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摘要：铜尾矿作为矿山固废的重要组成部分，一直以来未得到很好的利用。以国内某选厂铜尾矿再选为例，介绍了一种粗颗粒选别的专用浮选设备及优先浮选+常规磨浮作业回收铜尾矿中铜金属的选别工艺。该方案能很好的适应选厂铜尾特性，成功解决了铜尾矿再选的难题，结果表明：+120目粒级回收率大大提高，单作业回收率达到21.13%，铜精矿品位达到18%～20%，作业综合回收率达到80%，提高了选厂的整体铜回收率。该工艺及设备的应用成功推广至其它选厂尾矿的回收，均取得较好的经济效益及社会效益。
关键词：矿山固废;铜尾矿回收;粗颗粒浮选机
引言
矿山开采、矿物加工和冶炼生产是矿山生产过程中产生固废最为集中的作业[1]。其中矿山开采、矿物加工所产生的固体废物又分为两种，即废石和尾矿。尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下，将矿石磨细、选取“有用组分”后所排放的废弃物，也就是矿石经选别出精矿后剩余的固体废弃物。矿物加工过程中产生的固废按照工艺流程的不同，其尾矿可分为：手选尾矿、重选尾矿、磁选尾矿、浮选尾矿、化学尾矿、电选及光电选尾矿。而浮选尾矿是矿山固废中最为突出的问题。目前浮选尾矿的处理方式比较单一，仅仅是将其以矿浆的形式通过管道运输到矿山附近筑有堤坝的尾矿库中。尾矿库一方面是一个高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝的风险;另一方面，尾矿的堆存成本和维护成本非常高，每年都需要花费大量的资金去建设和维护[2][3]。随着矿山的不断开采，堆积的尾矿越来越多，截止到2019年，我国现有矿山企业数量超过15.5万个，各类中小矿山超过14.5万个，而全国尾矿库就有400多万个，占地面积超大1.87～2.47万平方千米，堆积的尾矿量已超过200亿吨。2012年～2016年连续五年尾矿产量在16亿吨以上，平均年利用率仅为3.51亿吨，利用率仅20%左右[4]。近几年，尾矿提倡干式堆存，与湿式排放相比，虽然能节省30%左右的建设费用，能有效减少占地面积，但只停留在尾矿库的管理上，而尾矿中残留的大量有用金属还是得不到有效利用[6]。
我国铜矿资源较为丰富，铜储量排世界第六，但我国铜矿的需求量大，每年需要从国外进口大致1900万吨的铜精矿，与日本、印度、韩国是世界上最主要的四大铜矿进口国。在我国，每年产生的铜尾矿量非常大，目前主要的利用方式有铜尾矿用于矿井充填或复垦土地、铜尾矿用于生产水泥[7]、铜尾矿制作免烧砖、铜尾矿制备微晶玻璃[8]、铜尾矿生产陶瓷[9]和尾矿再选[10]。尾矿再选又存在两种方式，一是对现有的尾矿库进行再回收，二是对工艺和设备进行改造，从而实现铜矿资源的最大回收，降低铜矿品位[11]。铜矿资源中大约有13-15%的铜金属损失在铜尾矿中，而丢失在尾矿中的铜金属只有很小一部分得到开发利用，为此充分利用铜尾矿中的铜金属显得尤为重要[12]。
目前国内改善铜尾矿回收的重心主要放在工艺流程的优化上，比如出现了选冶联合流程、重-浮-磁-重选联合流程、常规浮选流程、硫化-浮选流程、浸出-溶剂萃取-电积流程及各类浸出流程等。但往往忽略了专用浮选设备的影响，采用的都是常规浮选机。随着人们对选矿生产过程的不断认识，无论是选矿工程师还是科研人员越来越重视工艺与设备相结合，重视针对不同的矿石性质、粒度组成应选择不同类型的浮选机以使其浮选动力学性质与流体动力学性质相适应，最终提高浮选指标。
一、铜尾矿再选
我国铜尾矿品位一般在0.077%左右，整体回收率在85%左右，这就意味着有15%左右的铜金属损失在铜尾矿中。究其原因，一方面是由于铜尾矿本身的性质所造成：伴生矿物种类多、共生关系复杂、粒度呈现粗细两头分布[13];另一方面是由于未选择合理的尾矿回收工艺及专用浮选设备。为此合理的工艺流程及专用浮选设备使用有利于改善选厂尾矿的回收，提高铜的整体回收率。现以江西某铜矿选厂尾矿再选为例，分析了改造前铜尾矿再选工艺及设备的不足，进而在工艺及设备配置上有针对性的提出了改造方案，对比分析了改造前后尾矿再选指标的变化。
（一）铜尾矿矿石性质
原矿多元素化学分析结果见表1，原矿铜物相分析结果见表2。
选厂每年处理的原矿中含铜金属量为18.5万吨，选铜综合回收率86.5%左右，约有13.5%的铜金属损失在尾矿中，粒度组成及品位分析如表3所示，其中大约有53.5%损失在+120目的粒级上，即每年约有10000吨铜金属损失在粗颗粒级上。铜尾矿中主要含铜矿物为铜的硫化矿，约占铜金属量的86.89%，其中主要是黄铜矿，约占总铜的80%，其次为少量的黝铜矿，约占总铜的7%。黄铜矿和黝铜矿绝大多数是以贫连生体和包裹体产出，与黄铜矿和黝铜矿连生或包裹的脉石主要是石英和云母。为此有针对性地对尾矿中+120目的粒级的铜金属进行回收将提高该选厂的经济效益，同时提升选厂整体的技术水平。
（二）改造前、后铜尾矿再选工艺
目前该选厂尾矿回收是以小部分尾矿作为入选原料，从中回收铜金属以及伴生的金和银。工艺流程采用的是常规浮选流程，其中三期尾矿处理一年的铜金属产量在350吨左右，品位在13%以上。由于尾矿中+120目颗粒中铜金属损失最多，常规的工藝流程选别效果不好，富集比和回收率均不高。入选尾矿全部进入球磨机再磨，增加了磨矿成本，为此在工艺上进行了优化。改造前后的工艺流程如图1所示。
（三）改造前、后铜尾矿再选设备配置
原流程采用的是10台JJF-16m3型浮选机，主要存在的问题一方面在于JJF-16m3型浮选机对粗粒级的浮选效果不是很好;同时受设备容积的限制，尾矿处理量只占该选厂尾矿中可回收的铜的小部分，大部分选厂尾矿资源未得到充分的回收利用。
近几年来浮选机新技术的发展为尾矿中粗粒级目的矿物回收提供更深层次的技术依托。这些浮选新技术包括粗颗粒浮选机、类詹姆森矮体浮选柱、改进型的浅槽机械搅拌式浮选机等[14]。矿冶科技集团有限公司作为国内前沿的浮选机研究机构，在选矿装备上进行了大量的基础研究，依据不同的工况研制出了不同种类型号的浮选机，满足各种复杂工况的使用要求。根据北矿机电多年来生产实践和不断的探索，得出如果能在浮选工艺和设备上取得突破，则尾矿回收可实现跨越式发展，而近几年来浮选机新技术的发展为尾矿中粗粒级目的矿物回收提供了更深层次的技术依托。综合成熟性、可靠性、和适用性三方面对比分析，粗颗粒型浮选机比较适合于该选厂尾矿选别的试验研究。为此，针对该选厂铜尾矿的现状提出了利用CGF-40粗颗粒浮选机进行预先粗选。浮选设备采用专用的粗颗粒CGF-40型浮选机，其具有的主要优势在于：1）充气量大，适应粗颗粒矿物较大充气量的要求，能形成部分相对大一点的气泡，有利于背负较大矿粒上浮，且能提高矿粒与气泡的接触机会;2）输入功率要低，叶轮对矿浆的搅拌力相对要弱，矿浆的湍流强度低，有利于粗粒矿物与气泡集合体的形成和顺利上浮;3）通过叶轮区的矿浆量大，有利于物料的悬浮和增加气泡与矿粒的接触机会;4）在低搅拌力下，保证了气泡能均匀地分散在矿浆中，同时保证了较粗矿粒能充分悬浮;5）槽体较常规浮选机更浅，使背负粗粒矿物气泡升浮距离短，同时分离区和泡沫层要更加平稳，以缩短受干扰的距离和降低干扰力;6）泡沫堰负载速率更为合理，即泡沫可以及时进入泡沫槽，缩短在泡沫层的停留时间，减少脱附概率[15]。 此方案的优点在于可尽可能多地回收铜等有价金属，提高入选的粗精矿品位及作业回收率。同时预先粗选粗精矿产率大大降低，进而降低了再磨的量节省磨矿成本。
二、结果与分析
预先浮选作业浮选时间8.5min左右，粗精品位達到0.3-0.4%，其预先浮选作业铜富集比3.018倍，铜回收率达到21.13%，现场水筛+120目及+200目粒级产率分别为21.75%、32.00%（均高于常规浮选设备泡沫产品相应的粒级含量10%左右）;预先粗选得到的粗精矿经常规磨浮作业流程后，作业综合回收率预计达80%，铜精矿品位达18%～20%。CGF-40浮选机在该选厂铜尾矿厂回收的应用，取得较好的效果。同时我们将该工艺及粗颗粒浮选机预先粗选的设备配置应用到其它选厂的尾矿回收中，均取得了较好的经济效益及社会效益，如承德地区的丰宁三赢铁矿、隆化顺达矿业、双滦建龙地等多个矿山，回收选铁尾矿中的-200目30%左右的磷矿物，最大上浮粒径0.7mm-1.2mm;首钢秘鲁铁矿采用该设备回收铁精矿中硫铁矿，粒度为-200目10%左右，浮选浓度为35%，最大粒径达1.5mm; 宜春钽铌矿回收粒度较粗的锂矿物。均主要分布在+0.5mm、-0.5～+0.212mm和-0.212～+0.1mm这三个粒级，从各个粒级的回收率可以看出，在-0.5～+0.212mm、-0.212～+0.1mm和-0.1～+0.075mm三个粒级的回收率均较高，其中-0.1～+0.075mm的回收率最高，达到85.52%，总体回收率达73.61%。
参考文献：
[1]罗顺， 游玉萍， 林义民， 岳伟. 我国工业固废的产业规模和处理技术现状[J].材料研究与应用，2018，12（03）：178-182.
[2]荆曼黎，敖海龙.矿山固体废弃物的危害及其环保治理技术[J].资源节约与环保，2018（07）：146.
[3]工业固废“矿山”待掘——我国工业固废综合利用率低于世界先进水平，浪费资源同时污染环境[J].广西节能，2017（01）：24-25.
[4]牛莎莎，徐明德.矿山固体废弃物的综合利用及其环保治理分析[J].资源节约与环保，2016（01）：192.
[5]薛亚洲，范继涛，王雪峰，乔江晖.北京等六省（市）矿山固废综合利用的思考[J].中国国土资源经济，2018，31（01）：19-23.
[6]王海军，薛亚洲.我国矿产资源节约与综合利用现状分析[J].矿产保护与利用，2017（02）：1-5+12.
[7]田键，鲁锋，陈坤，苑跃辉.铜尾矿与陶瓷抛光泥复合蒸压加气混凝土的制备及其性能研究[J].环境工程，2020，38（01）：157-161.]
[8]汪洋，田键，朱艳超.铜尾矿开发利用现状分析[J].环境工程，2015，33（S1）：623-627.
[9]张国涛，邓仕豪，杨景琪.以铜尾矿制备发泡陶瓷墙板的研究[J].山东陶瓷，2020，43（01）：3-7.
[10]赵满云，马斌，欧浩.矿山固废物主要处理方式及发展前景[J].中外企业家，2019（24）：129.
[11]王诚华.某铜选厂尾矿再选提升指标的可行性研究[J].铜业工程，2019（03）：29-32+55.
[12]张宏泉，李琦缘，文进，沈海燕，王振，喻彬璐，邱志勇.铜尾矿资源的利用现状及展望[J].现代矿业，2017，33（01）：127-131.
[13]蔡明明，张文平.某铜矿石浮选尾矿工艺矿物学研究[J].黄金，2020，41（04）：64-66+74.
[14]董干国，张跃军，刘之能，曹亮.尾矿再选浮选机的研究与应用[J].有色金属（选矿部分），2011（S1）：195-197+211.
[15]董干国，卢世杰，杨丽君，张明.CGF型宽粒级机械搅拌式浮选机研制及应用[J].有色金属（选矿部分），2013（05）：50-53.
作者简介：
于哲（1991-），男，汉族，内蒙古赤峰市人，助理工程师，硕士（美国伊利诺伊大学香槟分校）。
关键词：矿山固废;铜尾矿回收;粗颗粒浮选机
引言
矿山开采、矿物加工和冶炼生产是矿山生产过程中产生固废最为集中的作业[1]。其中矿山开采、矿物加工所产生的固体废物又分为两种，即废石和尾矿。尾矿是选矿厂在特定经济技术条件下，将矿石磨细、选取“有用组分”后所排放的废弃物，也就是矿石经选别出精矿后剩余的固体废弃物。矿物加工过程中产生的固废按照工艺流程的不同，其尾矿可分为：手选尾矿、重选尾矿、磁选尾矿、浮选尾矿、化学尾矿、电选及光电选尾矿。而浮选尾矿是矿山固废中最为突出的问题。目前浮选尾矿的处理方式比较单一，仅仅是将其以矿浆的形式通过管道运输到矿山附近筑有堤坝的尾矿库中。尾矿库一方面是一个高势能的人造泥石流危险源，存在溃坝的风险;另一方面，尾矿的堆存成本和维护成本非常高，每年都需要花费大量的资金去建设和维护[2][3]。随着矿山的不断开采，堆积的尾矿越来越多，截止到2019年，我国现有矿山企业数量超过15.5万个，各类中小矿山超过14.5万个，而全国尾矿库就有400多万个，占地面积超大1.87～2.47万平方千米，堆积的尾矿量已超过200亿吨。2012年～2016年连续五年尾矿产量在16亿吨以上，平均年利用率仅为3.51亿吨，利用率仅20%左右[4]。近几年，尾矿提倡干式堆存，与湿式排放相比，虽然能节省30%左右的建设费用，能有效减少占地面积，但只停留在尾矿库的管理上，而尾矿中残留的大量有用金属还是得不到有效利用[6]。
我国铜矿资源较为丰富，铜储量排世界第六，但我国铜矿的需求量大，每年需要从国外进口大致1900万吨的铜精矿，与日本、印度、韩国是世界上最主要的四大铜矿进口国。在我国，每年产生的铜尾矿量非常大，目前主要的利用方式有铜尾矿用于矿井充填或复垦土地、铜尾矿用于生产水泥[7]、铜尾矿制作免烧砖、铜尾矿制备微晶玻璃[8]、铜尾矿生产陶瓷[9]和尾矿再选[10]。尾矿再选又存在两种方式，一是对现有的尾矿库进行再回收，二是对工艺和设备进行改造，从而实现铜矿资源的最大回收，降低铜矿品位[11]。铜矿资源中大约有13-15%的铜金属损失在铜尾矿中，而丢失在尾矿中的铜金属只有很小一部分得到开发利用，为此充分利用铜尾矿中的铜金属显得尤为重要[12]。
目前国内改善铜尾矿回收的重心主要放在工艺流程的优化上，比如出现了选冶联合流程、重-浮-磁-重选联合流程、常规浮选流程、硫化-浮选流程、浸出-溶剂萃取-电积流程及各类浸出流程等。但往往忽略了专用浮选设备的影响，采用的都是常规浮选机。随着人们对选矿生产过程的不断认识，无论是选矿工程师还是科研人员越来越重视工艺与设备相结合，重视针对不同的矿石性质、粒度组成应选择不同类型的浮选机以使其浮选动力学性质与流体动力学性质相适应，最终提高浮选指标。
一、铜尾矿再选
我国铜尾矿品位一般在0.077%左右，整体回收率在85%左右，这就意味着有15%左右的铜金属损失在铜尾矿中。究其原因，一方面是由于铜尾矿本身的性质所造成：伴生矿物种类多、共生关系复杂、粒度呈现粗细两头分布[13];另一方面是由于未选择合理的尾矿回收工艺及专用浮选设备。为此合理的工艺流程及专用浮选设备使用有利于改善选厂尾矿的回收，提高铜的整体回收率。现以江西某铜矿选厂尾矿再选为例，分析了改造前铜尾矿再选工艺及设备的不足，进而在工艺及设备配置上有针对性的提出了改造方案，对比分析了改造前后尾矿再选指标的变化。
（一）铜尾矿矿石性质
原矿多元素化学分析结果见表1，原矿铜物相分析结果见表2。
选厂每年处理的原矿中含铜金属量为18.5万吨，选铜综合回收率86.5%左右，约有13.5%的铜金属损失在尾矿中，粒度组成及品位分析如表3所示，其中大约有53.5%损失在+120目的粒级上，即每年约有10000吨铜金属损失在粗颗粒级上。铜尾矿中主要含铜矿物为铜的硫化矿，约占铜金属量的86.89%，其中主要是黄铜矿，约占总铜的80%，其次为少量的黝铜矿，约占总铜的7%。黄铜矿和黝铜矿绝大多数是以贫连生体和包裹体产出，与黄铜矿和黝铜矿连生或包裹的脉石主要是石英和云母。为此有针对性地对尾矿中+120目的粒级的铜金属进行回收将提高该选厂的经济效益，同时提升选厂整体的技术水平。
（二）改造前、后铜尾矿再选工艺
目前该选厂尾矿回收是以小部分尾矿作为入选原料，从中回收铜金属以及伴生的金和银。工艺流程采用的是常规浮选流程，其中三期尾矿处理一年的铜金属产量在350吨左右，品位在13%以上。由于尾矿中+120目颗粒中铜金属损失最多，常规的工藝流程选别效果不好，富集比和回收率均不高。入选尾矿全部进入球磨机再磨，增加了磨矿成本，为此在工艺上进行了优化。改造前后的工艺流程如图1所示。
（三）改造前、后铜尾矿再选设备配置
原流程采用的是10台JJF-16m3型浮选机，主要存在的问题一方面在于JJF-16m3型浮选机对粗粒级的浮选效果不是很好;同时受设备容积的限制，尾矿处理量只占该选厂尾矿中可回收的铜的小部分，大部分选厂尾矿资源未得到充分的回收利用。
近几年来浮选机新技术的发展为尾矿中粗粒级目的矿物回收提供更深层次的技术依托。这些浮选新技术包括粗颗粒浮选机、类詹姆森矮体浮选柱、改进型的浅槽机械搅拌式浮选机等[14]。矿冶科技集团有限公司作为国内前沿的浮选机研究机构，在选矿装备上进行了大量的基础研究，依据不同的工况研制出了不同种类型号的浮选机，满足各种复杂工况的使用要求。根据北矿机电多年来生产实践和不断的探索，得出如果能在浮选工艺和设备上取得突破，则尾矿回收可实现跨越式发展，而近几年来浮选机新技术的发展为尾矿中粗粒级目的矿物回收提供了更深层次的技术依托。综合成熟性、可靠性、和适用性三方面对比分析，粗颗粒型浮选机比较适合于该选厂尾矿选别的试验研究。为此，针对该选厂铜尾矿的现状提出了利用CGF-40粗颗粒浮选机进行预先粗选。浮选设备采用专用的粗颗粒CGF-40型浮选机，其具有的主要优势在于：1）充气量大，适应粗颗粒矿物较大充气量的要求，能形成部分相对大一点的气泡，有利于背负较大矿粒上浮，且能提高矿粒与气泡的接触机会;2）输入功率要低，叶轮对矿浆的搅拌力相对要弱，矿浆的湍流强度低，有利于粗粒矿物与气泡集合体的形成和顺利上浮;3）通过叶轮区的矿浆量大，有利于物料的悬浮和增加气泡与矿粒的接触机会;4）在低搅拌力下，保证了气泡能均匀地分散在矿浆中，同时保证了较粗矿粒能充分悬浮;5）槽体较常规浮选机更浅，使背负粗粒矿物气泡升浮距离短，同时分离区和泡沫层要更加平稳，以缩短受干扰的距离和降低干扰力;6）泡沫堰负载速率更为合理，即泡沫可以及时进入泡沫槽，缩短在泡沫层的停留时间，减少脱附概率[15]。 此方案的优点在于可尽可能多地回收铜等有价金属，提高入选的粗精矿品位及作业回收率。同时预先粗选粗精矿产率大大降低，进而降低了再磨的量节省磨矿成本。
二、结果与分析
预先浮选作业浮选时间8.5min左右，粗精品位達到0.3-0.4%，其预先浮选作业铜富集比3.018倍，铜回收率达到21.13%，现场水筛+120目及+200目粒级产率分别为21.75%、32.00%（均高于常规浮选设备泡沫产品相应的粒级含量10%左右）;预先粗选得到的粗精矿经常规磨浮作业流程后，作业综合回收率预计达80%，铜精矿品位达18%～20%。CGF-40浮选机在该选厂铜尾矿厂回收的应用，取得较好的效果。同时我们将该工艺及粗颗粒浮选机预先粗选的设备配置应用到其它选厂的尾矿回收中，均取得了较好的经济效益及社会效益，如承德地区的丰宁三赢铁矿、隆化顺达矿业、双滦建龙地等多个矿山，回收选铁尾矿中的-200目30%左右的磷矿物，最大上浮粒径0.7mm-1.2mm;首钢秘鲁铁矿采用该设备回收铁精矿中硫铁矿，粒度为-200目10%左右，浮选浓度为35%，最大粒径达1.5mm; 宜春钽铌矿回收粒度较粗的锂矿物。均主要分布在+0.5mm、-0.5～+0.212mm和-0.212～+0.1mm这三个粒级，从各个粒级的回收率可以看出，在-0.5～+0.212mm、-0.212～+0.1mm和-0.1～+0.075mm三个粒级的回收率均较高，其中-0.1～+0.075mm的回收率最高，达到85.52%，总体回收率达73.61%。
参考文献：
[1]罗顺， 游玉萍， 林义民， 岳伟. 我国工业固废的产业规模和处理技术现状[J].材料研究与应用，2018，12（03）：178-182.
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[10]赵满云，马斌，欧浩.矿山固废物主要处理方式及发展前景[J].中外企业家，2019（24）：129.
[11]王诚华.某铜选厂尾矿再选提升指标的可行性研究[J].铜业工程，2019（03）：29-32+55.
[12]张宏泉，李琦缘，文进，沈海燕，王振，喻彬璐，邱志勇.铜尾矿资源的利用现状及展望[J].现代矿业，2017，33（01）：127-131.
[13]蔡明明，张文平.某铜矿石浮选尾矿工艺矿物学研究[J].黄金，2020，41（04）：64-66+74.
[14]董干国，张跃军，刘之能，曹亮.尾矿再选浮选机的研究与应用[J].有色金属（选矿部分），2011（S1）：195-197+211.
[15]董干国，卢世杰，杨丽君，张明.CGF型宽粒级机械搅拌式浮选机研制及应用[J].有色金属（选矿部分），2013（05）：50-53.
作者简介：
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