黃根平

（江西銅業(yè)股份有限公司德興銅礦，江西 上饒 334200）

隨著全球工業(yè)產(chǎn)業(yè)正向數(shù)字化、智能化和自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)型發(fā)展，國家對(duì)礦山安全環(huán)保的監(jiān)管要求越來越嚴(yán)、監(jiān)督執(zhí)法越來越密、檢查力度越來越大，銅礦山發(fā)展逐步向安全綠色高效的智能化礦山轉(zhuǎn)型。那么，選礦技術(shù)和選礦裝備作為礦山生產(chǎn)重要組成單元也正在向精細(xì)高效化、綠色低碳化和低能耗、低排放、高效率、智能化的方向發(fā)展。目前，我國銅礦選礦工作中采用的新技術(shù)主要有聯(lián)合提取工藝法、如：“浮選+浸出”聯(lián)合選別法、“火法化學(xué)處理+浮選”結(jié)合回收法、“浸出+化學(xué)硫化”綜合提取法等；采用的銅選礦新型設(shè)備主要有高壓輥碎礦設(shè)備、塔磨機(jī)、680m3超大型浮選機(jī)等，下文便主要圍繞此開展論述。

1 我國現(xiàn)有銅礦選礦的特點(diǎn)

我國銅礦床類型主要為斑巖型銅礦床和矽卡巖型銅礦床（分別占全國銅礦總資源量的44.4%和28%），其中斑巖型銅礦品位較低，僅0.55%，而矽卡巖型銅礦品位相對(duì)較高，平均品位為0.5%～1%。同時(shí)，我國共伴生銅礦和單一礦的比例差距較大，分別占比73%和27%，品位超過1%的銅礦儲(chǔ)量在大型礦床中僅占13%。總的來說，我國銅礦礦床多為斑巖型礦床，單一礦床少，共伴生礦床多，儲(chǔ)量規(guī)模比較小，且品位較低，貧礦多、富礦少，易采好選礦少，大型與特大型礦開采規(guī)模的礦床數(shù)量較少，采用地下采礦方式的礦山較為普遍，采用露天開采方式的礦山比較少，少數(shù)礦山為露天轉(zhuǎn)地下采礦。

不同類型銅礦成礦條件、礦物特性各異，以及隨著礦石逐步開采，礦石性質(zhì)也在不斷變化，因而不同銅礦選別方法一般不相同，選礦工藝流程往往也有差異。其中硫化銅礦常規(guī)選別工藝為破碎與磨礦、浮選分離；氧化銅礦常規(guī)加工提取工藝為碎礦與磨礦、浮選選別、堆浸、萃取和電積相結(jié)合的方式。

2 國內(nèi)銅礦所采用的最新選礦技術(shù)分析

常規(guī)易選的銅礦，經(jīng)過多年的業(yè)內(nèi)探索，基本上已經(jīng)形成了較為高效穩(wěn)定的選礦工藝技術(shù)，大部分采用一種選礦工藝即可獲得較好的資源回收效果，但對(duì)于一些難選共伴生復(fù)雜礦和低品位氧化銅礦石，采用單純一種工藝或常規(guī)選別法難以高效、低成本回收銅金屬，而通過選冶聯(lián)合工藝或組合藥劑，利用每個(gè)分工藝或藥劑優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)協(xié)同互補(bǔ)，往往取得效果更理想。比如，以下幾種最新銅選礦聯(lián)合工藝。

2.1 “浮選+浸出”聯(lián)合選別法

浸出法是我國銅礦選礦過程中一種十分實(shí)用有效的技術(shù)手段，浸出法就是依據(jù)礦石性質(zhì)不同，選擇合適的浸出劑選擇性的溶解選礦原礦中的目的礦物，使目的礦物溶于溶液中從而與脈石礦物分離開來的過程[1]。浸出法是處理處理性質(zhì)較復(fù)雜的氧化銅礦石和混合型銅礦石的主要工藝，通常有酸浸、氨浸、細(xì)菌浸出法。酸浸法一般處理酸性脈石礦物的氧化銅礦石，氨浸法通常處理含有大量堿性脈石或泥質(zhì)較多的氧化銅礦石，細(xì)菌浸出法一般處理碳酸鹽含量較少的氧化銅及硅酸鹽型氧化銅礦石。為達(dá)到最佳選別效果，難選氧化銅礦石通常采用“浮選+浸出”聯(lián)合選別工藝，主要有“浮選+酸浸”工藝、“氨浸+硫化浮選法”工藝等。比如：袁明華等采用“浮選+硫化浸出”工藝處理云南某氧化銅礦，先用浮選回收易選氧化銅礦，再用酸浸法回收剩余的難選氧化銅礦，取得了浮選過程中銅回收率61.33%，酸浸后銅回收率26.91%，銅總回收率88.24%的良好效果。金繼祥對(duì)湯山嵌布粒度極細(xì)的氧化銅礦石采用“氨浸+硫化沉淀+浮選”的處理方法，最后取得精礦品位為30.85%，銅回收率為86.4%的良好指標(biāo)

2.2 “火法化學(xué)處理+浮選”結(jié)合回收法

對(duì)于難選氧化銅礦石，常采用火法化學(xué)進(jìn)行預(yù)處理，如孔雀石以及硅孔雀石等，即采用焙燒預(yù)處理，使用硫化焙燒和氯化焙燒的預(yù)處理方法，讓銅礦石達(dá)到脫去氧化銅礦結(jié)晶水、充分硫化和轉(zhuǎn)化的目的，同時(shí)，通過焙燒可使細(xì)粒礦泥的團(tuán)聚，讓細(xì)顆粒礦泥的比表面積減小，極大減緩了礦泥對(duì)浮選的不利影響，有利于了礦物回收。為最大化回收銅金屬，通常采用“硫化焙燒+浮選”“氯化焙燒+浮選”相結(jié)合的方法處理復(fù)雜氧化銅礦。比如：韋華祖[2]采用“硫化焙燒+浮選”法處理孔雀石和石英混合樣，在一定焙燒高溫條件下，添加硫化劑后，由于硫?qū)︺~具有較強(qiáng)的親和力，所以在銅礦物表面會(huì)發(fā)生硫化反應(yīng)，使氧化銅轉(zhuǎn)變成硫化銅，增加了銅礦物可浮性，最后，處理的孔雀石和石英混合樣所得的結(jié)果與孔雀石純礦物的硫化焙燒-浮選結(jié)果相吻合，表明該工藝在理論上是可行的，同時(shí)推斷將焙燒過程控制在最佳條件下時(shí)，輝銅礦可能作為硫化焙燒孔雀石的產(chǎn)物生成。采用離析-浮選法處理難選氧化銅礦則是先將礦石破碎、磨細(xì)到一定粒級(jí)，然后添加還原劑煤粉或焦炭和鹵化物食鹽，再隔氧加熱焙燒，在900℃左右高溫下氯化鈉分解出的HCL氣體與氧化銅礦中的銅反應(yīng)生成氯化銅Cu3Cl3離析在炭粒表面上，還原生成銅粒或銅的硫化物，焙砂隔氧冷卻后經(jīng)碎礦后再用浮選法回收銅的過程，但該方法基建投資大、生產(chǎn)成本高，且處理原礦中銅品位應(yīng)在2%以上，才能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益，所以目前還沒有進(jìn)行大規(guī)模的投入工業(yè)生產(chǎn)。

2.3 “浸出+化學(xué)硫化”綜合提取法

“浸出+化學(xué)硫化”綜合提取法是集酸溶浸、化學(xué)、濕法冶金以及微生物冶金為一體的綜合性技術(shù)，即低品位硫化銅礦的礦石自然堆放在特定地點(diǎn)，比如廢石場(chǎng)長(zhǎng)期暴露室外，在雨水、細(xì)菌共同作用下生成銅離子含量高的酸性廢水[3]，該酸性水廢水可通過泵返回礦石堆進(jìn)行噴淋，使生產(chǎn)的酸性水銅含量越來越高，再往含銅酸性水中添加或通入硫化劑，利用負(fù)二價(jià)硫與酸性水中銅離子反應(yīng)生成難溶硫化銅沉淀，再通過濃縮分離后冶煉回收銅金屬[3，4]。該提銅工藝具有工藝流程簡(jiǎn)單、可大規(guī)模就地生產(chǎn)和生產(chǎn)成本較低、流程中的浸液可閉路循環(huán)等特點(diǎn)，通常應(yīng)用于低品位硫化銅礦石（品位在0.2%以下）、銅尾礦等金屬的高效回收。該技術(shù)在德興銅礦取得大規(guī)模成功應(yīng)用，該礦目前采選規(guī)模達(dá)到13萬t/d，每日廢石(0.2%以下)產(chǎn)生量8000多萬t，廢石直接貯存于廢石場(chǎng)，自然狀態(tài)下產(chǎn)生含銅的酸性水，含銅酸性廢水自流進(jìn)入廢石場(chǎng)下游用于貯存酸性水的酸性水庫，再通過自然降雨反復(fù)淋溶后，使得低品位礦石中的銅金屬以銅離子形態(tài)浸出進(jìn)入酸性水庫，從而得到高含銅的酸性水，之后采用化學(xué)硫化工藝從酸性水中提銅，化學(xué)硫化工藝主要有除鐵、銅回收兩個(gè)階段[4]，除鐵則是在除鐵反應(yīng)池的酸性水中加入適量石灰乳，控制Ph在3.3～3.5之間的環(huán)境下，與三價(jià)鐵離子反應(yīng)生成氫氧化鐵沉淀，添加絮凝劑后進(jìn)入除鐵濃密池，除鐵濃密池底渣部分循環(huán)回流至除鐵反應(yīng)池，部分壓濾堆存或用于生態(tài)修復(fù)，其中鐵濃密池上清液溢流進(jìn)入銅回收階段，即化學(xué)硫化提銅過程，在密封反應(yīng)池中添加硫氫化鈉與除鐵后的上清液銅反應(yīng)生成硫化銅沉淀[4]，添加絮凝劑后進(jìn)入沉銅濃密池，沉銅濃密池底渣部分循環(huán)回流至提銅反應(yīng)池，部分底渣經(jīng)壓濾形成最終產(chǎn)品。德興銅礦實(shí)踐證明[3]，該技術(shù)從含銅酸性廢水（銅離子含量40mg/L～100mg/L）中提取銅，最終可實(shí)現(xiàn)銅回收率92%以上，銅精礦品位33%以上。不僅解決了銅礦山酸性廢水污染環(huán)境的問題，使得礦山酸性廢水“變廢為寶”，實(shí)現(xiàn)了資源“吃干榨盡”綜合循環(huán)利用，減輕提銅廢水下道工序處理廠的工作量，使得出水指標(biāo)能連續(xù)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放。

3 銅礦選礦過程中的最新選礦設(shè)備研究與應(yīng)用

國內(nèi)銅礦資源的貧化、社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)以及綠色低碳的要求，促使礦山企業(yè)朝著規(guī)?；?、高效化方向轉(zhuǎn)型，這不僅驅(qū)動(dòng)了國內(nèi)對(duì)大型、高效、低能耗選礦設(shè)備的研究與應(yīng)用，促進(jìn)了選礦技術(shù)水平的不斷提高，而且降低了單位能耗，提高了資源利用率，改善了環(huán)境，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益顯著[5]。近年來，國內(nèi)研發(fā)與應(yīng)用的新型碎礦設(shè)備、磨礦裝備和超大浮選機(jī)不斷取得突破，選礦效率及指標(biāo)得到較大提升，如這幾種新選礦設(shè)備。

3.1 高壓輥磨機(jī)

礦山企業(yè)多采用“多碎少磨”的途徑來降低礦石碎磨過程電耗，然而常規(guī)采樣的“三段一閉路”+球磨機(jī)碎磨流程很難將進(jìn)入磨礦環(huán)節(jié)前的礦石粒度降到8mm以下，國內(nèi)也在不斷探索更高效的碎磨技術(shù)，而高壓輥磨機(jī)作為新型粉碎設(shè)備，相比于其它傳統(tǒng)碎礦設(shè)備來說節(jié)能性、效率性更高，后來被陸續(xù)成功應(yīng)用到鐵礦、有色金屬等行業(yè)。高壓輥磨機(jī)是一種基于料層粉碎原理的新型破碎設(shè)備，它是由兩個(gè)水平高度相等、直徑相同、轉(zhuǎn)速相同且旋轉(zhuǎn)方向相反的擠壓輥組成，至少有一個(gè)是活動(dòng)輥，通過內(nèi)置液壓系統(tǒng)為活動(dòng)輥提供壓力，對(duì)一定料層厚度礦物進(jìn)行擠壓，通過料層內(nèi)顆粒相互擠壓，高效地得到預(yù)期粒度的礦物[6]。相比常規(guī)的破磨工藝，高壓輥磨機(jī)破碎能力強(qiáng)，破碎比更大，對(duì)脆性強(qiáng)、硬度大的金屬礦破碎具有較大的優(yōu)勢(shì)，能夠進(jìn)行超細(xì)破碎，破碎產(chǎn)品微細(xì)粒級(jí)含量高（利用閉路篩分可將粒度控制在3mm以內(nèi)）,其產(chǎn)品顆粒中會(huì)出現(xiàn)大量的微裂紋，降低后續(xù)磨礦作業(yè)難度，節(jié)約能耗，使進(jìn)入球磨機(jī)的物料粒度變小，減少球磨機(jī)功耗,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降碳、高效高產(chǎn)。例如：德興銅礦泗洲選礦開展高壓輥磨機(jī)工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：常規(guī)三段一閉路破碎產(chǎn)品經(jīng)高壓輥磨機(jī)輥壓,物料的可磨性得到顯著改善，球磨邦德功指數(shù)從18.11kWh/t降至15.40kWh/t,降幅達(dá)14.96%；常規(guī)破碎機(jī)產(chǎn)品與高壓輥磨機(jī)產(chǎn)品相比P80由8mm降低至5.8mm，對(duì)應(yīng)一段磨機(jī)處理量由63.92t/h提高到86.58t/h，鋼球單耗由0.902kg/t降低至0.699kg/t、磨礦電耗由12.90kWh/t降低至9.15kWh/t,一段磨礦作業(yè)處理量提高了35.45%,鋼球和電力單耗分別降低了22.51%和29.07%[7]。說明該廠現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)高壓輥磨機(jī)減小了入磨物料粒度，降低一段球磨電耗和鋼耗，提高一段磨礦效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

3.2 塔磨機(jī)

磨礦和分級(jí)作業(yè)中，通常采用傳統(tǒng)棒磨機(jī)、球磨機(jī)，但傳統(tǒng)磨礦設(shè)備多適合制備粗粒度產(chǎn)品，當(dāng)粉磨更細(xì)的粒度時(shí)，則能耗、磨礦介質(zhì)費(fèi)用劇增或者磨礦處理量急劇下降，所以傳統(tǒng)球磨機(jī)對(duì)制備細(xì)粒級(jí)物料并不高效、經(jīng)濟(jì)，因此以制備細(xì)粉和超細(xì)粉為主的新型塔磨機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。塔磨機(jī)是一種立式攪拌磨機(jī)，通常與水力旋流器組成閉路磨礦，研磨倉內(nèi)的中心軸垂直方向上，裝有螺旋槳，物料和水通過循環(huán)泵從磨機(jī)的下部給入，由于螺旋槳的攪拌作用帶動(dòng)研磨倉內(nèi)的磨球運(yùn)動(dòng)，然后從底部往上提升做自下而上運(yùn)動(dòng)磨礦介質(zhì)，磨球之間撞擊和摩擦作用將加入的礦物進(jìn)行磨碎。經(jīng)介質(zhì)研磨后，細(xì)顆粒會(huì)往上提升，而粗顆粒會(huì)靠自重下降，使合格的產(chǎn)品在重力和外力的作用下分離，從磨機(jī)的頂部溢出，較粗的顆粒通過循環(huán)泵返回到磨機(jī)內(nèi)繼續(xù)被研磨。通常情況下，塔磨機(jī)與球磨機(jī)相比，塔磨機(jī)具有節(jié)省能耗，高效細(xì)磨，磨礦產(chǎn)品粒度更細(xì)，可防止過磨；設(shè)備基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、安裝簡(jiǎn)單、易于操作和維修；噪聲低、振動(dòng)小、占地面積小等優(yōu)勢(shì)。在銅礦選別中，通常用于銅精礦再磨、細(xì)磨，比如：云南云錫大屯選礦廠為保證錫銅的綜合回收，在原有的流程中，銅精礦再磨采用的是兩臺(tái)中1500mm×2400mm格子型球磨機(jī)，現(xiàn)新建的選廠銅精礦再磨改為使用ETM-1000塔磨機(jī)，改造后提高了產(chǎn)品的細(xì)度，減少了銅過磨現(xiàn)象，銅回收率得到提升，確定了塔磨機(jī)運(yùn)行電流為23A，加入介質(zhì)量為35t，磨礦濃度為35%～40%，構(gòu)成閉路的旋流器溢流粒度-0.037mm為85%～90%時(shí)，銅精選選別效果最佳[8]。

3.3 680m3超大型浮選機(jī)

浮選過程中礦物分離包含氣泡產(chǎn)生、氣泡與礦粒作用、形成礦化氣泡，然后泡沫與礦漿分離均在浮選機(jī)中進(jìn)行，因此浮選機(jī)性能很大程度上決定了浮選指標(biāo)的優(yōu)劣。隨著銅礦資源的不斷開采，資源稟賦越來越差，低品位銅礦石入選比例和選礦處理規(guī)模的日益增大，而大型浮選機(jī)在選礦節(jié)能、提質(zhì)上有優(yōu)勢(shì)也顯而易見的優(yōu)勢(shì)。國內(nèi)銅選礦典型的浮選機(jī)主要有BGRIMM系列浮選機(jī)和新型雙葉輪浮選機(jī)，而浮選裝備中比較有代表性為我國礦冶集團(tuán)研發(fā)設(shè)計(jì)的KYF型浮選機(jī)，其先后研發(fā)推出單槽容積為16m3、32m3、50m3、100m3、160m3、200m3、320m3的浮選機(jī)，2018年又成功研發(fā)了世界上單槽容積最大的680m3浮選機(jī)。680m3浮選機(jī)槽體直徑11m，設(shè)備總高12m，單槽容積達(dá)到680m3，通過能力30m3/min～100m3/min，裝機(jī)功率500kW，單位容積實(shí)耗功率小于0.6kW/m3，帶礦空氣分散度3.0以上，槽內(nèi)礦漿循環(huán)量可達(dá)500m3/min，懸浮均勻，無明顯的分層和沉槽現(xiàn)象,其開發(fā)出了浮選動(dòng)力學(xué)調(diào)控技術(shù)、氣泡礦化技術(shù)、流場(chǎng)控制技術(shù)、泡沫富集調(diào)控回收技術(shù)、智能優(yōu)化控制技術(shù)和云平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與可視化操控技術(shù)等六項(xiàng)主要浮選裝備創(chuàng)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了充氣量、液位、泡沫流速、關(guān)鍵部件狀態(tài)監(jiān)測(cè)等多信息的物理融合與優(yōu)化控制，滿足24h無人值守連續(xù)運(yùn)行和千公里以上數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)某h(yuǎn)程自動(dòng)控制技術(shù)需求[9]，并在銅尾礦再選方面得到了成功應(yīng)用。比如：新研制的680m3超大型浮選機(jī)應(yīng)用于德興銅礦泗洲選礦廠的銅尾礦再選過程中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)尾礦中粗粒連生體礦物的有效回收，泡沫產(chǎn)品中+74μm礦物含量達(dá)30%以上，單機(jī)富集比8以上，并獲得整個(gè)選廠綜合回收率提升1.48個(gè)百分點(diǎn)的顯著效果，也證實(shí)680m3浮選機(jī)更有利于回收尾礦中損失的粗顆粒礦物[10]。同時(shí)兩年多應(yīng)用后證明了680m3浮選機(jī)有優(yōu)越的浮選流體動(dòng)力學(xué)特性，能給一般硫化礦提供足夠氣量，空氣分散度在7以上，平均氣含率約7%，且浮選槽不同深度礦漿濃度和粒級(jí)整體分布均勻，氣泡表面積通量可達(dá)39.20S-1，隨著氣泡的上浮，氣泡負(fù)載而呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，最高可達(dá)3.37g/L[9]。

4 結(jié)語

中國的經(jīng)濟(jì)在不斷發(fā)展和進(jìn)步，中國的科技也在不斷向前發(fā)展，但是中國已有銅礦資源卻在不斷減少。許多相關(guān)礦企為了適應(yīng)新發(fā)展階段，開始使用多種方法聯(lián)合使用的高效選別技術(shù)和更加大型、高效節(jié)能的選礦設(shè)備進(jìn)行礦物加工，使選礦工藝持續(xù)精細(xì)優(yōu)化、選礦設(shè)備大型化，促使銅礦山綠色環(huán)保、節(jié)能低碳和資源綜合利用水平不斷提升。但是目前在中國許多礦企中，選礦技術(shù)在實(shí)際選礦過程中的應(yīng)用仍存在很大的問題，特別是面對(duì)低品位銅礦、尾礦資源化的開發(fā)利用方面，與國外同行相比，在選礦技術(shù)應(yīng)用方面還存在很大的缺陷。因此，我國還需不斷努力推動(dòng)銅礦選礦技術(shù)水平提高，使中國的選礦技術(shù)、選礦設(shè)備向高效化、綠色化、數(shù)字化、智能化、大型化發(fā)展。比如推動(dòng)“大數(shù)據(jù)+選礦”“基因選礦”“計(jì)算機(jī)+選礦設(shè)備”和綠色環(huán)保新選礦藥劑、新型大型高效選礦設(shè)備等研究，實(shí)現(xiàn)科研成果轉(zhuǎn)化于實(shí)踐生產(chǎn)，促進(jìn)礦業(yè)綠色低碳高質(zhì)量發(fā)展。