渣選礦

渣選礦是冶煉爐渣的貧化方法之一。選礦貧化法與火法貧化法相比,具有成本低、貧化後尾礦含銅低的優勢而被廣泛使用。白銀公司銅冶煉產能提升項目完成後,各類爐渣總量將達到1 373.5 kt/a,不進行綜合回收利用,這些爐渣的堆存不但嚴重破壞當地的生態環境,而且影響了企業的經濟效益,阻礙了循環經濟的進一步發展。因此,白銀公司實施了銅冶煉渣綜合回收利用項目。

基本介紹

• 中文名：渣選礦
• 外文名：Slag beneficiation
• 學科：冶金工程
• 領域：冶煉
• 作用：冶煉爐渣的貧化
• 比較：選礦貧化法與火法貧化法

簡介

冶煉爐渣主要採用火法和選礦法進行貧化,其中選礦貧化法與火法貧化法相比,具有成本低、貧化後尾礦含銅低的優勢而被廣泛使用。目前選礦法在國內的處理規模已經達到1.1×104 kt 以上，如江西銅業集團、銅陵有色集團、大冶有色集團及祥光銅業集團等。白銀公司銅冶煉產能提升項目完成後,各類爐渣總量將達到1 373.5 kt/a,不進行綜合回收利用,這些爐渣的堆存不但嚴重破壞當地的生態環境,而且影響了企業的經濟效益,阻礙了循環經濟的進一步發展。因此,白銀公司實施了銅冶煉渣綜合回收利用項目。

白銀渣選礦系統處理渣原料之一是白銀爐渣, 包括白銀爐緩冷渣和渣場老渣,白銀爐與其他冶煉工藝的差異,決定了白銀爐渣性質的特殊性,其選礦工藝及技術指標也有不同。同時,白銀公司渣選礦系統是在利用原有廠房、設備實施的基礎上建設而成,特別是磨浮主廠房利用了原有廠房,因此其渣選礦系統的設計、建設、生產與其他渣選礦系統相比有諸多不同。

白銀爐渣種類及性質

白銀爐渣種類

白銀渣選礦系統設計處理白銀爐渣、閃速爐渣、閃速爐轉爐渣3 種渣。白銀公司銅冶煉白銀爐渣產能為526.9 kt/a,目前產量450~500 kt/a,公司銅冶煉產能提升項目完成後,閃速爐渣708.9 kt/a、閃速爐轉爐渣137.7 kt/a,各類渣渣量將達到1 373.5 kt/a。目前處理白銀爐緩冷渣和過去銅冶煉過程中所產的急冷渣,通常稱為老渣。

白銀爐渣性質

白銀爐是我國唯一具有完全自主智慧財產權的富氧熔池熔煉爐,其熔煉工藝先進,在世界銅冶煉工藝中獨樹一幟,占有一定的地位。白銀爐銅冶煉渣形式複雜,品位低,有用礦物中人造次生銅礦物含量高,有用礦物嵌布粒度微細,且有用礦物分散程度高,在國內屬於典型的複雜難選銅冶煉渣。

通過顯微鏡下詳細鑑定,白銀緩冷渣渣中可分辨金屬礦物相主要有磁鐵礦、冰銅微珠,少量黃鐵礦、磁黃鐵礦、脈石相鐵橄欖石、鈣鐵輝石、含鐵矽灰石、石英及玻璃質等。冰銅微珠是一種以硫化銅為主要組分的混合物,其中包含人造礦物主要為似斑銅礦、似黃銅礦,少量金屬銅、似鐵閃鋅礦、似方鉛礦、似輝銅礦等。冰銅微珠、金屬銅珠產出在鐵橄欖石及玻璃質基底中為主,少量被包裹在磁鐵礦中。微珠粒徑普遍很微細，偶見較粗的顆粒,粒徑分布範圍在0.001~0.15 mm 之間,<0.02 mm 的顆粒占近70%。

白銀渣的結構構造

白銀渣外觀呈黑色,略帶綠色調,緻密塊狀構造,局部呈蜂窩狀,爐渣質脆且硬。顯微鏡下渣中礦物的結構以自形晶粒狀結構、滾圓粒狀結構為主,其次有固溶體分離結構、文象結構、包含結構、環邊結構等。

項目設計和建設

西北礦冶研究院與選礦公司早在2009 年就對白銀冶煉爐渣的可選性進行了選礦試驗研究,得到了較為理想的技術指標,提交了報告《銅冶煉廠爐渣配比選礦試驗研究》,確定了白銀爐緩冷渣選礦工藝流程及技術指標。白銀渣選礦系統由中國瑞林工程技術有限公司設計,設計工藝流程為：緩冷工藝採用冶煉熱渣渣包緩冷,熱渣採用渣包車直接運輸,渣包緩冷方式採用自動噴淋方案;選礦工藝採用了一段粗碎、半自磨加球磨閉路磨礦分級迴路的碎磨工藝,兩次粗選、兩次掃選、三次精選的浮選工藝,精礦與尾礦採用濃密機+過濾機兩段脫水工藝流程。生產設施組成為渣緩冷場、粗碎、磨浮、脫水、循環水、回水系統等。項目於2010 年10 月開始建設,2012 年5 月正式建成,並在年底達產達標。

渣緩冷場的選擇

渣緩冷場最初選擇在渣資源公司附近距離廠區2 km。該區域面積較大、建設方便、投資省,但離廠區遠，渣包運輸距離長、成本高。考慮到渣包運輸、渣堆放等因素,最終選址在選礦公司東側,東大溝以西。選址在此需要對區域內硫精礦過濾廠房、堆場及回水池等建構築物進行搬遷,但該方案與選礦公司、銅業公司距離近,方便渣包運輸,整體布置合理。

原有設施的利用

為盤活閒置資產,減少項目投資,渣選礦系統利用了原有的粉礦倉及磨礦浮選主廠房,對原來設施加以改造,基本滿足了項目建設的需要。但利用原有主廠房的方案雖然節約了投資,也帶來了一系列問題和不足,如受廠房高差限制半自磨機排礦無法配置振動篩,只能選用篩分效率不高的圓筒篩;起吊設備不能滿足旋流器檢修需要;且主廠房建成於1958 年,經過六十多年的使用,老化腐蝕嚴重,雖然經過加固處理,能否滿足渣選礦項目50 年的使用壽命仍難以確定。

渣尾過濾廠房的選擇

渣尾礦過濾車間最初選擇在臨近109 國道的原硫精砂格池附近,該區域區域面積較大，便於渣尾礦堆存，但距離廠區較遠,需要採用長距離高濃度輸送,且需要新建回收泵站,投資較大,不便於管理。最終選擇了尾礦堆存區域相對較小,但離廠區較近的現渣尾過濾廠房所在地。該場地基本上能夠滿足過濾車間建設及過濾後渣尾礦的堆存,且極大地方便了管理。

項目投產運行及其改造

運行中出現問題及原因分析

項目投產運行後,出現一系列問題。問題及原因分析如下：1)銅冶煉爐渣硬度極大,對設備實施損壞較大,部分設備達不到處理爐渣的質量要求,造成系統設備運行效率過低。2)半自磨台效較低,半自磨機給礦不穩定,且半自磨機充填率不合理,襯板使用壽命短,自控系統作用未能較好發揮。半自磨頻繁串礦,開空車時間多,不僅影響台效,而且影響了半自磨襯板的使用壽命。3)一段分級旋流器喘氣嚴重,工作狀態及不穩定;二段旋流器工作不正常,較粗礦粒容易造成沉砂咀堵塞,分級細度達不到設計要求。4)捕收劑採用Z-200,選別指標較好,但價格較高,造成藥劑成本較高。5)新渣、老渣、事故渣原料性質差別大,在單獨處理老渣、事故渣時,技術指標不理想。

採取措施及技術改造

通過長時間的生產實踐,在更換和加固部分損壞嚴重設備設施,穩定設備運轉率的同時,白銀公司積極探索提高半自磨台效、降低藥劑成本、提高浮選指標的有效途徑,並取得了良好的效果。

1）提高半自磨台效。新渣、老渣、事故渣混合生產時,為提高台效,一度持續上調半自磨鋼球充填率,從14%調至18%左右,磨機定子電流(負荷情況下)也逐步上升至380 A。此時磨機頻繁出現裝滿,串空時間在1~2 h,嚴重影響了半自磨台效和處理量,也影響了襯板的使用壽命。期間碎球量大增,在返量皮帶輸送機上加裝1 台除鐵器,以及時將碎球清除,改善磨機內有效容積,取得一定效果。但系統運轉率低,半自磨台效不高,一直是制約達產的主要瓶頸。為了克服以上困難,白銀公司對最適合的鋼球充填率、襯板使用周期進行了積極探索, 摸索出了適宜的操作控制方法,最終成功解決了以上問題。

當半自磨充填率控制在10%~13%時,半自磨台效可達到180 t/h,而<11%或者>13%時,都不利於台效的提高。根據生產實際,當充填率較大時,運行電流過高,半自磨機內裝礦量下降,台效較低;充填率太小時,衝擊作用不足,大塊礦料不易磨碎,台效較低;添加鋼球尺寸偏小時,衝擊作用不足,小球容易堆積,台效亦低。綜合上述經驗,逐步調整了半自磨鋼球的充填率,最終將充填率穩定在11%左右,磨機串空情況下,將定子電流控制在180～210 A 之間,磨機台效明顯上升,運行平穩,極少出現裝滿。

半自磨襯板更換投用初期,台效較高且比較穩定,能夠達到170~190 t/h,使用一段時間後，由於襯板磨損嚴重,尤其是提升台磨損嚴重,造成半自磨筒體內鋼球和礦粒隨半自磨轉動提升距離不夠,導致鋼球和礦粒下落時衝擊作用大幅減弱,半自磨台效下降。通過對多家單位的襯板進行試驗,最終選擇了質量較好的襯板,使用壽命可以達到3 個月以上。除此之外,白銀公司還探索了適宜的操作控制方法:通過微機運算獲取物料動態流量按某一時間單位的平均值,作為補加水自控因變數,實現分時段按比例自動調整補加水,穩定排礦濃度。人工調整渣漿泵變頻,實現泵池內進出漿體量的動態平衡,保證砂泵效率和入選漿體量穩定。

2）浮選藥劑的選擇。在試運行階段初期,渣選系統使用的藥劑為Z-200 和2# 油,浮選指標能夠達較好,但由於Z-200 價格高，藥劑成本居高不下。經過探索,採用了市場價格相對較低的丁基黃藥作為捕收劑,經過生產總結對比發現,採用丁基黃藥不僅成本低,而且浮選指標較好,可節約成本1.07 元/t,年降低藥劑費用約100 萬元。

3）不同爐渣的配比試驗。白銀渣選礦系統原料主要包括白銀爐渣、轉爐渣和閃速爐渣。目前閃速爐還未建成投產,系統主要處理白銀爐緩冷渣、老渣和事故渣。新渣單獨選別指標較好;老渣、事故渣粒度小、硬度大,單獨處理時台效較低,難以發揮半自磨機優勢,且老渣銅品位較低,含泥量較大,單獨處理時精礦品位低,尾礦品位高,事故渣尾礦品位也偏高。對於以上不同性質爐渣生產中出現的問題,經過分析與研究,制定了以新渣為主的不同爐渣的配比生產模式,獲得了良好的效果。

單獨處理新渣時,指標明顯優於事故渣和老渣,通過配礦,尾礦品位和回收率相對單獨處理新渣時略有下降,但明顯優於事故渣和老渣單獨處理時的指標,且台效有一定提高。當新渣和老渣的比例>2:1時,指標明顯好轉,基本可以達到單獨處理新渣時所得到的技術指標,精礦品位達到22%左右,尾礦在0.29%左右。而新渣與事故渣配礦比例在2:1 時,也可以得到和處理新渣相近的指標。新渣、老渣和事故渣以2:1:1 配礦時,同樣可以得到較好指標,且台效較為穩定。

4）緩冷時間試驗。銅冶煉渣緩冷時間對選別指標有著重要的影響,緩冷工藝包括自然緩冷和噴淋緩冷兩部分組成。白銀公司嘗試對自然緩冷時間和噴淋時間的調整,將緩冷時間由55 h 增加到60 h,在實驗室小型試驗的基礎上,又進行了工業試驗,並取得了較好的效果。在爐渣和精礦品位相近的情況下,60 h 比55 h 緩冷時間浮選尾礦品位低0.04%,回收高3.27%。

5)其他措施。生產中爐渣對過流件(運輸膠帶、管路、泵池、旋流器等)的磨損很大,極易發生泄漏。由於渣系統處理量大,泄漏量隨之增大,這部分進入流程時會對生產產生影響,打破礦漿輸送的動平衡,進而影響浮選液面控制及指標;另一方面,泄露還會妨礙運轉率的提高。在實踐中,生產技術人員不斷改進這種狀況,如在礦石或礦漿衝擊點加裝耐磨橡膠或廢舊襯板,或者製作緩衝箱,形成“礦打礦”的形式;更換耐磨材料管路;在漏斗下礦部位增加皮帶緩衝床等。這些措施取得了較好的效果,為提高系統運轉率,為系統實現達產達標發揮了積極的作用。

總結

白銀渣選礦項目設計階段對項目方案不斷最佳化,建成後通過對系統存在缺陷的改造、對關鍵工藝參數的最佳化調整,最終成功實現了達產達標,取得了較好的經濟和社會效益:

1)在項目設計階段,對緩冷場、渣尾礦過濾堆存車間廠地的最佳化,保證了項目的順利建設,節約了投資,有利於方便生產管理,提高生產效率。

2)針對白銀爐渣的獨特性質,在處理單一渣或混合渣上獲得了一定的經驗,形成了比較完善的操作規程和管理制度,系統運轉率不斷提高,技術指標穩定,並達到了相對較好的水平。項目建設綜合效益得到釋放,為公司發展奠定了堅實的基礎。

3)改進藥劑制度降低了成本,合理裝補鋼球有效降低球耗,調整緩冷時間降低渣尾礦含銅提高回收率,取得了較好的效果。但如何進一步提高渣選礦技術指標、降低選礦成本,仍然需要進行長期探索和不斷研究。

4)銅冶煉選銅尾礦主要作為水泥輔料,用量小、效益差,制約了渣選礦系統的生產。如何將技術上可行的銅渣綜合利用方法產業化,探索更為先進的利用途徑,還需要技術上的突破和創新。