服應力,Brookfield R/S型旋轉粘度計測量原理如圖3所示。

圖3 Brookfield R/S型旋轉粘度計

配置不同濃度渣選銅精礦礦漿,分別為25%、44%、54%、60%、62%、66%,采用旋轉粘度計測量屈服應力,測量結果如圖4所示。從圖中可以看出,隨著礦漿濃度的增加,屈服應力逐漸增大,當料漿濃度超過60%時,礦漿屈服應力急速增加,超過普通物料的屈服應力。

圖4 渣選銅精礦料漿濃度—屈服應力關系曲線

濃縮過程中,要求底流濃度60%,為保證濃縮機滿足正常生產且不出現壓耙事故,需要按底流濃度＞60%設計。這就需增加驅動電機功率,設計液壓系統時選用速比更大的減速機,增加輸出扭矩,同時,對于回轉支撐,傳動軸等受力部件的設計也應做出相應調整。

2）防止二次起泡。根據實踐經驗發現,爐渣選礦中,浮選過程中加入的起泡劑會隨浮選精礦大量進入精礦濃縮機,如處理不恰當,在濃縮機中二次起泡,會導致濃縮機水面漂浮一層精礦泡沫,降低精礦沉降效果,使溢流水中固體含量偏高,造成精礦損失；情況嚴重時,泡沫層過高,進入齒輪箱或粘附于主軸和鍵,還會影響濃縮機正常運轉和提耙。因而,在濃縮機設計過程中,采用提高濃縮機傳動平臺高度、減小入料沖擊力、防止入料部位的空氣進入等方法,防止或削弱二次起泡,保證濃縮機正常運轉。

3）采用深層入料。濃縮機入料粒度細,其自然沉降速度也慢,如果礦漿從濃縮機表面入料,細顆粒需較長的距離和時間才能沉入壓縮區。根據深層沉降理論,深層入料能縮短固體顆粒的沉降距離,使顆粒很快沉入壓縮區,相對降低了池體中、上部礦漿的濃度,能更有利于細粒物料的沉降。另一方面,采用深層入料的方法,迫使細粒物料進入壓縮區的上部,稠密顆粒的相互碰撞大大消減了細粒物料的能量,使細粒物被截留下來而不能上浮,有利于提高底流濃度,降低溢流水的固體含量。

3.2 應用效果

針對銅爐渣選礦產品的特殊性,對濃縮機結構進行上述適用性改進。該精礦、尾礦濃縮機投入運行使用后,未出現壓耙等異常問題。NXZ15精礦濃縮機在使用過程中的底流濃度為62%左右,保證了后續過濾機的過濾效果,保證了銅精礦的產品水分；溢流水澄清,含固量小,減小了精礦產品在溢流中的損失。GZN30尾礦濃縮機運行中底流濃度也能維持在60%以上,溢流水固體含量少,能滿足回用要求。

4 結語

在爐渣選礦中,濃縮機作為最終產品回收和洗水回用的關鍵設備,在渣選工藝流程中占有重要地位。本文以山東某銅冶煉渣選廠為例,從濃縮對象沉降試驗著手,闡述高效濃縮機選型,并針對物料的特殊性,從增加驅動力、防止二次起泡、采用深層入料等方面對濃縮機結構進行適用性改進。高效濃縮機使用運行過程中,能滿足生產所要求的各項指標,精礦濃縮機底流濃度達到62%,溢流水無精礦損失；尾礦濃縮機底流濃度＞60%,溢流水能滿足回水使用要求。

[1]徐明．銅冶煉爐渣浮選回收銅的初步研究[D]．沈陽:東北大學,2009:1－3．

[2]韓偉,秦慶偉．從煉銅爐渣中提取銅鐵的研究[J]．礦冶,2009, 18(2):9－12．

[3]湯宏．銅渣選礦試驗的探討[J]．有色礦山,2001,30(5):38－40．

[4]曹洪楊,張力,付念新,等．國內外銅渣的貧化[J]．材料與冶金學報,2009,8(1):33－39．

[5]雷存友,吳彩斌,余潯．銅冶煉爐渣綜合利用技術的研究與探討[J]．有色冶金設計與研究,2014,35(1):19－22．

[6]江峰,黃紅軍,孫偉,等．不同含銅爐渣選礦對比試驗研究[J]．有色金屬(選礦部分),2013(6):60－63．

[7]景宇,王紅征．渣選精尾礦濃縮溢流水沉降澄清試驗研究及應用[J]．銅業工程,2008(3):16－19．

[8]劉凱,黃德鏞,張明旭,等．大紅山銅礦全尾砂絮凝沉降的試驗研究[J]．中國礦業,2008,17(12):60－63．

Application of High Efficiency Thickener in Furnace Slag Flotation

ZHOU Jie
（Huaibei Zhongfen Mine Machinery Co．,Ltd．,Huaibei,Anhui 235000,China）

As a key equipment for final product recovery and washing water recycling,high efficiency thickener occupies an important place in furnace slag flotation．Taking a Shandong copper smelting slag flotation plant as an example,the paper analyzes concentrate and type selection of tailings thickener from the aspects of slag flotation copper concentrate and tailings settlement test, based on objective characteristic,the structure will be improved in design of thickener．It proves in production practice that underflow index and overflow index of thickener can meet production requirement and ensure normal production of slag flotation plant．

high efficiency thickener;furnace slag flotation;settlement test;drive power;deep charging

TD462

B

1004－4345（2014）06－0032－03

2014－07－22

周杰(1989—),男,主要研究方向為選礦固液分離技術。