某公司銅冶煉爐渣選礦實踐與相關問題探討

汪永紅

(金隆銅業有限公司， 安徽 銅陵 244000)

0 前言

目前，我國銅冶煉主要以火法煉銅為主，其產量占銅產量的90%以上[1]，并且隨著現代銅冶煉工藝的發展，富氧濃度提高，冶煉強度增大，冶煉渣含銅量必然升高[2]。我國銅資源消耗較大，但銅礦資源相對缺乏。因此，進行銅冶煉爐渣中有價資源的高效回收與利用，對緩解我國銅資源緊缺的矛盾，提高資源綜合利用水平和企業經濟效益具有十分重要的意義。

銅冶煉爐渣主要來自火法冶煉過程。根據產渣設備不同，銅冶煉爐渣可分為閃速爐渣、轉爐渣、電爐渣等；根據工藝流程不同，可分為熔煉渣、吹煉渣；根據爐渣冷卻方式不同，又可分為水碎渣、自然冷卻渣、保溫冷卻渣等[3]。某公司采用閃速熔煉- 電爐貧化、PS轉爐吹煉火法煉銅工藝，冶煉過程中產生的爐渣主要有電爐渣、轉爐渣及渣包殼等。

本文結合某公司不同階段銅冶煉爐渣選礦生產實踐，分析了電爐渣、轉爐渣及混合爐渣所采用的不同選礦工藝流程的合理性。同時對目前混合爐渣選礦生產中的相關數據進行分析，探討存在的問題，并提出具體改進措施的建議。

1 銅冶煉爐渣選礦流程

某公司爐渣選礦系統原設計處理電爐貧化渣100萬t/a，電爐貧化渣來源于集團公司兩家冶煉廠，采用渣包緩冷- “三段一閉路”破碎- 兩段連續磨浮流程(圖1)，獲得銅品位20%以上的銅精礦及含鐵量40%左右的浮選尾礦，浮選尾礦作為水泥鐵質矯正劑外售。

2013年，由于集團公司產業結構調整，該系統只處理本公司所產的電爐渣與轉爐渣。考慮到轉爐渣尾礦含鐵量在50%以上，可以作為低品位鐵精礦單獨銷售，其經濟效益明顯高于只能作為水泥添加劑的電爐渣尾礦，因此，結合爐渣性質及當時市場情況，將電爐渣和轉爐渣分時段分開處理，其中電爐渣仍采用原連續磨浮流程，轉爐渣采取階段磨浮流程(圖2)。

圖1 電爐渣兩段連續磨浮流程圖

由于利用同一套設備采用不同流程處理兩種不同性質的爐渣，生產中多少會存在一些流程切換及管理上的不便，以及部分設備不能完全匹配等問題，轉爐渣浮選尾礦含銅量始終高于電爐渣尾礦和小試指標，尾礦中銅損失量相對較高，加之后來原料鐵品位降低，轉爐渣含鐵尾礦價值不再具有優勢。

2018年開始對電爐渣、轉爐渣進行混合處理，后來又將冶煉過程的渣包殼等相關含銅物料一并混入系統進行選礦處理，采用的磨浮流程同轉爐渣選礦流程。

圖2 轉爐渣階段磨浮流程圖

2 各階段生產情況及流程合理性分析

2.1 爐渣成分分析

各階段代表性爐渣的主要成分見表1，物相分析見表2。

2.2 流程合理性分析

2.2.1 電爐渣選礦

通過鏡像分析，電爐渣中的主要礦物為磁鐵礦及鐵橄欖石，還有數量明顯的玻璃相及少量的黃銅礦、斑銅礦類的含鐵硫化銅礦。硫化銅礦物結晶粒度較細，粒徑多小于43 μm。通過小型試驗，采取階段浮選時，其一次粗選泡沫精礦品位較低，難以得到合格粗精礦，閉路浮選最終精礦品位也只有15.41%。兩種流程的對比試驗結果及連續浮磨各階段生產指標見表3、表4。

表1 爐渣化學多元素分析結果 %

表2 爐渣物相分析結果 %

表3 電爐渣不同處理流程對比試驗結果 %

表4 電爐渣連續浮磨各階段生產指標 %

由表3、表4可知，由于電爐渣中的銅礦物嵌布粒度較細，并且與脈石礦物共生緊密，采用階段磨浮流程時，一段磨礦銅礦物單體解離度低，多為連生體形態，不僅導致一次粗選銅精礦品位和作業回收率低，同時因中礦循環量增多，也對后續磨浮作業產生了不利影響，最終導致系統銅精礦品位和回收率均較低。因此，對于電爐貧化渣，采用兩段連續磨浮流程，提高進入浮選作業的銅礦物的單體解離度，更有利于選別指標的提高。

2.2.2 轉爐渣選礦

工藝礦物學分析表明，轉爐渣脈石礦物以鐵橄欖石與石英為主，銅主要以金屬銅與硫化銅賦存于轉爐渣中。銅礦物粒度跨度較大，嵌布粒度復雜。金屬銅顆粒單獨或在晶相界面間析出時顆粒較大，在鐵橄欖石或玻璃晶相中析出時顆粒較小，難以單體解離。轉爐渣中的硫化銅礦物主要以輝銅礦﹑黃銅礦﹑斑銅礦為主。輝銅礦大部分被玻璃晶相包裹，但通常顆粒較大；斑銅礦與黃銅礦共生；藍輝銅礦顆粒較細，以點分散的形式賦存于爐渣中。鑒于轉爐渣中金屬銅含量較多并且大部分顆粒較粗，一段磨礦后進行一次粗選，可提前選出部分高品位粗粒銅精礦，這樣既可避免粗顆粒銅礦物在浮選循環中的損失，又能減輕后續浮選工序的負荷，進一步提高浮選作業效率。轉爐渣不同流程對比試驗結果及各階段生產指標見表5、表6。

表5 轉爐渣不同處理流程對比試驗結果 %

表6 轉爐渣階段浮磨各階段生產指標 %

表5中的對比試驗結果驗證了階段磨浮流程提高了轉爐渣的浮選回收率，尾礦中銅損失量明顯降低。在生產過程中，尾礦含銅量偏高，主要是由于利用同一套設備，采用不同流程分別處理電爐渣和轉爐渣，部分浮選設備能力難以兼顧兩種物料的不同需要，不能完全匹配含銅品位較高的轉爐渣。生產指標(表6)中原礦品位低時，尾礦含銅量損失相應降低，也印證了這一點。

2.2.3 混合爐渣選礦

混合爐渣是由電爐渣、轉爐渣及冶煉過程的渣包殼等混合形成的爐渣。混合渣的物相分析結果顯示，混合渣中的銅以金屬銅和硫化銅為主，其中金屬銅含量較多，金屬銅多為轉爐渣及渣包殼帶入。根據轉爐渣的工藝礦物學分析，這些金屬銅大部分顆粒相對較粗，同時在粗磨的情況下，有相當一部分硫化銅粗顆粒已經單體解離，因此及早回收這部分粒度大、品位高的銅礦物就顯得尤為重要。階段磨礦階段浮選又稱快速浮選，不僅可以提前回收品位高的銅礦物，還能提高總回收率和降低尾礦品位，同時也能最大程度地降低磨礦成本[4]。混合渣不同流程對比試驗結果及各階段生產指標見表7、表8。

表7 混合渣不同處理流程對比試驗結果 %

從表7、表8可以看出，采用階段磨浮流程，提前選出部分粗粒銅，系統銅回收率提高了1.56%，說明對于銅礦物粗細粒不均勻嵌布的混合爐渣，采用階段磨浮流程，設置快速浮選，實現“早收快收”，對提高系統銅的選別效果是有利的。

表8 混合渣階段浮磨各階段生產指標 %

3 混合渣選礦相關問題探討

3.1 生產現狀及存在問題

混合渣生產初期，選別指標一直優于小型試驗指標，但近期出現了一些波動。為查明相關原因，對磨浮工序進行了局部流程考查，各作業的數質量流程如圖3所示。

圖3 浮選數質量流程圖

從圖3可以看出，一段磨礦后進行一次粗選，可以得到精礦品位23.6%的合格精礦，并且一粗作業回收率達到了79.53%，說明采用階段磨浮流程，設置“快速浮選”對減輕后續作業負擔起到了十分重要的作用，但后續作業過程存在如下問題：

1)第二次粗選作業回收率較低，導致銅礦物浮選滯后。從流程相關數據不難算出，第二次粗選及三次掃選的作業回收率分別為22.08%、42.25%、29.17%、21.30%，第二次粗選作業回收率低于后續三次掃選的回收率，導致銅礦物浮選滯后，易從尾礦流失。

2)中礦循環量較大，增加了后續磨礦及浮選作業負荷。第二次粗選尾礦及三次掃選泡沫產品總產率達到38.99%，銅品位1.27%，大量中礦返回再磨及后續浮選作業，使得二次粗選入選銅品位由原本一粗尾的0.383%增加到了0.642%。

3)精選作業富集比及回收率不高，影響到系統總回收率的提高。二粗精礦經過三次精選，銅品位由5.37%提高至16.37%，富集比為3.05。從相關數據可以算出，精選作業回收率僅為77.17%，其中三次精選作業的回收率分別為82.08%、81.31%、64.74%，銅精選整體作業回收率及分作業回收率均較低。

以上情況最終導致整個一次粗選后的再磨再選作業回收率僅為40.52%，對全流程銅回收率的貢獻僅為8.28%，最終尾礦含銅損失仍然偏高。

3.2 問題的探討與建議

根據以往經驗，銅冶煉爐渣作業回收率低的原因主要包括以下幾個方面，即原料性質影響、磨礦細度不夠、浮選濃度偏低及操作因素影響等。現結合產品檢查相關情況，作如下探討與建議：

1)一次粗選各粒級的回收情況見表9。從表9發現，一次粗選作業+45 μm 粒級的銅回收率均低于一粗作業整體回收率，并且隨著粒度的增加，粒級銅回收率急劇下降，說明磨礦細度是影響一次粗選銅回收的重要因素，而現場入磨粒度仍有降低空間，建議從降低入磨粒度著手，進一步提高一段磨礦細度，使一次粗選銅回收率進一步提高，最大限度減輕后續再磨再選作業的壓力。

表9 一粗各粒級回收率 %

2)尾礦各粒級含銅情況見表10。由表10可知，一粗尾礦再磨再選之后的尾礦含銅量為0.23%，其中+38 μm以上粒級含銅損失占總尾礦損失的47.08%，各粒級含銅品位均大于尾礦平均含銅品位，說明二段磨礦后的銅礦物單體解離仍不夠充分，導致大量銅隨粗顆粒流失，建議從優化二段磨礦作業參數、提高分級效率等方面入手，改善磨礦產品粒度組成特性，提高磨礦細度，從而提高入選礦物的單體解離度，達到降低中礦循環負荷、提高系統作業效率的目的。

表10 尾礦各粒級銅分布情況 %

3)尾礦中銅的物相分析見表11。由表11可以看出，損失于尾礦中的銅以金屬銅、氧化銅為主，其中金屬銅損失為0.125%，占尾礦銅損失的54.35%。進一步進行粒度分析發現，該部分銅多損失于較粗顆粒，可能是由于金屬銅本身的延展性較好，不易磨碎所致。因此建議加強對渣包殼中明銅的分揀，最好單獨處理，在條件允許的情況下，也可以探索采用重選或磁選等其他方式進行預先分選的可能性與經濟可行性。

4)鑒于二次粗選作業回收率低，建議從藥劑制度和浮選操作上進行強化，提高二次粗選的作業效率，以減輕后續浮選負荷。

表11 尾礦中銅的化學物相分析結果 %

5)為進一步提高再磨再選效果，建議加強各作業補水量的控制，這樣既能提高浮選作業濃度，滿足粗重礦物顆粒浮選的需要，也能提高進入再磨作業的礦漿濃度，從而提高再磨作業效率，最終達到提高浮選回收率的目的。

4 結論

1)不同工藝產出的銅爐冶煉渣采用的選礦工藝及流程不盡相同，應根據爐渣性質特點進行合理選擇，以獲得最佳選別指標，使其中的有價資源得到更為充分合理的利用。

2)對于含銅品位較低、銅礦物嵌布粒度細的電爐貧化渣，采用連續磨浮流程，更有利于獲得較好的選別指標；對于含銅品位較高、銅礦物粗細粒嵌布不均勻的轉爐渣及其與其他爐渣的混合渣的選礦，采用階段磨浮選流程，有利于選別指標和選礦效率的提高。

3)銅冶煉爐渣總體嵌布粒度較細，銅礦物比重大，因此細磨、高濃度浮選有利于選礦指標的提高。