大型铜矿山发展趋势.pdf

4 6 有色金属 选矿螂分 2 0 0 7 年第6 期 大型铜矿山发展趋势 尹启华 江西铜业集团德兴铜矿．江西德兴3 3 4 2 2 4 摘要采选装备大型化是普遍趋势．半自磨工艺得到广泛应用且有新的变化．立式磨机、I S A 磨等选择性磨矿设 备正逐步普及．浮选机单槽容积不断变太，大型浮选机数量快速增长．浮进持再次被广泛应片I 并成为最佳最终精选设 备．伴生元素回收得到重视并为矿山创造了巨大妓益。 关键词大型；铜矿山；设备；工艺；伴生；趋势 中图分类号T D 9 5 2 1 ；T D 8 6 2 1文献标识码A文章编号1 6 7 1 - 9 4 9 2 2 0 0 7 0 6 _ 0 0 4 6 0 4 近年来，全球经济持续增长带动了铜消费量的 不断增加，旺盛的需求极大地刺激了铜价的攀升， L M E 铜从2 0 0 1 年1 1 月1 3 3 5 美而的低点启动． 2 0 0 6 年5 月突破8 0 0 0 美动大关，截至2 0 0 7 年5 月4 日，L M E 三个月铜收报8 3 2 0 美元 ，接近历史 高点8 8 0 0 美元 。铜价的不断上升并长期停留在高 水平，引发了新一轮铜资源开发热潮，大量风险投资 的介入，突破地域国界的全球性竞争更加激烈。随着 开发规模迅速扩大，铜矿产资源消耗速度进一步加 快，可供利用的铜矿产资源日趋紧缺。国内外铜矿山 通过采选设备升级和工艺进步．进一步扩大生产规 模，加强矿产资源的综合利用，提高铜产量，降低了 生产成本。 1 采矿设备 采矿工业是经济发展的支柱。急剧增长的资源 需求使采矿业进入一个空前繁荣的时期。矿山采矿 规模正在迅速扩大，大型铜矿山数量越来越多。采矿 设备发展迅猛，新产品、新技术不断涌现。从目前国 内外大型铜矿山装备情况来看，普遍具备以下三个 特点 一是大型化。大型采矿设备是应大规模采矿生 产的要求出现的。随着矿山开采规模的大型化，大型 采矿设备的应用日益广泛，设备规格也在逐步增大。 近年来因矿业的全面复苏，各种大型采矿设备的需 求空前高涨，一度出现供不应求的局面。大型设备的 广泛应用极大地提高了采矿生产能力和生产效率。 如智利C o l l a h u a s i 铜矿，采用K o m a t s u8 3 0 E 汽车 4 0 台，B u c y r u s - E r i e4 9 5 B E 电铲5 台，实现日采剥 矿岩量3 6 万t ；智利E s e o n d i d a 铜矿，剥采量3 9 万删， 箨喜磊荠；笋管军} 罱＆． ，男，江西德兴人，总工程师。 使用B u c y n l s4 9 5 一BE r i e 电铲9 台，最大铲斗斗容 达到4 2 m 3 ，自卸式运矿汽车C a t e r p i l l a r7 9 3 B2 4 辆， K o n m t s u8 3 0 E2 8 辆．C a t e r p i l l a r 7 9 3 C2 3 辆，载l 弪1 8 t 。 二是自动化、智能化。进人2 0 世纪9 0 年代以 来，国外露天矿大型设备单机载计算机实时监控已 有了成功的应用，美国模块采矿系统公司、卡特彼勒 公司借助于全球定位系统 G P S 和高性能的数据通 讯网络技术，先后开发了有关计算机软件，对各种设 备进行自动化、智能化控制管理。目前国外大型采矿 设备大部与先进的计算机控制系统相结合，通过计 算机网络实现智能跟踪调度，从而大大提高了生产 组织效率和设备利用率。如智利的E c o n d i d a 铜矿， 采用W e n e o 国际采矿系统 W I M S 进行汽车的调度 和监测；美国B i n g h m nC a n y o n 铜矿采用M o d u l a r M i n i n g 公司计算机化的调度系统进行汽车调度，钻 孔应用T h u n d e r b i r dP a c i f i c 公司的钻孔监测和编录 系统，使用G P S 和全球轨道卫星导航系统进行钻机 精确定位；智利E 1T e n i e n t e 铜矿井下采矿采用 S a n d v i kT a m r o c k 的A u o t o M i n e 系统进行铲运机的 自动控制，大大提高了生产率“。 三是技术性能成熟，可靠性高。先进的计算机辅 助设计系统、模拟试验系统和完善的设备自我检测 系统的应用，新型材料的采用和机械加工水平的不 断提高，大型采矿设备的专业化生产已达到很高水 平，各种大型采掘运输设备性能与运行可靠性得到 了大幅度提高。 2 选矿设备与工艺 选矿设备与工艺的发展是卡H 辅相成、互相促进 的。选矿工艺的发展、成熟过程也往往是新型选矿设 万方数据 2 0 0 7 年第6 期 尹启华大型铜矿山发展趋势 4 7 备的出现与成熟的过程。选矿设备正向大型、高效、 节能的方向发展，特别是大型化趋势十分明显。选矿 工艺在简化流程、加强伴生元素回收和提高精矿品 质方面进步明显。 2 ．1 装备的成熟。使半自磨工艺成为大型铜矿发展 趋势 ’ 半自磨机是部分利用矿石自身并部分利用钢球 作为磨矿介质进行磨矿的设备，从能量有效利用的 观点，半自磨机磨矿能耗应该更高。实际上半自磨工 艺取消了中细碎及筛分作业，全流程能耗与常规碎 磨工艺相当。但厂房面积减少，建设周期缩短，有利 于投资回收；流程简单，运行成本低；钢球消耗低，减 少了铁污染，对浮选作业影响较小。由于以上优点， 半自磨工艺在大型铜矿山得到了广泛的应用。国外 大型铜矿山如智利的C o i l a h u a s i 铜矿、E s c o n d i d a 铜 矿、L o sP e l a n r b r e s i 铜矿、C h u q u i c a m a t a 铜矿，澳大利 亚的M o u n tI s a 铜矿和C A D I A 金铜矿，美国 B i n g h a n lC a n y o n 铜矿，加拿大H i 小l a n dV a l l e y 铜 钼矿等都全部或部分采用了半自磨工艺4 。近年在 硫化铜矿的建设或改扩建中，半自磨工艺几乎都被 作为碎磨工艺的首选方案，实际建设中也得到了普 遍的粟用。 根据国外大型铜矿山应用情况，半自磨工艺有 如下发展趋势 1 设备规格越来越大，大规格半自磨机数量越 来越多。由于机械加工、电机驱动能力以及驱动方式 等方面的技术进步，半自磨规格不断突破，围外已能 生产1 3 ，4 m x 7 ．9 m 的半自磨机，驱动功率可达3 1 M W 。目前世界上最大的半自磨机安装于K r u p p P o l y s i u s 公司，直径1 2 ．2 m ，驱动功率2 2 M 剥⋯。我国 第一台半自磨机2 0 0 4 年在冬瓜山铜矿投入运行．规 格为8 ．5 3 m x 3 ．9 6 m ，装机功率4 ．8 5 M W ，处理能力 1 3 0 0 0 t ／d 。目前国内在运行最大的半自磨为太红山铁 矿选矿厂的8 ．5 4 m x 4 ．2 7 m 半白磨机．装机功率 5 ．4 M W 。 2 S A B C 工艺得到广泛应用。S A B C 工艺以前 主要针对硬度较高的矿石，通过引进顽石破碎系统 解决难磨粒子积累问题，可以说是一种被动选择。而 现在作为提高系统处理能力的有效手段，顽石破碎 系统在国外铜矿山得到了普遍的采用。如智利L o s P e l a m b r e s i 铜矿，其矿石邦德功指数1 0 1 2 ．5 ，普氏 硬度6 8 ．采用2 台F F E l l m x 5 ．8 m 半自磨机和4 台 6 ．4 m x l 0 ．2 m 球磨机．引入顽石破碎系统前的能力为 8 ．5 万洲，增加顽石破碎系统 1 台M P l 0 0 0 2 台 n s o o 后能力提高到11 ．5 万“d 。 3 钢球充填率大幅上升。以往半自磨机钢球充 填率一般为6 ％。1 0 ％，最高不超过1 2 ％。但澳大利亚 C a d i a 金铜矿和R i d g e w a y 金铜矿，其半自磨机钢球 充填率为1 8 ％，而智利L o sP e l a m b r e s i 铜矿则达到 了1 9 ％。 2 ．2 中间产品磨矿作业中。球磨正在被新型选择性 细磨设备逐步取代 由于目前开采矿石的原矿品位越来越低，嵌布 粒度越来越细．有用矿物解离难度越来越大，出自对 一些需经细磨 1 0 9 , m 方能得到经济利用的矿石加 强元素回收以及提高精矿品位的要求，在中间产品 磨矿上，选择性细磨设备得到越来越多的应用。 2 ．2 ．1 立式磨机 立式磨机是一种垂直安装、带有搅拌装置的细 磨设备，是目前工业应用最多的湿式超细磨设备。立 磨机的最大给矿粒度为6 m m ，产品粒度2 - 7 4 1 a , m 。立 式搅拌磨机磨矿选择性明显优于常规球磨机，在对 有用矿物解离的同时，过磨问题也得到了较好的控 制。同时在能耗上有显著优势，与球磨机相比，一般 可降低能耗3 0 9 “ o 以上。 立式磨机在国外应用较多。澳大利亚C a d i a 和 R i d g e w a y 金铜矿、智利L o sP e l a m b r e s i 铜矿均采用 塔磨机进行粗精矿再磨。国内在钼选矿厂应用较多， 且规格普遍较小。国外最大的立磨机安装功率已达 1 5 0 0 H P ，处理能力超过1 0 0 t ／h 。目前国内可生产立磨 机最大功率为2 5 0 k W ，因此大型立式磨机只能从国 外引进，设备一次性投资较高。 2 ．2 ．2I S A 磨机 1 S A 磨机是由澳大利亚的M o u n tb a 矿发明的 一种卧式搅拌高效超细磨矿设备，用以解决该矿的 铅锌分离难题。I S A 磨机采用水平高速搅动研磨剥 蚀的原理来使矿物船理，其产品粒度氏可达到 7 L L m ．其功率强度可达3 5 0 k W ／m 3 。由于采用陶瓷、河 沙、炉渣等作为磨矿介质，磨矿选择性较好，产品粒 级窄，其产品一1 “m 的含量比普通球磨少2 6 ％，在解 决有用矿物嵌布粒度较细、解离困难的二次磨矿阶 段具有独特优势。I S A 磨机通过离心力分级开路磨 矿。无需其它分级设备，磨矿产品粒度稳定。另外由 于运转方式不同，与球磨机相比其电力消耗最高可 节约8 0 ％以上[ 4 ] 。世界上第一台I S A 磨机 M 3 0 0 0 于1 9 9 4 年在M o u n tl s a 铅锌选矿厂投入运行，到目 前，已有近2 0 台I S A 磨机投入运行。最大的为2 0 0 3 年在南非英美铂业公司投产的M 1 0 0 0 0 磨机，用于 万方数据 ．4 8 ．有色金属 选矿部分 2 0 0 7 年第6 期 铂族元素的回收，磨机容积l O m ，，装机功率 2 6 0 0 k W 。 2 ．3 浮选机规格不断增大，大型浮选机得到大量工 业应用 随着选矿厂规模的增大，大型浮选机得到了广 泛的应用。目前国外投人使用的最大规格浮选机容 积已达2 5 0 m 3 。澳大利亚C a d i a 和R i d e w a y 金铜矿均 使用了O u t o k u m p u 的1 5 0 m 3 浮选机，智利E s c o n d i d a 铜矿后期扩建的选矿厂使用了9 4 槽W e m c o l 6 0 m 3 浮选机，C h u q u i e a m a t a 铜矿为O u t o k u m p u 的1 6 0 m 3 浮选机，L o sP e l a m b r e s i 铜矿则使用了单槽容积 1 3 0 m 3 和2 5 0 m 3 的W e m e o 浮选机作为段浮选设备。 国内大型浮选机的研发应用进展也在加快， 1 9 9 0 年德兴铜矿大山选矿厂成功应用国内最大规 格的C N N C 一3 9 m 3 浮选机，之后北京矿冶研究总院自 主研发的K Y F 系列的浮选机，摄大单槽容积从 1 9 9 7 年的5 0 m 3 增加到1 6 0 m 3 ．2 0 0 5 年K Y F 一1 6 0 m 3 在金J I l 公司完成工业试验。更太容积 2 5 0 3 0 0 m 3 的 浮选机正在研制中。 多数大型浮选机为圆柱形槽体，如O u t o k u m p u 的T a n kC e l l 、D o o r O l i v e rE m i c oW e m e o 的S m a r t C e l l 、M e s t o 的R S C T M 、北京矿冶研究总院的K Y F 一 1 6 0 m 3 等，充气方式除W e m c oS m a r tC e l l 为自吸式 外，其它均为外充气方式。 与小型浮选机相比，大型浮选机具有能耗低、占 地面积小、自动化程度高等优点，但也存在浮选短路 和作业回收率随浮选槽容积增大而下降等问题。为 防止大型浮选机浮选短路，浮选流程设计中一般采 用每个台阶多槽串联作业，且每个独立浮选系列总 槽不少于7 槽，设计中应考虑优先满足槽数要求，然 后根据所需浮选槽容积选择合适的浮选机。 2 ．4 浮选柱再次获得广泛应用 2 0 世纪6 0 年代曾在世界范围形成浮选柱应用 热潮，然而由于气泡发生器堵塞、运行稳定性差、操 作不便等缺点长期没有得到解决而迅速降温。7 0 年 代后，国内基本放弃了浮选柱的应用与研究，但国外 仍有机构对浮选柱进行潜心研究。8 0 年代，浮选柱 在气泡发生器和运行稳定控制上取得突破性进展， 出现了大批各具特色的浮选柱并在工业上应用成 功，再次掀起了浮选柱应用高潮。与浮选机相比，新 型浮选柱能耗低、分选精度高、作业稳定性好，被认 为是最终精选最佳浮选设备。但浮选柱并不适合用 于扫选作业，目前在浮选柱使用上，普遍做法是采用 柱 机联合作业，即浮选柱作为精选 粗选 ，而用浮 选机扫选，在提高精矿品质同时，仍能取得与全浮选 机流程相当的州收率。 德兴铜矿大山选矿厂为解决精选浮选机分选精 度低，铜精矿品位难以提高的难题，2 0 0 2 年从加拿 大C P r r 公司引进了一台中2 ．4 4 m x l o m 浮选柱进行 工业试验，在超负荷条件下运行仍取得良好效果。 2 0 0 7 年该厂正在实施中的精选段浮选流程改造项 目，用7 台C P T 浮选柱替代精选段除扫选作业外的 其它6 0 槽B s K 8 浮选机。完成后大山选矿厂的铜 精矿品位将从现在的2 5 ％左右提高到2 6 ．5 ％以上。 新型浮选柱技术国外相对领先较多，但国内一 些科研院所也开展了浮选柱的研究，长沙矿冶研究 院、北京矿冶研究总院研制的国产浮选柱已先后获 得成功应用。 2 ．5 伴生元素的回收日益受到重视 我围铜矿石在选冶过程中回收的金、银、铅、锌、 硫以及铟、镓、镉、锗、硒、碲等伴生元素的价值，占原 料总产值的4 4 ％。伴生金占全国金储量3 5 ％以上。 其中7 6 ％的伴生金的产量、3 2 ．5 ％的银产量来自于 铜矿山。伴生金银主要来自江西铜业、铜陵、大冶、白 银、中条山等大型铜矿山。钼方面，世界第三产钼大 国智利1 0 0 ％为伴生钼，钼产量最大的美国近年来伴 生铂已占其总产量的7 5 ％左右“。我国伴生钼产量 不足总产量1 5 ％。从表1 可知，世界大型铜矿山回收 的伴生金、银、销产量巨大，且伴生金、钳产品产值占 各矿山总产值比例很高。 表1世界大型铜矿山伴生金、钼产量 T a bl O u t p u to fa s s o c i a t e d A ua n dM oi nl a r g e s c a l ec o p p e rm i n e si nt h ew o r l d 矿山名称 够2 ∽A u 。／．1 港詹l ／k A u 。M d t 智利E s c o n d i d a 柑8 ．2 4 “a1 5 11 0 05 0 9 7 智牵I L 舶P e l B I 出商铜矿1 1 3 3 10 ．9 1O f l g g * 0 0 r 43 2 ．6 ／钉∞ 智和] C h u q u i c a m a t a l 喇约1 ％1 3 0 46 0 - 6 51 2 5 0 0 智利E l T e n i e n t e 铈r “ I { U M0 胛 3 3 4 4 7 0 0 划B i 吲a a mc a T I v o n 附4 5 7 f f a0 6 3 0 2 90 ／ 3 32 6 3 78 7 3 06 8 0 0 加封H 1 削皿d V 且I l 掣铜钰矿5 0 6 曲0 3 8 0 1 J 0 7 * 1 7 ／ 3 4 8 5 0 印尼№bH l i a u 锕e 矿4 6 0 “, 10 ．70 3 12 7 61 6 5 8 4 印尼 沁b e r E 槲 1 8 ．5 1 ／d 4 5 24 1 N 3 秘鲁A n t a m i n a 黼3 1 7 Y a ／a1 3 40 1 33 51 2 0 4 德燃镕柯。 M 7 9 t a0 ．4 0 40 2 2 叫Ⅺ8 71 2 i5 1 0 61 2 1 7 注以上铜产量不包括湿法铜。 多数斑岩型铜矿床共生伴生金、银、钼、铟、锗、 铼、硒以及铂族元素，虽然含量较低，但矿石储量巨 大，伴生元素的总量非常可观。伴生元素在选矿过程 中随铜富集于精矿中，通过对铜精矿进一步选冶实 万方数据 2 0 0 7 年第6 期尹启华大型铜矿山发展趋势4 9 现相对的低成本有效回收，因此对铜矿山来说，矿床 中伴生元素有很高的利用价值。国内外很多铜矿山 通过伴生元素取得了巨大的经济效益。 长期以来，国内外大型铜矿山在主元素铜回收 做了大量的工作，推动了选矿工艺的不断完善成熟， 同时在新型高效药剂的应用、选矿装备升级以及管 理水平的提高共同作用下．主元素铜的回收率已基 本稳定。但伴生元素综合回收方面，仍具有较大的提 升空间。随着市场金属价格的快速攀升．大型铜矿山 伴生元素的价值更为突出，加强伴生元素的综合回 收成为铜矿山新的利润增长点。江西铜业公司德兴 铜矿从2 0 0 0 年起对伴生金、钼的回收开展了大量工 作，并取得了明显成效，年伴生金产量由之前 4 5 0 0 k g 提高到5 3 0 0 k g 左右，标钼产量从不足 ．0 0 0 t 提高到2 0 0 6 年的2 7 0 0 t ，2 0 0 7 年可望达到3 5 0 0 t 。钼 产业已成为江西铜业公司新的经济增长点。 2 ．6 选矿过程自动化控制程度越来越高 随着计算机、通信、工业网络、自动化仪表数字 化和智能化技术的发展，选矿过程自动控制已从单 纯的局部参数监测和简单控制，逐步向全过程、网络 化、智能化、局部与全局结合，多层次立体控制的方 向发展。不但可以在厂房中央控制实现所有工序的 监测与控制，在各主要工序现场也有相应节点实现 相应工序的控制。现场仪表采用先进的总线结构实 现互通及与计算机网络通信．减少了大量的线缆，提 高了控制网络的可靠性。国外一些大型铜矿山甚至 已经采用高智能的选矿专家系统通过现场参数及作 业现象的变化，能够根据专家数据库内的知识对浮 选、磨矿过程进行自动优化控制。 3 结语 随着矿山栗选规模的不断扩大，高效率、低能耗 的大型采选设备应用将成为趋势。矿山先进设备与 先进的计算控制系统结合，进行采选生产全过程的 集中控制管理，大幅度提高了设备作业效率技术经 济指标，降低作业成本。采选工艺正朝提高资源利用 水平、降低环境污染、解决低品位贫化矿物的回收等 方向发展。先进工艺、先进装备、先进控制与高素质 专业人才的完美结合，使企业创造经济效益的同时 保持与社会的和谐共存发展，是大型铜矿山实现可 持续发展的必由之路。 参考文献 [ 1 ] 江西铜业集团德兴铜矿科协．全球大型铜矿山[ R ] 7 0 0 5 ． [ 2 ] 江西铜业集团．赴澳大利亚、智利铜选矿厂考察报告[ R ] - 2 0 0 6 ． [ 3 ] 粱殿印．吴建明，沈政昌，等．选矿设备评述[ J ] 有色金属 选矿部分 ，2 0 0 1 ， 增刊 t f , 9 ． [ 4 ]高明炜．超细磨技术【R ] 2 N , 44 [ 5 ] 金大安钼选矿评述E JJ ．有色金属 选矿部分 。2 0 0 1 ． 增 刊 6 9 ． T R E N D0 FD E V E L o P M E N T0 FL A R G E S C A L EC o P P E RM I N E S Y ／- NQ i h u a D e x l n 9C o p p e rM i n eo f J i a n g x iC o p p e rG r o u pC o ．，D e x i n gJ f a n t p c i3 3 4 2 2 4 ，C h i n a A B S ’1 1 R A C ’I ’ I t i sap o p u l a rt r e n dt h a t m i n i n ga n dm i n e r a lp r o c e s s i n ge q u i p m e n t s a l eg e l t i n gl a r g e ri ns i z e ，S A G m i l lg d n d i n gt e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e d b r o a d l ya n dh a sb e e i ns e e i n g u p d a t e dc h a n g e s ，s e l e c t i v eg r i n d i n g f a c i l i t i e ss u c ha st o w e rm i l l sa n dI S Am i l l sa F e g e t t i n gm o r ep o p u l a r ，s i n g l ec e l l s o ff l o t a t i o nm a c h i n e sk e e p g r o w i n gl a r g e ra n dl a r g es c a l ef l o t a t i o nm a c h i n e si n c r e a s er a p i d l yi nn u m b e r s ，f l o t a t i o n c o l u m n so n e ea g a i n a r e a d o p t e dw i d e l ya n db e c o m et h eb e s tf l o t a t i o ne q u i p m e n ti nt h ef i n a lc l e a n i n gf l o t a t i o np r o c e s s g r e a t e r a t t e n t i o ni s p a i dt ot h er e c o v e r yo fa s s o c i a t e de l e m e n t sa n ds i g n i f i c a n tp r o f i t sh a v e b e e nc r e a t e df r o mi t f o r t h eo p e r a t o r s ． K E YW O R D S l a r g e s c a l e ；c o p p e rm i n e s ；e q u i p m e n t ；t e c h n o l o g y ；a s s o c i a t e s ；t r e n d 万方数据