水萃銅渣浮選廠工藝設(shè)計(jì)

趙偉潔 王玉剛 張 磊郭明威

(1：北京市鋼鐵冶金節(jié)能減排工程技術(shù)研究中心 北京100029；2：寧波鋼鐵有限公司 浙江寧波315800；3：北京中冶設(shè)備研究設(shè)計(jì)總院有限公司 北京100029)

1 前言

近年來，世界銅產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)，我國的銅產(chǎn)量為世界第一。目前世界上80%以上的銅采用火法冶煉生產(chǎn)，20%使用濕法冶金生產(chǎn)。在我國，銅產(chǎn)量97%以上由火法冶煉生產(chǎn)，火法冶煉占據(jù)主導(dǎo)地位[1]。火法冶煉會(huì)帶來大量的銅渣，據(jù)統(tǒng)計(jì)每生產(chǎn)1t銅約產(chǎn)生2.2t銅渣[2]。開發(fā)這種二次資源可省去采礦費(fèi)用，緩節(jié)環(huán)境壓力[3]。銅渣中Cu、Co、Ni[4-6]等金屬含量豐富，具備較高的回收價(jià)值。回收渣中銅的方法很多，主要有火法貧化、濕法提取和選礦分離等，各方法的物料適應(yīng)性、工藝特性及回收效果各不相同，各有優(yōu)缺點(diǎn)[7]。煉銅水萃渣來源于火法聯(lián)通的高溫產(chǎn)物[8]，其出爐溫度高達(dá)1250℃，為減少爐渣的成分及嵌布關(guān)系更為復(fù)雜[9]。在水萃過程中，由于爐渣中的銅組分來不及富集長(zhǎng)大，成為細(xì)小顆粒均勻分散在水萃渣中，除少部分粒度較大外，其他粒徑均小于1μm，使得誰查中的銅更難回收[10]。

本文在水萃銅渣最新研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合日處理3000t水萃銅渣浮選工程，探討水萃銅渣浮選廠的工藝設(shè)計(jì)。

2 水萃銅渣的性質(zhì)

水萃銅渣是堅(jiān)硬、致密、耐磨的玻璃相，外觀呈粒狀和條狀，夾雜有少量的針、片狀，表面有金屬光澤，顆粒形狀不規(guī)則、棱角分明。粒度以0-5mm為多，密度3.3-4.5t/m3，孔隙率50%左右，細(xì)度模數(shù)3.37-4.52，屬砂型渣。

2.1光學(xué)顯微分析

試樣顆粒多為圓球狀或類圓化，表面光滑。粒徑在0.05-10mm之間(見圖1)。試樣中主要為硅酸鹽液相渣，達(dá)到80-85%，少數(shù)硅酸鹽液相渣中析出橄欖石；10%左右的星點(diǎn)狀和細(xì)小樹枝狀的磁鐵礦，晶粒小于0.02mm(見圖2)。3%左右的較大粒度的磁鐵礦，粒徑在0.5-30μm之間，偶見鎂鉻鐵礦存在(見圖3)。磁鐵礦晶粒多被硅酸鹽液相渣包裹。1-3%左右的黃銅礦，呈圓球狀或粒狀，球徑在0.05-0.3mm之間。

圖1 渣試樣顯微照片；反光

圖2 試樣顯微照片；反光1-磁鐵礦；2-橄欖石；3-硅酸鹽液相渣

圖3 試樣顯微照片；反光1-硅酸鹽液相渣；2-磁鐵礦；3-鎂鉻鐵礦

圖4 試樣顯微照片；反光1-黃銅礦；2、3-磁鐵礦；4-石英

試樣中礦物基本相似，主要為磁鐵礦、黃銅礦和硅酸鹽液相渣。Fe賦存在磁鐵礦、硅酸鹽液相渣和黃銅礦中，Cu主要賦存在黃銅礦中，其他元素主要賦存在硅酸鹽液相渣或磁鐵礦中。

2.2掃描電鏡-能譜分析

圖5 圖2中3點(diǎn)譜圖

圖6 圖3中3點(diǎn)譜圖

圖7 圖4中1點(diǎn)譜圖

圖8 磨浮選的原則流程圖

3 水淬銅渣浮選銅精礦的工藝

3.1工藝流程

工藝描述如下：水淬銅渣磨礦分級(jí)后，合格礦漿進(jìn)入浮選設(shè)備，經(jīng)過一次粗選、二次掃選、三次精選后，獲得銅精礦礦漿和尾礦礦漿，銅精礦礦漿和尾礦礦漿采用濃縮設(shè)備和過濾設(shè)備處理后，最終獲得銅精礦和尾礦兩種產(chǎn)品。如圖8所示。

表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分及相變溫度

3.2形象流程

圖9 是水萃銅渣浮選的形象流程圖

圖9中：1、料倉；2、皮帶秤；3、帶式輸送機(jī)；4、濕式球磨機(jī)；5、渣漿泵；6、水力旋流器；7、攪拌槽；8、CLF型浮選機(jī)(粗選)；9、CLF型浮選機(jī)(掃選Ⅰ)；10、CLF型浮選機(jī)(掃選Ⅱ)；11、CLF型浮選機(jī)(精選Ⅰ)；12、CLF型浮選機(jī)(精選Ⅱ)；13、CLF型浮選機(jī)(精選Ⅲ)；14、濃密機(jī)(銅精礦)；15、渣漿泵；16、壓濾機(jī)(銅精礦)；17、銅精礦；18、濃密機(jī)(尾礦)；19、渣漿泵；20、壓濾機(jī)(尾礦)；21、尾礦；22、泵房；23、循環(huán)水池。

工作過程是：料倉1中水淬銅渣經(jīng)皮帶秤2稱量后由帶式輸送機(jī)3輸送至濕式球磨機(jī)4，磨礦后水淬銅渣由渣漿泵5輸送至水力旋流器6進(jìn)行分級(jí)作業(yè)，選出細(xì)度-200目≥80%，濃度控制在35-40%的礦漿；水力旋流器6的底流礦漿返回至濕式球磨機(jī)4再次磨礦。礦漿經(jīng)攪拌槽7充分?jǐn)嚢杈鶆蚝筮M(jìn)入CLF型浮選機(jī)進(jìn)行浮選作業(yè)：一次粗選、二次掃選、三次精選。CLF型浮選機(jī)(粗選)8的泡沫產(chǎn)物進(jìn)入CLF型浮選機(jī)(精選Ⅰ)11一次精選，中礦礦漿進(jìn)入CLF型浮選機(jī)(掃選Ⅰ)9一次掃選。一次精選后的泡沫產(chǎn)物進(jìn)入CLF型浮選機(jī)(精選Ⅱ)12二次精選，二次精選的泡沫產(chǎn)物進(jìn)入CLF型浮選機(jī)(精選Ⅲ)13三次精選，一次精選后的中礦礦漿返回掃選作業(yè)，二次精選后的中礦礦漿返回一次精選作業(yè)，三次精選后的中礦礦漿返回二次精選作業(yè)。三次精選后的泡沫產(chǎn)物進(jìn)入濃密機(jī)(銅精礦)14進(jìn)行濃縮作業(yè)，濃縮后的礦漿由渣漿泵15輸送至壓濾機(jī)(銅精礦)16進(jìn)行脫水作業(yè)，最終獲得銅精礦產(chǎn)品17。一次掃選后的尾礦礦漿進(jìn)入CLF型浮選機(jī)(掃選Ⅰ)10進(jìn)行二次掃選，一次掃選后的中礦礦漿返回粗選作業(yè)，二次掃選后的中礦礦漿進(jìn)入一次掃選作業(yè)。二次掃選后的尾礦礦漿進(jìn)入濃密機(jī)(尾礦)18進(jìn)行濃縮作業(yè)，濃縮后的礦漿由渣漿泵19輸送至壓濾機(jī)(尾礦)20進(jìn)行脫水作業(yè)，最終獲得尾礦產(chǎn)品21。

浮選藥劑的加入量：CLF型浮選機(jī)(粗選)8：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)80g/t渣、2號(hào)油16g/t渣；CLF型浮選機(jī)(掃選Ⅰ)9：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)20g/t渣、2號(hào)油8g/t渣；CLF型浮選機(jī)(掃選Ⅱ)10：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)20g/t渣、2號(hào)油8g/t渣；CLF型浮選機(jī)(精選Ⅰ)11：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)30g/t渣；CLF型浮選機(jī)(精選Ⅱ)12：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)20g/t渣；CLF型浮選機(jī)(精選Ⅲ)13：540捕收劑+苯胺黑藥(5:1)10g/t渣。

濃密機(jī)的水和壓濾機(jī)過濾出的水回到循環(huán)水池循環(huán)利用。

濃密機(jī)(銅精礦)14、濃密機(jī)(尾礦)18、壓濾機(jī)(銅精礦)16、壓濾機(jī)(尾礦)20等溢流和過濾的水進(jìn)入循環(huán)水池23，有泵房22中的水泵輸送至濕式球磨機(jī)4等用水點(diǎn)循環(huán)利用。

4 日處理3000t水萃銅渣浮選廠主要工藝設(shè)備

4.1工藝指標(biāo)

本次設(shè)計(jì)銅浮選廠建成后可處理水萃銅渣3000t/d，年處理量約100萬t。產(chǎn)品為銅精礦。其中水萃銅渣中銅含量約為5.2%。

獲得的銅精礦數(shù)量和指標(biāo)如下：

產(chǎn)率 1.4%

含銅品位 ≥13 %

銅回收率 ≥ 35%

4.2主要工藝設(shè)備

4.2.1磨礦設(shè)備

磨礦選擇濕式格子型球磨機(jī)。規(guī)格φ4.3×6m溢流型球磨機(jī)，共2臺(tái)。

φ4.3×6m濕式格子型球磨機(jī)設(shè)備參數(shù)：

筒體直徑 4300mm

筒體長(zhǎng)度 6000mm

電機(jī)功率 1900 kW

電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù) 167 r/min

電壓等級(jí) 10kV

重量 250t

4.2.2分級(jí)設(shè)備

一段磨礦檢查分級(jí)設(shè)備選擇φ610mm水力旋流器，共4臺(tái)，2用2備。二段磨礦分級(jí)設(shè)備選擇φ350mm水力旋流器，共8臺(tái)，5用3備。

4.2.3攪拌設(shè)備

礦漿攪拌槽用于浮選作業(yè)前的礦漿攪拌，使礦漿與藥劑充分混合，為選別作業(yè)創(chuàng)造條件。高效礦漿攪拌槽規(guī)格φ3.0×3.0m，共2臺(tái)。

φ3.0×3.0m提升攪拌槽設(shè)備參數(shù)：

有效容積 19.1 m3

槽體直徑 3000mm

槽體深度 3000mm

葉輪轉(zhuǎn)速 220 r/min

葉輪直徑 700mm

電機(jī)功率 18.5 kW

重量 6.32t

4.2.4浮選設(shè)備

1)粗掃選設(shè)備

粗掃選設(shè)備選擇CLF-40浮選機(jī)，其中，吸入槽4臺(tái)，直流槽6臺(tái)。初步設(shè)計(jì)粗選：3槽、掃選Ⅰ：3槽、掃選Ⅱ：2槽、掃選Ⅲ：2槽。

CLF-40粗顆粒浮選機(jī)設(shè)備參數(shù)：

容積：40m3

主軸電機(jī)功率(直流槽) 90 kW

CLF-40粗顆粒浮選機(jī)設(shè)備參數(shù)：

容積：40m3

主軸電機(jī)功率(吸入槽) 110 kW

刮板轉(zhuǎn)速：6 r/min

2)銅精選設(shè)備

銅精選設(shè)備選擇CLF-4浮選機(jī)，其中吸入槽3臺(tái)，直流槽4臺(tái)，初步設(shè)計(jì)銅精選Ⅰ：3槽、精選Ⅱ：2槽、精選Ⅲ：2槽。

CLF-4粗顆粒浮選機(jī)設(shè)備參數(shù)：

容積：4m3

主軸電機(jī)功率(吸入槽) 15 kW

CLF-4粗顆粒浮選機(jī)設(shè)備參數(shù)：

容積：4m3

主軸電機(jī)功率(直流槽) 11 kW

選礦廠項(xiàng)目建成后，每個(gè)選別作業(yè)所需浮選機(jī)的規(guī)格型號(hào)見表2。

表2 浮選機(jī)選型匯總表

注：此表中數(shù)量及功率均為單系列浮選。

4.2.5濃縮及脫水設(shè)備

本項(xiàng)目銅精礦擬采用φ9m高效濃密機(jī)1臺(tái)，浮選產(chǎn)出銅精礦礦漿濃度為20%，進(jìn)入濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，濃縮底流濃度為60%，底流通過渣漿泵進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，濃縮機(jī)溢流水進(jìn)入循環(huán)水池，通過循環(huán)水泵，揚(yáng)至選廠循環(huán)使用。

本項(xiàng)目銅尾礦φ30m高效濃縮機(jī)1臺(tái)，浮選產(chǎn)出銅尾礦礦漿濃度為25%，進(jìn)入濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，濃縮底流濃度為55%，底流通過渣漿泵進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，濃縮機(jī)溢流水進(jìn)入循環(huán)水池，通過循環(huán)水泵，揚(yáng)至選廠循環(huán)使用。

4.2.6過濾設(shè)備

銅精礦壓濾工藝流程：浮選產(chǎn)出銅精礦礦漿進(jìn)入濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，底流通過渣漿泵進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，最終銅精礦含水≤12%，通過汽車裝車外運(yùn)，濃縮機(jī)溢流水及壓濾濾液進(jìn)入循環(huán)水池，通過循環(huán)水泵，揚(yáng)至選廠循環(huán)使用。

銅尾礦壓濾工藝流程：浮選產(chǎn)出尾礦礦漿進(jìn)入濃縮機(jī)進(jìn)行濃縮，底流通過渣漿泵進(jìn)入壓濾機(jī)進(jìn)行壓濾脫水，最終尾礦含水≤15%，通過汽車裝車外運(yùn)，濃縮機(jī)溢流水及壓濾濾液進(jìn)入循環(huán)水池，通過循環(huán)水泵，揚(yáng)至選廠循環(huán)使用。

銅精礦、尾礦脫水均采用濃縮壓濾兩段脫水流程，最終銅精礦含水≤12%，尾礦含水≤15%。

設(shè)計(jì)擬采用80全自動(dòng)隔膜壓濾機(jī)1臺(tái)，對(duì)精礦進(jìn)行壓濾脫水；800全自動(dòng)快開隔膜壓濾機(jī)5臺(tái)，對(duì)尾礦進(jìn)行壓濾脫水。

5 結(jié)論

(1)結(jié)合水萃銅渣的特性和設(shè)計(jì)實(shí)踐，提出水萃銅渣浮選廠的工藝設(shè)計(jì)流程。

(2)以日處理3000t水萃銅渣浮選廠為例，介紹了主要工藝設(shè)備的選型，為同類設(shè)計(jì)提供參考。