1、2024年第1期doi:10.3969/j.issn.1671-9492.2024.01.010高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中的应用研究与探索有色金属(选矿部分)89薛建森1,南君芳1,薛鹏举,卫晓岚1,苏晨曦1,杨晨晨1,吕超飞(1.国投金城冶金有限责任公司,河南灵宝47 2 50 0;2.西安信立重工有限责任公司,西安7 10 0 0 0;3.三门峡市黄金冶炼过程研究重点试验室,河南三门峡47 2 0 0 0)摘要:采用磨矿浮选工艺回收铜冶炼渣中有价金属元素时普遍存在磨矿能耗偏高、磨矿细度偏低、浮选尾矿有价金属含量偏高的问题。高压辊磨技术利用层压理论,物料在辊压时使矿物沿解离面产生裂纹,能够
2、降低磨矿功指数,提高矿石的可磨性。国内外关于高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中的应用开展具体试验研究的较少。通过对某铜冶炼企业的冶炼熔炼渣开展高压辊磨试验,结果表明,高压辊磨设备能明显降低碎磨物料的粒度、增加人磨物料细粒级含量,物料邦德功指数下降幅度达到2 0.2 6%,物料可磨性得到较大改善。在此基础上又进行了磨矿、浮选试验,对试验进行对比,高压辊磨后的物料较常规破碎物料在相同磨矿条件下磨矿细度提高8.6 8 个百分点,有价元素金、铜浮选回收率比常规破碎磨矿浮选分别提高了1.80、1.2 3个百分点,回收率提高显著。研究表明,高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中具有较好的应用价值。关键词:铜冶炼渣;高压辊
3、磨;粒度;可磨性;浮选中图分类号:TD952;TD921+.4Research and Exploration on Application of High Pressure Roller Grinding Technology inXUE Jiansen,NAN Junfang,XUE Pengju,WEI Xiaolan,SU Chenxi,YANG Chenchen,LU Chaofei?(1.SDIC Jincheng Metallurgy Co.,Ltd.,Lingbao 472500,Henan,China;2.Xian Xinli Heavy Industry Co.,Ltd.,
4、Xian 710000,China;3.Sanmenxia City Key Laboratory of Gold Smelting Process Research,Sanmenxia 472000,Henan,China)Abstract:The recovery of valuable metals from copper smelting slag by grinding-flotation processgenerally has the problems of high grinding energy consumption,low grinding fineness and hi
5、gh content ofvaluable metals in flotation tailings.High pressure roller grinding technology is based on the laminationtheory,when the material is rolled,the mineral cracks along the dissociation surface,which can reducethe grinding work index and improve the grindability of the ore.At home and abroa
6、d on the application ofhigh-pressure grinding technology in copper smelting slag beneficiation to carry out specific experimentalstudy is very little.Through the high pressure roller grinding test on the smelting slag of a copper smeltingenterprise,the results show that the high pressure roller grin
7、ding equipment can significantly reduce theparticle size of grinding material,increase the fine particle content of grinding material,the bond workindex of material decreases by 20.26%,and the grindability of material is greatly improved.On this basis,grinding and flotation tests were carried out,an
8、d the results showed that the grinding fineness of thematerial after high pressure roller grinding was increased by 8.68 percentage points compared with theconventional crushing material under the same grinding conditions,and the recovery of valuable elementsgold and copper flotation was increased b
9、y 1.80 and 1.23 percentage points respectively compared with theconventional crushing grinding flotation,which showed that the recovery was significantly improved.Theresearch shows that the high pressure roller grinding technology has good application value in coppersmelting slag beneficiation.Key w
10、ords:copper smelting slag;high pressure roller mill;particle size;grindability;flotation文献标志码:ACopper Smelting Slab文章编号:16 7 1-9 49 2(2 0 2 4)0 1-0 0 8 9-0 7收稿日期:2 0 2 2-0 9-30基金项目:国家重点研发计划项目(2 0 19 YFC1907304)作者简介:薛建森(19 7 2 一),男,河南灵宝人,学士,高级工程师,主要从事有色金属及稀贵金属选冶研究。90国内绝大部分铜冶炼企业在火法冶炼过程中产生的冶炼渣,主要是熔炼渣,含
11、铜1%6%,铜含量远高于矿山可采选铜矿石的边界品位。不少铜冶炼企业采用熔炼渣再选矿技术,主要是将渣经过冷却、破碎、磨矿后进行浮选,回收铜、金、银,浮选尾渣有的企业还进行磁选回收铁。铜冶炼渣的碎磨工艺目前国内主要有两种:一种是传统的破碎磨矿工艺,即闭路破碎筛分十球磨;一种是半自磨工艺,即粗碎十半自磨十球磨工艺。江铜贵溪冶炼厂、豫光金铅和中原黄金冶炼厂等均采用半自磨工艺,湖北大冶、山东方圆铜业、内蒙古华鼎铜业11、国投金城冶金等冶炼企业渣选厂均采用常规的碎磨工艺。冶炼渣以其特有的易碎难磨性质区别于原生矿石,无论采用上述两种工艺中的哪一种,在生产实践中均存在生产能耗偏高、磨矿耗材巨大等问题。铜冶炼渣
12、具有硬度高、质地脆、邦德功指数非常高(通常超过20kWh/t)的特点2 ,是造成上述问题的根源。在选矿领域,“多破少磨”是选矿技术的发展趋势,降低破碎产品粒度,增加破碎合格率,可以相应提高球磨机处理能力,对节省电耗和生产成本,增加经济效益,有非常重要的作用3。高压辊磨机是2 0 世纪8 0 年代研制的,最初广泛应用于水泥行业,随后陆续在铁矿、有色金属矿山得到了应用。高压辊磨技术的理论基础为层压粉碎理论,物料自两个相向转动的辊子中间加入,在辊面摩擦力和料柱重力的作用下进入压力区。随着辊缝越来越小,料层受到的压力越来越大(50 150 MPa),最后物料被压成了饼状。大量颗粒受到高度的空间约Tab
13、le 1 Results of main chemical composition analysis of the ore sample组分Aut)含量4.92组分Sb含量0.178注:1)单位为g/t,下同。Table 2 Results of copper chemical phase analysis of the smelting slab铜相别硫酸铜中铜含量0.00013占有率0.0036Table 3RResults of iron chemical phase analysis of the smelting slab铁相别磁性铁中铁菱铁矿中铁赤铁矿与褐铁矿中铁含量24.72占有
14、率65.471.2试验设备和仪器试验中使用的主要仪器为PEX150mmX750mm有色金属(选矿部分)束而集聚在一起,在强大外力作用下互相接触、挤压,形成群体粉碎。这种层压粉碎克服了传统破碎重点关注物料粒度上限的下降,即外力对大块颗粒的针对性破碎,实现了全粒级的破碎和大、小块的协同破碎。粉碎产品微裂纹较多,提高了矿物解离度,粉碎产品粒度分布比较宽,细粒级含量较多4。针对铜冶炼渣易碎难磨的特性以及高压辊磨粉碎物料的机理,利用高压辊磨机代替传统破碎流程中的第三段或第四段破碎设备,进行细碎或超细碎作业,可降低磨机给料粒度,提高磨矿效率,节约磨矿能耗5。在技术指标方面,高压辊粉碎可以增加目的矿物的单体
15、解离度,产生更多的微裂纹,从而提高有色金属和贵金属选治的最终回收效率6 。国内虽有一些关于高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中的理论研究,但开展具体试验研究工作的较少。1试验矿样及研究方法1.1试样分析试样取自河南某铜冶炼厂富氧底吹熔炼炉的炉渣,外观呈黑色,致密坚硬,真比重3.9 2 t/m。炉渣是炉料和燃料中的各种氧化物互相熔融而成的共熔体,在12 m渣包中经过2 2 h自然冷却和38 h水冷,倒包后,用液压破碎机破碎至 2 50 mm,摊平成长方形,均匀布点采样约40 0 余公斤。对炉渣进行了主要化学成分和铜、铁化学物相分析,分析结果见表13。由表13结果可知,炉渣中主要氧化物是SiO,和FeO,
16、其次是 CaO、A l 2 O s、M g O;熔炼渣主要由铜毓相、磁铁矿相、铁橄榄石相和玻璃体相组成7。表1试样主要化学成分分析结果/%Agl)Cu54.693.67BiZn0.0120.86表2 熔炼渣铜的化学物相分析结果自由氧化铜中铜结合氧化铜中铜0.500.1814.015.04表3熔炼渣铁的化学物相分析硫化铁中铁6.433.9017.0310.332024年第1期TSTFe1.438.57NiSe0.0160.023次生硫化铜中铜2.7376.47硅酸铁中铁硫酸铁中铁0.120.940.332.49式破碎机、HFKG600-150型高压辊磨机、PEF100 mmX60 mm颚式破碎机
17、、240 mmX90 mm锥Pb0.52Al:O34.81原生硫化铜中铜0.164.480.360.95As0.25Mgo2.55Te0.019/%总铜3.57100.0/%总铁37.76100.02024年第1期形球磨机、标准震动套筛、XFD1.OL单槽浮选机,XTLZ260mm-200 mm真空抽滤机,JM-A20002电子天平,10 1-2 A型电热鼓风干燥等。1.3试验方法1.3.1硬度测试从原料中挑选出三块长、宽、高尺寸约为2 0 0、100、8 0 m m 的大块渣块,进行硬度测试。1.3.2样品制备高压辊磨机入料粒度要求2 5mm,采用PEX150mmX750mm颚式破碎机对原料
18、进行破碎至一2 5mm,然后用标准震动套筛对破碎物料进行筛析。将破碎物料混匀后,分成A样(约30 0 公斤)、B样(50 公斤)两部分,A样进行高压辊磨试验及一3mm物料的浮选试验;B样经PEF100 mm60mm破碎机破碎后,用3mm筛子筛分,得到一3mm物料用于浮选试验,试验流程见图1。1.3.3高压辊磨试验辊磨试验采用HFKG600-150型高压辊磨机,预处理物料由提升机送入高压辊磨机的料仓,调整好高压辊磨机的工作参数,积累了一定的料压后,打开气动板阀,物料进入高压辊磨机后被挤压,试验可分开薛建森等:高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中的应用研究与探索原矿破碎-25 mm混勾缩分高压混磨破碎粒度
19、分析功指数测定粒度分析功指数测定+3mm筛分-3 mm物料磨矿浮选试验物料图1样品制备试验流程Fig.1Flowsheet of sample preparation and tests路和闭路试验两步进行:1)物料经过高压辊磨机一次挤压,对挤压前后的物料进行取样和筛分分析;2)物料经过高压辊磨机挤压后,通过5mm筛进行筛分,筛上粗粒返回高压辊磨机再次被挤压,筛下即为一5mm挤压成品,经过多次闭路循环,直至高压辊磨的循环负荷不再发生变化,试验结束。试验结束后对高压辊磨机出料粒度进行筛析,并收集一3mm粒级物料,用于后续浮选试验,试验流程见图2。14:91+3mm筛分-3mm磨矿浮选试验142给
20、料6515t78101t111213闭路试验物料1一颚式破碎机PEX-150750;2 提升机;3一料仓;4一料仓的阀门;5一皮带秤;6 一提升机;7,8 一高压辊磨机料仓称重器和料仓;9棒阀;10 高压辊磨机;11一皮带秤;12 振动筛;13返料皮带;14收尘器。图2 高压辊磨试验流程Fig.2 Flowsheet of high pressure roller mill tests921.3.4磨浮试验磨矿:对A、B样一3mm粒级物料分别进行同等条件下的磨矿、浮选试验。取单试验样品400g,固定球磨浓度6 8%,磨矿时间分别选取30、40、50、6 0 m i n,用2 0 0 目(一0.
21、0 7 4mm)筛子进行筛析,考察不同磨矿时间对A、B样磨矿细度的影响。浮选:取单试验样品50 0 g,固定磨矿浓度6 8%、磨矿时间30 min、浮选浓度40%;浮选药剂制度:粗选Z-200用量8 0 g/t、丁基黄药用量40 g/t、松醇油用量40 g/t;扫选Z-200用量2 0 g/t、丁基黄药用量10g/t、松醇油用量2 0 g/t。采用一粗一扫一精流程进行浮选试验,试验流程见图3。试验精矿、中矿、尾矿过滤后烘干,称重后进行化验分析,计算产率和回收率。1.3.5邦德功指数测定邦德功指数是表征矿石物料粉碎难易程度的一种物料参数,广泛应用于选矿厂碎磨流程设计的设备选型计算和既有碎磨流程的
22、作业效率评价8 。为考察高压辊磨技术对物料可磨性的影响,对颚式破碎机破碎后物料和高压辊磨闭路产品分别进行邦德功指数测定。试样编号123有色金属(选矿部分)精选3精矿Fig.3Flowsheet of Flotation tests2结果与讨论2.1硬度测试按GB/T502661999工程岩体试验方法标准等相关规范测定铜熔炼渣的单轴抗压强度,由此计算铜渣的普氏硬度,试验结果见表4。由表4可知,该铜渣样品的平均普氏硬度为9.6。如图4、5所示,铜熔炼渣块内部有许多孔,在挤压过程中容易产生裂纹,因此硬度不高。表4铜熔炼渣硬度测试结果Table 4Hardness test results of co
23、pper smelting slag尺寸/mma640.134.640.440.242.339.52024年第1期原矿药剂用量单位:/搅拌、浮选时间单位:min磨矿30min2*Z-200802*丁基黄药401*松醇油40粗选4中矿1中矿2图3浮选试验流程破坏载荷普氏硬度h力值/kN100.5131.0100.0146.599.4172.82*Z-200 202*丁基黄药101*松醇油2 0扫选5尾矿强度/MPa单值94.39.490.29.0103.4均值9.610.3机控制电微钢服压力试验机便用说明书图4铜熔炼渣Fig.4Copper smelting slag图5钅铜熔炼渣内部Fig.5
24、The interior of the copper smelting slag2024年第1期2.2PEX150mmX750mm颚式破碎物料粒度组成对PEX150mmX750mm颚式破碎后的物料粒度组成进行了分析,分析结果见表5。由表5可知,给料粒度大于10 mm的含量达34.40%,粒度大于筛孔尺寸/mm108532.11.10.50.250.080-0.080合计2.3高压辊磨试验2.3.1开路试验对物料进行一次开路挤压,对挤压后料饼和全物料进行粒度筛分分析,分析结果见表6、7。由表6、7 可知,经过挤压后,料饼的粒度基本上小于8mm,所得开路料饼中一5mm物料占8 6.53%,Tabl
25、e 6 Particle size composition of material cake after open-circuit extrusion筛孔尺寸/mm108532.11.10.50.20.080-0.080合计筛孔尺寸/mm108532.11.10.50.20.080一0.0 8 0合计薛建森等:高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中的应用研究与探索表 5给料粒度组成Table 5Particle size composition of the feed粒度含量/g百分含量/%206.3634.40133.5222.26116.6919.4563.1110.5124.544.1019.37
26、3.2216.64.2.778.931.495.390.905.370.90599.92100.0一3mm物料占7 0.0 6%;全物料混合样中一5mm物料占6 9.37%,一3mm物料含量为53.2 0%。混合样中一5、一3mm物料含量分别较挤压前增加了约45%和40%。混合样中一1.1mm物料含量达到了35.18%。经过高压辊磨机开路处理后,物料粒度得到明显降低。表6 开路挤压后料饼粒度组成粒度含量/g百分含量/%00.001.050.4431.1413.0339.3616.4728.0111.7228.8412.0733.8414.1616.636.9625.0210.4735.0814
27、.68238.97100.0表7 天开路挤压后全物料混合样的粒度组成Table 7Particle size composition of mixed samples after extrusion粒度含量/g59.0640.81110.65111.1664.1359.7474.4248.6464.3554.37687.33935mm的含量为7 6.11%;一5mm粒级含量占23.89%,一3mm粒级含量占13.38%,一1.1mm粒级含量占6.0 6%。物料中细粒级(一5mm)含量远小于粗粒级含量。累计筛余/%34.4056.6676.1186.6290.7293.9496.7198.209
28、9.10100.0累计筛余/%0.000.4413.4729.9441.6653.7367.8974.8585.32100.0百分含量/%累计筛余/%8.598.595.9414.5316.1030.6316.1746.809.3356.138.6964.8210.8375.657.0882.739.3692.097.91100.0100.0累积通过量/%65.6043.3423.8913.389.286.063.291.800.900累积通过量/%100.099.5686.5370.0658.3446.2732.1125.1514.680累积通过量/%91.4185.4769.3753.20
29、43.8735.1824.3517.277.910一未高压辊磨942.3.2熔炼渣5mm高压辊磨闭路物料粒度筛析试验对熔炼渣5mm高压辊磨闭路试验给料和出料进行粒度筛析,筛析结果见表8、9。由表8 可知,给料粒度分布较广,粒度小于10 mm的含量为70.12%,一5mm粒级含量占39.8%,一3mm粒级含量占2 7.2 3%,一1.1mm粒级含量占17.18%,一0.0 8 0 mm粒级含量占2.0 2%。筛孔尺寸/mm108532.11.10.50.240.0800.080合计筛孔尺寸/mm108532.11.10.50.240.080-0.080合计2.4磨浮试验2.4.1磨矿时间对磨矿细
30、度的影响对高压辊磨A、未高压辊磨B样进行不同磨矿时间的磨矿试验,试验结果见图6。由图6 可以看出,未高压辊磨和高压辊磨后矿粉的磨矿细度随着磨矿时间的延长而提高。未经高压辊磨的常规破碎一3mm铜熔炼渣,当磨矿时间为30 min时,一0.0 7 4mm粒级仅为8 5.7 6%,延长球磨时间至60min,磨矿细度提高至9 4.38%;经闭路高压辊磨后一3mm铜熔炼渣,当磨矿时间为30 min时,一0.0 7 4mm粒级含量为9 4.44%,延长磨矿时间至60min,磨矿细度提高至9 7.7 3%。2.4.2浮选试验对比对高压辊磨和常规破碎一3mm物料分别磨矿30min进行浮选试验,试验结果见表10、
31、11。由表10有色金属(选矿部分)由表9 可知,经过闭路挤压后,高压辊磨机出料中10 mm以下粒级含量达到8 8.9 8%,一5mm物料粒级含量占6 7.7 6%,一3mm物料粒级含量占50.42%,一1.1mm物料粒级含量占30.31%,一0.0 8 0 mm物料粒级含量占6.6 3%。对比可知,经闭路挤压后,物料粒度下降明显,细粒级含量大幅提高,挤压效果良好。表8 高压辊磨机闭路辊压试验给料粒度组成Table 8Particle size composition of feed粒度含量/g百分含量/%149.0929.8851.6610.3599.6019.9662.7512.5826.3
32、75.2823.7.94.7730.556.1225.615.1319.483.9010.062.02498.96100.0表9闭路挤压后高压辊磨机出料的粒度组成Table 9Particle size composition of discharge粒度含量/g百分含量/%46.2811.0228.336.7460.8614.4972.8417.3442.5810.1341.909.9743.5810.3735.538.4620.404.8627.846.63420.14100.0Fig.6Relationship between grinding fineness and2024年第1期累
33、计筛余/%累积通过量/%29.8870.1240.2359.7760.2039.8072.7727.2378.0621.9482.8217.1888.9511.0594.085.9297.982.02100.00累计筛余/%累积通过量/%11.0288.9817.7682.2432.2467.764.9.5850.4259.72.40.2869.6930.3180.0619.9488.5211.4893.376.63100.0010098%/(uuL00-)(_4969492908886图6磨矿细度与磨矿时间关系grinding time一高压辊磨工303540磨矿时间/min45505560
34、652024年第1期可知,经高压辊磨后的浮选精矿金、银、铜回收率分别为9 5.32%、9 3.8 1%、9 3.7 1%,尾矿中金、银、铜含量分别降至0.42 g/t、4.9 4g/t、0.43%。由表11可Table 10FResults of high pressure roller grinding-3 mm material flotation tests产品名称产率精矿10.05中矿125.67中矿219.98尾矿44.30原矿100.0Table 11Flotation test results of conventional crushed materials产品名称产率精矿17
35、.58中矿119.94中矿213.21尾矿49.27原矿100.02.4.3结果分析根据磨矿细度试验结果,在同样的磨矿条件下,高压辊磨物料磨矿30 min磨矿细度(一0.0 7 4mm)达到9 4.44%,比采用常规破碎物料磨矿细度提高了8.68个百分点;高压辊磨物料磨矿6 0 min磨矿细度(一0.0 7 4mm)达到9 7.7 3%,比采用常规破碎物料磨矿细度提高了3.35个百分点。结果表明,经高压辊磨挤压后的物料可磨性得到改善。根据浮选试验结果,采用高压辊磨技术后,样品中的有价元素金、铜回收率比常规破碎工艺指标分别提高了1.8 0、1.2 3个百分点,尾矿中金、铜含量分别下降了0.18
36、g/t、0.11%浮选技术指标提高明显。两种碎磨工艺对物料中银的指标影响不大,原因可能是在较低数值范围内银的化验偏差掩盖了不同工艺对银的影响。2.5邦德功指数测定按GB/T265672011水泥原料易磨性试验方法(邦德法)的标准规范测定铜熔炼渣原料和闭路挤压后全物料混合样的邦德功指数。经测定,原料的邦德功指数为2 3.59 kWh/t,闭路挤压后全物料混合样的邦德功指数为18.8 1kWh/t,较原料降低了约2 0.2 6%。说明经过高压辊磨机挤压后,铜熔炼渣的可磨性得到较好的改善。相关资料指出,当邦德球磨功指数大于20kWh/t时,这时矿石太硬,最合适的流程应该是高压辊磨工艺,其次是传统的破
37、碎-球磨工艺9。针对铜薛建森等:高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中的应用研究与探索表10 高压辊磨一3mm物料浮选试验结果品位Aul)Agl)19.84203.404.2730.453.5024.400.424.944.9254.69表11常规破碎一3mm物料浮选试验结果品位Aul)Agl18.17168.804.3747.311.5418.330.604.844.9254.6995知,未经高压辊磨,浮选精矿金、银、铜回收率分别为93.52%、9 4.57%、9 2.48%,尾矿中金、银、铜含量分别降至 0.6 0 g/t、4.8 4 g/t、0.54%。/%回收率CuAu15.3150.152.9
38、127.582.7617.590.434.683.67100.0CuAu13.8869.993.1819.091.284.440.546.483.67100.0熔炼渣2 3.59 kWh/t的邦德功指数,引人高压辊磨技术用于物料的碎磨作业有较大的应用价值和意义。3结论1)该熔炼渣经过高压辊磨闭路挤压处理后,产品物料中一10 mm粒级含量达到8 8.9 8%,一5mm粒级含量占6 7.7 6%,一3mm粒级含量占50.42%,一1.1mm粒级含量占30.31%。产品粒度下降明显,细粒级含量大幅增加。2)采用高压辊磨技术,磨矿30 min物料磨矿细度较常规破碎提高8.6 8 个百分点;有价元素金、
39、铜浮选回收率比常规破碎磨浮分别提高了1.8 0、1.2 3个百分点,尾矿中含金、铜分别下降了0.18 g/t、0.11%,技术指标提高显著。3)该熔炼渣邦德功指数2 3.59 kWh/t。经过高压辊磨闭路挤压处理后,全物料邦德功指数下降为18.8 1kWh/t,功指数降低了约2 0.2 6%,可磨性得到明显改善。高压辊磨技术在该铜熔炼渣碎磨作业中有较大的应用价值和意义。参考文献1周仕庆,郭芸杉,蒋太国,等.云南某铜冶炼渣的综合回收生产应用J.有色金属(选矿部分),2 0 2 3(1):8 5-9 2.ZHOU Shiqing,GUO Yunshan,JIANG Taiguo,et al.Com
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