国内铜矿选矿技术与选矿设备的最新研究及应用

黄根平

（江西铜业股份有限公司德兴铜矿，江西 上饶 334200）

随着全球工业产业正向数字化、智能化和自动化方向转型发展，国家对矿山安全环保的监管要求越来越严、监督执法越来越密、检查力度越来越大，铜矿山发展逐步向安全绿色高效的智能化矿山转型。那么，选矿技术和选矿装备作为矿山生产重要组成单元也正在向精细高效化、绿色低碳化和低能耗、低排放、高效率、智能化的方向发展。目前，我国铜矿选矿工作中采用的新技术主要有联合提取工艺法、如：“浮选+浸出”联合选别法、“火法化学处理+浮选”结合回收法、“浸出+化学硫化”综合提取法等；采用的铜选矿新型设备主要有高压辊碎矿设备、塔磨机、680m³超大型浮选机等，下文便主要围绕此开展论述。

1 我国现有铜矿选矿的特点

我国铜矿床类型主要为斑岩型铜矿床和矽卡岩型铜矿床（分别占全国铜矿总资源量的44.4%和28%），其中斑岩型铜矿品位较低，仅0.55%，而矽卡岩型铜矿品位相对较高，平均品位为0.5%～1%。同时，我国共伴生铜矿和单一矿的比例差距较大，分别占比73%和27%，品位超过1%的铜矿储量在大型矿床中仅占13%。总的来说，我国铜矿矿床多为斑岩型矿床，单一矿床少，共伴生矿床多，储量规模比较小，且品位较低，贫矿多、富矿少，易采好选矿少，大型与特大型矿开采规模的矿床数量较少，采用地下采矿方式的矿山较为普遍，采用露天开采方式的矿山比较少，少数矿山为露天转地下采矿。

不同类型铜矿成矿条件、矿物特性各异，以及随着矿石逐步开采，矿石性质也在不断变化，因而不同铜矿选别方法一般不相同，选矿工艺流程往往也有差异。其中硫化铜矿常规选别工艺为破碎与磨矿、浮选分离；氧化铜矿常规加工提取工艺为碎矿与磨矿、浮选选别、堆浸、萃取和电积相结合的方式。

2 国内铜矿所采用的最新选矿技术分析

常规易选的铜矿，经过多年的业内探索，基本上已经形成了较为高效稳定的选矿工艺技术，大部分采用一种选矿工艺即可获得较好的资源回收效果，但对于一些难选共伴生复杂矿和低品位氧化铜矿石，采用单纯一种工艺或常规选别法难以高效、低成本回收铜金属，而通过选冶联合工艺或组合药剂，利用每个分工艺或药剂优势，实现优势协同互补，往往取得效果更理想。比如，以下几种最新铜选矿联合工艺。

2.1 “浮选+浸出”联合选别法

浸出法是我国铜矿选矿过程中一种十分实用有效的技术手段，浸出法就是依据矿石性质不同，选择合适的浸出剂选择性的溶解选矿原矿中的目的矿物，使目的矿物溶于溶液中从而与脉石矿物分离开来的过程[1]。浸出法是处理处理性质较复杂的氧化铜矿石和混合型铜矿石的主要工艺，通常有酸浸、氨浸、细菌浸出法。酸浸法一般处理酸性脉石矿物的氧化铜矿石，氨浸法通常处理含有大量碱性脉石或泥质较多的氧化铜矿石，细菌浸出法一般处理碳酸盐含量较少的氧化铜及硅酸盐型氧化铜矿石。为达到最佳选别效果，难选氧化铜矿石通常采用“浮选+浸出”联合选别工艺，主要有“浮选+酸浸”工艺、“氨浸+硫化浮选法”工艺等。比如：袁明华等采用“浮选+硫化浸出”工艺处理云南某氧化铜矿，先用浮选回收易选氧化铜矿，再用酸浸法回收剩余的难选氧化铜矿，取得了浮选过程中铜回收率61.33%，酸浸后铜回收率26.91%，铜总回收率88.24%的良好效果。金继祥对汤山嵌布粒度极细的氧化铜矿石采用“氨浸+硫化沉淀+浮选”的处理方法，最后取得精矿品位为30.85%，铜回收率为86.4%的良好指标

2.2 “火法化学处理+浮选”结合回收法

对于难选氧化铜矿石，常采用火法化学进行预处理，如孔雀石以及硅孔雀石等，即采用焙烧预处理，使用硫化焙烧和氯化焙烧的预处理方法，让铜矿石达到脱去氧化铜矿结晶水、充分硫化和转化的目的，同时，通过焙烧可使细粒矿泥的团聚，让细颗粒矿泥的比表面积减小，极大减缓了矿泥对浮选的不利影响，有利于了矿物回收。为最大化回收铜金属，通常采用“硫化焙烧+浮选”“氯化焙烧+浮选”相结合的方法处理复杂氧化铜矿。比如：韦华祖[2]采用“硫化焙烧+浮选”法处理孔雀石和石英混合样，在一定焙烧高温条件下，添加硫化剂后，由于硫对铜具有较强的亲和力，所以在铜矿物表面会发生硫化反应，使氧化铜转变成硫化铜，增加了铜矿物可浮性，最后，处理的孔雀石和石英混合样所得的结果与孔雀石纯矿物的硫化焙烧-浮选结果相吻合，表明该工艺在理论上是可行的，同时推断将焙烧过程控制在最佳条件下时，辉铜矿可能作为硫化焙烧孔雀石的产物生成。采用离析-浮选法处理难选氧化铜矿则是先将矿石破碎、磨细到一定粒级，然后添加还原剂煤粉或焦炭和卤化物食盐，再隔氧加热焙烧，在900℃左右高温下氯化钠分解出的HCL气体与氧化铜矿中的铜反应生成氯化铜Cu3Cl3离析在炭粒表面上，还原生成铜粒或铜的硫化物，焙砂隔氧冷却后经碎矿后再用浮选法回收铜的过程，但该方法基建投资大、生产成本高，且处理原矿中铜品位应在2%以上，才能取得良好的经济效益，所以目前还没有进行大规模的投入工业生产。

2.3 “浸出+化学硫化”综合提取法

“浸出+化学硫化”综合提取法是集酸溶浸、化学、湿法冶金以及微生物冶金为一体的综合性技术，即低品位硫化铜矿的矿石自然堆放在特定地点，比如废石场长期暴露室外，在雨水、细菌共同作用下生成铜离子含量高的酸性废水[3]，该酸性水废水可通过泵返回矿石堆进行喷淋，使生产的酸性水铜含量越来越高，再往含铜酸性水中添加或通入硫化剂，利用负二价硫与酸性水中铜离子反应生成难溶硫化铜沉淀，再通过浓缩分离后冶炼回收铜金属[3，4]。该提铜工艺具有工艺流程简单、可大规模就地生产和生产成本较低、流程中的浸液可闭路循环等特点，通常应用于低品位硫化铜矿石（品位在0.2%以下）、铜尾矿等金属的高效回收。该技术在德兴铜矿取得大规模成功应用，该矿目前采选规模达到13万t/d，每日废石(0.2%以下)产生量8000多万t，废石直接贮存于废石场，自然状态下产生含铜的酸性水，含铜酸性废水自流进入废石场下游用于贮存酸性水的酸性水库，再通过自然降雨反复淋溶后，使得低品位矿石中的铜金属以铜离子形态浸出进入酸性水库，从而得到高含铜的酸性水，之后采用化学硫化工艺从酸性水中提铜，化学硫化工艺主要有除铁、铜回收两个阶段[4]，除铁则是在除铁反应池的酸性水中加入适量石灰乳，控制Ph在3.3～3.5之间的环境下，与三价铁离子反应生成氢氧化铁沉淀，添加絮凝剂后进入除铁浓密池，除铁浓密池底渣部分循环回流至除铁反应池，部分压滤堆存或用于生态修复，其中铁浓密池上清液溢流进入铜回收阶段，即化学硫化提铜过程，在密封反应池中添加硫氢化钠与除铁后的上清液铜反应生成硫化铜沉淀[4]，添加絮凝剂后进入沉铜浓密池，沉铜浓密池底渣部分循环回流至提铜反应池，部分底渣经压滤形成最终产品。德兴铜矿实践证明[3]，该技术从含铜酸性废水（铜离子含量40mg/L～100mg/L）中提取铜，最终可实现铜回收率92%以上，铜精矿品位33%以上。不仅解决了铜矿山酸性废水污染环境的问题，使得矿山酸性废水“变废为宝”，实现了资源“吃干榨尽”综合循环利用，减轻提铜废水下道工序处理厂的工作量，使得出水指标能连续稳定达标排放。

3 铜矿选矿过程中的最新选矿设备研究与应用

国内铜矿资源的贫化、社会发展的趋势以及绿色低碳的要求，促使矿山企业朝着规模化、高效化方向转型，这不仅驱动了国内对大型、高效、低能耗选矿设备的研究与应用，促进了选矿技术水平的不断提高，而且降低了单位能耗，提高了资源利用率，改善了环境，经济效益及社会效益显著[5]。近年来，国内研发与应用的新型碎矿设备、磨矿装备和超大浮选机不断取得突破，选矿效率及指标得到较大提升，如这几种新选矿设备。

3.1 高压辊磨机

矿山企业多采用“多碎少磨”的途径来降低矿石碎磨过程电耗，然而常规采样的“三段一闭路”+球磨机碎磨流程很难将进入磨矿环节前的矿石粒度降到8mm以下，国内也在不断探索更高效的碎磨技术，而高压辊磨机作为新型粉碎设备，相比于其它传统碎矿设备来说节能性、效率性更高，后来被陆续成功应用到铁矿、有色金属等行业。高压辊磨机是一种基于料层粉碎原理的新型破碎设备，它是由两个水平高度相等、直径相同、转速相同且旋转方向相反的挤压辊组成，至少有一个是活动辊，通过内置液压系统为活动辊提供压力，对一定料层厚度矿物进行挤压，通过料层内颗粒相互挤压，高效地得到预期粒度的矿物[6]。相比常规的破磨工艺，高压辊磨机破碎能力强，破碎比更大，对脆性强、硬度大的金属矿破碎具有较大的优势，能够进行超细破碎，破碎产品微细粒级含量高（利用闭路筛分可将粒度控制在3mm以内）,其产品颗粒中会出现大量的微裂纹，降低后续磨矿作业难度，节约能耗，使进入球磨机的物料粒度变小，减少球磨机功耗,从而实现节能降碳、高效高产。例如：德兴铜矿泗洲选矿开展高压辊磨机工业试验结果表明：常规三段一闭路破碎产品经高压辊磨机辊压,物料的可磨性得到显著改善，球磨邦德功指数从18.11kWh/t降至15.40kWh/t,降幅达14.96%；常规破碎机产品与高压辊磨机产品相比P80由8mm降低至5.8mm，对应一段磨机处理量由63.92t/h提高到86.58t/h，钢球单耗由0.902kg/t降低至0.699kg/t、磨矿电耗由12.90kWh/t降低至9.15kWh/t,一段磨矿作业处理量提高了35.45%,钢球和电力单耗分别降低了22.51%和29.07%[7]。说明该厂现场增设高压辊磨机减小了入磨物料粒度，降低一段球磨电耗和钢耗，提高一段磨矿效率，节约了生产成本。

3.2 塔磨机

磨矿和分级作业中，通常采用传统棒磨机、球磨机，但传统磨矿设备多适合制备粗粒度产品，当粉磨更细的粒度时，则能耗、磨矿介质费用剧增或者磨矿处理量急剧下降，所以传统球磨机对制备细粒级物料并不高效、经济，因此以制备细粉和超细粉为主的新型塔磨机应运而生。塔磨机是一种立式搅拌磨机，通常与水力旋流器组成闭路磨矿，研磨仓内的中心轴垂直方向上，装有螺旋桨，物料和水通过循环泵从磨机的下部给入，由于螺旋桨的搅拌作用带动研磨仓内的磨球运动，然后从底部往上提升做自下而上运动磨矿介质，磨球之间撞击和摩擦作用将加入的矿物进行磨碎。经介质研磨后，细颗粒会往上提升，而粗颗粒会靠自重下降，使合格的产品在重力和外力的作用下分离，从磨机的顶部溢出，较粗的颗粒通过循环泵返回到磨机内继续被研磨。通常情况下，塔磨机与球磨机相比，塔磨机具有节省能耗，高效细磨，磨矿产品粒度更细，可防止过磨；设备基础简单、安装简单、易于操作和维修；噪声低、振动小、占地面积小等优势。在铜矿选别中，通常用于铜精矿再磨、细磨，比如：云南云锡大屯选矿厂为保证锡铜的综合回收，在原有的流程中，铜精矿再磨采用的是两台中1500mm×2400mm格子型球磨机，现新建的选厂铜精矿再磨改为使用ETM-1000塔磨机，改造后提高了产品的细度，减少了铜过磨现象，铜回收率得到提升，确定了塔磨机运行电流为23A，加入介质量为35t，磨矿浓度为35%～40%，构成闭路的旋流器溢流粒度-0.037mm为85%～90%时，铜精选选别效果最佳[8]。

3.3 680m³超大型浮选机

浮选过程中矿物分离包含气泡产生、气泡与矿粒作用、形成矿化气泡，然后泡沫与矿浆分离均在浮选机中进行，因此浮选机性能很大程度上决定了浮选指标的优劣。随着铜矿资源的不断开采，资源禀赋越来越差，低品位铜矿石入选比例和选矿处理规模的日益增大，而大型浮选机在选矿节能、提质上有优势也显而易见的优势。国内铜选矿典型的浮选机主要有BGRIMM系列浮选机和新型双叶轮浮选机，而浮选装备中比较有代表性为我国矿冶集团研发设计的KYF型浮选机，其先后研发推出单槽容积为16m3、32m3、50m3、100m3、160m3、200m3、320m3的浮选机，2018年又成功研发了世界上单槽容积最大的680m3浮选机。680m3浮选机槽体直径11m，设备总高12m，单槽容积达到680m3，通过能力30m3/min～100m3/min，装机功率500kW，单位容积实耗功率小于0.6kW/m3，带矿空气分散度3.0以上，槽内矿浆循环量可达500m3/min，悬浮均匀，无明显的分层和沉槽现象,其开发出了浮选动力学调控技术、气泡矿化技术、流场控制技术、泡沫富集调控回收技术、智能优化控制技术和云平台数据存储与可视化操控技术等六项主要浮选装备创新技术，实现了充气量、液位、泡沫流速、关键部件状态监测等多信息的物理融合与优化控制，满足24h无人值守连续运行和千公里以上数据实时传输的超远程自动控制技术需求[9]，并在铜尾矿再选方面得到了成功应用。比如：新研制的680m3超大型浮选机应用于德兴铜矿泗洲选矿厂的铜尾矿再选过程中，实现了对尾矿中粗粒连生体矿物的有效回收，泡沫产品中+74μm矿物含量达30%以上，单机富集比8以上，并获得整个选厂综合回收率提升1.48个百分点的显著效果，也证实680m3浮选机更有利于回收尾矿中损失的粗颗粒矿物[10]。同时两年多应用后证明了680m3浮选机有优越的浮选流体动力学特性，能给一般硫化矿提供足够气量，空气分散度在7以上，平均气含率约7%，且浮选槽不同深度矿浆浓度和粒级整体分布均匀，气泡表面积通量可达39.20S-1，随着气泡的上浮，气泡负载而呈现上升趋势，最高可达3.37g/L[9]。

4 结语

中国的经济在不断发展和进步，中国的科技也在不断向前发展，但是中国已有铜矿资源却在不断减少。许多相关矿企为了适应新发展阶段，开始使用多种方法联合使用的高效选别技术和更加大型、高效节能的选矿设备进行矿物加工，使选矿工艺持续精细优化、选矿设备大型化，促使铜矿山绿色环保、节能低碳和资源综合利用水平不断提升。但是目前在中国许多矿企中，选矿技术在实际选矿过程中的应用仍存在很大的问题，特别是面对低品位铜矿、尾矿资源化的开发利用方面，与国外同行相比，在选矿技术应用方面还存在很大的缺陷。因此，我国还需不断努力推动铜矿选矿技术水平提高，使中国的选矿技术、选矿设备向高效化、绿色化、数字化、智能化、大型化发展。比如推动“大数据+选矿”“基因选矿”“计算机+选矿设备”和绿色环保新选矿药剂、新型大型高效选矿设备等研究，实现科研成果转化于实践生产，促进矿业绿色低碳高质量发展。