某复杂铜冶炼渣碎磨工艺方案的设计研究

赵岩森，黄 丹，褚力新，冯裕果，余 浔

（1.中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330038；2.江西建设职业技术学院，江西南昌 330200)

在金属矿山建设和生产中，一般情况下，碎磨设备投资占选厂全部设备投资的50%以上，能耗和钢耗则占选矿厂作业成本的60%~70%[1-2]。在选矿厂设计中，碎磨工艺的选择不仅对投资和成本影响很大，而且对流程的畅通，生产的稳定、可靠，精矿产品质量以及矿山的经济效益都有不同程度的影响[3-4]。

1 原矿性质和原矿供矿条件

1.1 原矿性质

该原料含有鼓风炉熔炼渣、反射炉熔炼渣、闪速炉熔炼渣及转炉吹炼渣。 铜冶炼炉渣的排放方式是将熔融状态的炉渣由渣包车从冶炼车间运往露天渣场直接倾倒，为自然缓冷类型的铜炉渣。与国内同类型采用渣包缓冷的铜冶炼炉渣相比，整体粒度偏细，大块物料较少；同时，存在一些难碎难磨的冰铜块和铜皮，这给碎磨工艺的选择带来了难度。 炉渣X 荧光光谱分析结果见表1。 炉渣多元素化学分析结果见表2。

表1 炉渣X 荧光光谱分析结果 %

表2 炉渣多元素化学分析 %

从表1 和表2 结果可知，炉渣的主要成分为Fe和Si,主要有价成分为铜和铁（含Cu 2.43%和Fe 44.43%），其他金属矿物的含量很低，尚未达到综合利用的要求；金、银可作为伴生元素富集在铜精矿中综合回收。

1.2 供矿条件

炉渣由堆场经自卸式汽车运输至碎矿区域。 炉渣处理量为5 kt/d，最大块度350 mm，其中粒度小于50 mm 的含量占60%以上；炉渣真密度约3.5 t/m3，松散密度2.0 t/m3，含水率3%。

2 碎磨工艺方案的研究

目前，国内外渣选厂碎磨工艺有“粗碎+半自磨+球磨”工艺、“两段（三段）闭路破碎+球磨”工艺。

2.1 半自磨工艺

自磨(半自磨)技术在20 世纪60 年代逐渐成长起来，20 世纪70 年代发展迅速，走向成熟。尤其是自磨设备实现大型化后，为降低建设投资和生产成本，提高劳动生产率创造了条件，使得自磨(半自磨)工艺在大型矿山选矿厂得以普遍采用。自磨(半自磨)工艺流程简单，生产环节少，设备数量少，厂房占地面积小，操作人员少，对含泥含水多的矿石有较强的适应性，对环境友好，污染小；同时，对大多数矿石具有可选择性碎磨特点，有利于有用矿物与脉石的解离，从而改善矿物选别性能。 其缺点主要有：对给矿粒度组成变化和矿石粒度变化比较敏感， 处理量波动可能较大；生产调试时间较长；单位矿石耗电量略高；衬板更换较频繁。 考虑到半自磨给料需要有一定比例的大块物料，而本文研究对象整体粒度偏细，且缺乏半自磨工艺试验研究。因此，采用半自磨的技术风险大，本文暂不纳入比较。

2.2 常规碎磨工艺（方案Ⅰ）

该方案采用圆锥破碎机，即“粗碎（颚式破碎机）+预先筛分+细碎 （圆锥破碎机）+两段闭路球磨”工艺流程，下称“常规碎磨工艺”。 在该碎磨工艺中，圆锥破碎机由于其成熟可靠，操作简单备受青睐。为了避免炉渣中的铜皮以及高铜物料对圆锥破碎机造成损坏，影响流程稳定，设置了两道难碎物料出口，即在圆锥破碎机前增加了预先筛分，同时检查筛分闭路筛采用三层筛，将圆锥破碎机排出的过大物料和难碎物料从振动筛的上层筛上筛出，尽量避免铜皮进到圆锥中，对破碎机造成损伤。

2.3 高压辊磨工艺（方案Ⅱ）

该方案粗碎及中碎均采用颚式破碎机，细碎采用高压辊磨机，即“粗碎+中碎+高压辊磨+球磨”工艺流程，下称“高压辊磨工艺”。 近年来，高压辊磨工艺在一些金属矿山成功应用，鉴于该原料中细粒级较多，高压辊磨有应用可行性。

2.4 两种工艺方案的比选

考虑项目所在地的实际情况，本炉渣碎磨工艺流程研究拟定碎矿为1 个系列，磨矿为2 个系列。具体工艺参数为：1）破碎，1 个系列，处理能力5 kt/d。年工作日314 d，每天3 班，每班5 h。2）磨矿，2 个系列，处理能力2.5 kt/d。年工作日314 d，每天3 班，每班8 h。 3)最终磨矿细度P80=37 μm。 两种工艺方案主要设备、可比费用比较结果见表3、表4。

表3 碎磨工艺流程方案主要设备比较表（可比部分）

表4 两种工艺方案的可比费用比较

由表3、表4 可见：1）从投资上看，方案Ⅱ较方案Ⅰ高，这是因为高压辊磨机选型时没有较为接近的设备型号匹配本项目规模，而选择了处理量更大的规格，导致设备投资高。 2）从运营成本上看，方案Ⅰ较方案Ⅱ高，这是由于方案Ⅰ的磨机给矿粒度粗造成磨机钢球，衬板等消耗较大，导致材料费较高。3）在操作维护方面，方案Ⅰ的圆锥破碎机作为非常成熟的碎矿设备应用非常广泛，操作维护简单，生产管理方便。方案Ⅱ的高压辊磨操作维护较圆锥复杂，虽然在金属矿山上有应用，但缺乏在炉渣破碎上的应用成果。同时，考虑项目所在地工业发展水平较低的现状，宜采用成熟可靠的设备。

综上所述，该矿碎磨工艺拟选方案Ⅰ，即采用圆锥破碎机作为细碎设备的常规碎磨工艺流程。

3 结束语

某复杂铜冶炼渣通过半自磨工艺、常规碎磨工艺以及高压辊磨工艺的设计比选，对设备投资、土建费用和生产成本等方面进行综合比较，拟选圆锥破碎机作为细碎设备的常规碎磨工艺流程。另外，鉴于半自磨设备对炉渣高含铜物料的适应性强的特点，渣选厂建议开展半自磨试验研究，在技术可行的基础上将半自磨方案纳入比选范围内。