水萃铜渣浮选厂工艺设计
2019-06-21赵伟洁王玉刚磊郭明威
赵伟洁 王玉刚 张 磊郭明威
(1：北京市钢铁冶金节能减排工程技术研究中心 北京100029；2：宁波钢铁有限公司 浙江宁波315800；3：北京中冶设备研究设计总院有限公司 北京100029)
1 前言
近年来，世界铜产量迅速增长，我国的铜产量为世界第一。目前世界上80%以上的铜采用火法冶炼生产，20%使用湿法冶金生产。在我国，铜产量97%以上由火法冶炼生产，火法冶炼占据主导地位[1]。火法冶炼会带来大量的铜渣，据统计每生产1t铜约产生2.2t铜渣[2]。开发这种二次资源可省去采矿费用，缓节环境压力[3]。铜渣中Cu、Co、Ni[4-6]等金属含量丰富，具备较高的回收价值。回收渣中铜的方法很多，主要有火法贫化、湿法提取和选矿分离等，各方法的物料适应性、工艺特性及回收效果各不相同，各有优缺点[7]。炼铜水萃渣来源于火法联通的高温产物[8]，其出炉温度高达1250℃，为减少炉渣的成分及嵌布关系更为复杂[9]。在水萃过程中，由于炉渣中的铜组分来不及富集长大，成为细小颗粒均匀分散在水萃渣中，除少部分粒度较大外，其他粒径均小于1μm，使得谁查中的铜更难回收[10]。
本文在水萃铜渣最新研究的基础上，结合日处理3000t水萃铜渣浮选工程，探讨水萃铜渣浮选厂的工艺设计。
2 水萃铜渣的性质
水萃铜渣是坚硬、致密、耐磨的玻璃相，外观呈粒状和条状，夹杂有少量的针、片状，表面有金属光泽，颗粒形状不规则、棱角分明。粒度以0-5mm为多，密度3.3-4.5t/m3，孔隙率50%左右，细度模数3.37-4.52，属砂型渣。
2.1光学显微分析
试样颗粒多为圆球状或类圆化，表面光滑。粒径在0.05-10mm之间(见图1)。试样中主要为硅酸盐液相渣，达到80-85%，少数硅酸盐液相渣中析出橄榄石；10%左右的星点状和细小树枝状的磁铁矿，晶粒小于0.02mm(见图2)。3%左右的较大粒度的磁铁矿，粒径在0.5-30μm之间，偶见镁铬铁矿存在(见图3)。磁铁矿晶粒多被硅酸盐液相渣包裹。1-3%左右的黄铜矿，呈圆球状或粒状，球径在0.05-0.3mm之间。
图1 渣试样显微照片；反光
图2 试样显微照片；反光1-磁铁矿；2-橄榄石；3-硅酸盐液相渣
图3 试样显微照片；反光1-硅酸盐液相渣；2-磁铁矿；3-镁铬铁矿
图4 试样显微照片；反光1-黄铜矿；2、3-磁铁矿；4-石英
试样中矿物基本相似，主要为磁铁矿、黄铜矿和硅酸盐液相渣。Fe赋存在磁铁矿、硅酸盐液相渣和黄铜矿中，Cu主要赋存在黄铜矿中，其他元素主要赋存在硅酸盐液相渣或磁铁矿中。
2.2扫描电镜-能谱分析
图5 图2中3点谱图
图6 图3中3点谱图
图7 图4中1点谱图
图8 磨浮选的原则流程图
3 水淬铜渣浮选铜精矿的工艺
3.1工艺流程
工艺描述如下：水淬铜渣磨矿分级后，合格矿浆进入浮选设备，经过一次粗选、二次扫选、三次精选后，获得铜精矿矿浆和尾矿矿浆，铜精矿矿浆和尾矿矿浆采用浓缩设备和过滤设备处理后，最终获得铜精矿和尾矿两种产品。如图8所示。
表1 试验材料的化学成分及相变温度
3.2形象流程
图9 是水萃铜渣浮选的形象流程图
图9中：1、料仓；2、皮带秤；3、带式输送机；4、湿式球磨机；5、渣浆泵；6、水力旋流器；7、搅拌槽；8、CLF型浮选机(粗选)；9、CLF型浮选机(扫选Ⅰ)；10、CLF型浮选机(扫选Ⅱ)；11、CLF型浮选机(精选Ⅰ)；12、CLF型浮选机(精选Ⅱ)；13、CLF型浮选机(精选Ⅲ)；14、浓密机(铜精矿)；15、渣浆泵；16、压滤机(铜精矿)；17、铜精矿；18、浓密机(尾矿)；19、渣浆泵；20、压滤机(尾矿)；21、尾矿；22、泵房；23、循环水池。
工作过程是：料仓1中水淬铜渣经皮带秤2称量后由带式输送机3输送至湿式球磨机4，磨矿后水淬铜渣由渣浆泵5输送至水力旋流器6进行分级作业，选出细度-200目≥80%，浓度控制在35-40%的矿浆；水力旋流器6的底流矿浆返回至湿式球磨机4再次磨矿。矿浆经搅拌槽7充分搅拌均匀后进入CLF型浮选机进行浮选作业：一次粗选、二次扫选、三次精选。CLF型浮选机(粗选)8的泡沫产物进入CLF型浮选机(精选Ⅰ)11一次精选，中矿矿浆进入CLF型浮选机(扫选Ⅰ)9一次扫选。一次精选后的泡沫产物进入CLF型浮选机(精选Ⅱ)12二次精选，二次精选的泡沫产物进入CLF型浮选机(精选Ⅲ)13三次精选，一次精选后的中矿矿浆返回扫选作业，二次精选后的中矿矿浆返回一次精选作业，三次精选后的中矿矿浆返回二次精选作业。三次精选后的泡沫产物进入浓密机(铜精矿)14进行浓缩作业，浓缩后的矿浆由渣浆泵15输送至压滤机(铜精矿)16进行脱水作业，最终获得铜精矿产品17。一次扫选后的尾矿矿浆进入CLF型浮选机(扫选Ⅰ)10进行二次扫选，一次扫选后的中矿矿浆返回粗选作业，二次扫选后的中矿矿浆进入一次扫选作业。二次扫选后的尾矿矿浆进入浓密机(尾矿)18进行浓缩作业，浓缩后的矿浆由渣浆泵19输送至压滤机(尾矿)20进行脱水作业，最终获得尾矿产品21。
浮选药剂的加入量：CLF型浮选机(粗选)8：540捕收剂+苯胺黑药(5:1)80g/t渣、2号油16g/t渣；CLF型浮选机(扫选Ⅰ)9：540捕收剂+苯胺黑药(5:1)20g/t渣、2号油8g/t渣；CLF型浮选机(扫选Ⅱ)10：540捕收剂+苯胺黑药(5:1)20g/t渣、2号油8g/t渣；CLF型浮选机(精选Ⅰ)11：540捕收剂+苯胺黑药(5:1)30g/t渣；CLF型浮选机(精选Ⅱ)12：540捕收剂+苯胺黑药(5:1)20g/t渣；CLF型浮选机(精选Ⅲ)13：540捕收剂+苯胺黑药(5:1)10g/t渣。
浓密机的水和压滤机过滤出的水回到循环水池循环利用。
浓密机(铜精矿)14、浓密机(尾矿)18、压滤机(铜精矿)16、压滤机(尾矿)20等溢流和过滤的水进入循环水池23，有泵房22中的水泵输送至湿式球磨机4等用水点循环利用。
4 日处理3000t水萃铜渣浮选厂主要工艺设备
4.1工艺指标
本次设计铜浮选厂建成后可处理水萃铜渣3000t/d，年处理量约100万t。产品为铜精矿。其中水萃铜渣中铜含量约为5.2%。
获得的铜精矿数量和指标如下：
产率 1.4%
含铜品位 ≥13 %
铜回收率 ≥ 35%
4.2主要工艺设备
4.2.1磨矿设备
磨矿选择湿式格子型球磨机。规格φ4.3×6m溢流型球磨机，共2台。
φ4.3×6m湿式格子型球磨机设备参数：
筒体直径 4300mm
筒体长度 6000mm
电机功率 1900 kW
电机转数 167 r/min
电压等级 10kV
重量 250t
4.2.2分级设备
一段磨矿检查分级设备选择φ610mm水力旋流器，共4台，2用2备。二段磨矿分级设备选择φ350mm水力旋流器，共8台，5用3备。
4.2.3搅拌设备
矿浆搅拌槽用于浮选作业前的矿浆搅拌，使矿浆与药剂充分混合，为选别作业创造条件。高效矿浆搅拌槽规格φ3.0×3.0m，共2台。
φ3.0×3.0m提升搅拌槽设备参数：
有效容积 19.1 m3
槽体直径 3000mm
槽体深度 3000mm
叶轮转速 220 r/min
叶轮直径 700mm
电机功率 18.5 kW
重量 6.32t
4.2.4浮选设备
1)粗扫选设备
粗扫选设备选择CLF-40浮选机，其中，吸入槽4台，直流槽6台。初步设计粗选：3槽、扫选Ⅰ：3槽、扫选Ⅱ：2槽、扫选Ⅲ：2槽。
CLF-40粗颗粒浮选机设备参数：
容积：40m3
主轴电机功率(直流槽) 90 kW
CLF-40粗颗粒浮选机设备参数：
容积：40m3
主轴电机功率(吸入槽) 110 kW
刮板转速：6 r/min
2)铜精选设备
铜精选设备选择CLF-4浮选机，其中吸入槽3台，直流槽4台，初步设计铜精选Ⅰ：3槽、精选Ⅱ：2槽、精选Ⅲ：2槽。
CLF-4粗颗粒浮选机设备参数：
容积：4m3
主轴电机功率(吸入槽) 15 kW
CLF-4粗颗粒浮选机设备参数：
容积：4m3
主轴电机功率(直流槽) 11 kW
选矿厂项目建成后，每个选别作业所需浮选机的规格型号见表2。
表2 浮选机选型汇总表
注：此表中数量及功率均为单系列浮选。
4.2.5浓缩及脱水设备
本项目铜精矿拟采用φ9m高效浓密机1台，浮选产出铜精矿矿浆浓度为20%，进入浓缩机进行浓缩，浓缩底流浓度为60%，底流通过渣浆泵进入压滤机进行压滤脱水，浓缩机溢流水进入循环水池，通过循环水泵，扬至选厂循环使用。
本项目铜尾矿φ30m高效浓缩机1台，浮选产出铜尾矿矿浆浓度为25%，进入浓缩机进行浓缩，浓缩底流浓度为55%，底流通过渣浆泵进入压滤机进行压滤脱水，浓缩机溢流水进入循环水池，通过循环水泵，扬至选厂循环使用。
4.2.6过滤设备
铜精矿压滤工艺流程：浮选产出铜精矿矿浆进入浓缩机进行浓缩，底流通过渣浆泵进入压滤机进行压滤脱水，最终铜精矿含水≤12%，通过汽车装车外运，浓缩机溢流水及压滤滤液进入循环水池，通过循环水泵，扬至选厂循环使用。
铜尾矿压滤工艺流程：浮选产出尾矿矿浆进入浓缩机进行浓缩，底流通过渣浆泵进入压滤机进行压滤脱水，最终尾矿含水≤15%，通过汽车装车外运，浓缩机溢流水及压滤滤液进入循环水池，通过循环水泵，扬至选厂循环使用。
铜精矿、尾矿脱水均采用浓缩压滤两段脱水流程，最终铜精矿含水≤12%，尾矿含水≤15%。
设计拟采用80全自动隔膜压滤机1台，对精矿进行压滤脱水；800全自动快开隔膜压滤机5台，对尾矿进行压滤脱水。
5 结论
(1)结合水萃铜渣的特性和设计实践，提出水萃铜渣浮选厂的工艺设计流程。
(2)以日处理3000t水萃铜渣浮选厂为例，介绍了主要工艺设备的选型，为同类设计提供参考。
