高压辊磨技术在铜冶炼渣选矿中的应用探讨

1.引言

铜冶炼渣含铜 0.5%-5% 、铁 35%-45% 及微量贵金属，但微细粒嵌布（ <30 μm ）与高硬度（邦德功指数 >18kWh/t ）导致传统球磨工艺效率低下。高压辊磨技术通过 50-300MPa 的高压挤压，导致矿物沿晶界断裂并生成微裂纹，可显著优化后续磨矿与浮选效率。本文结合实验数据与工业案例，系统分析 HPGR 的技术经济性及未来发展方向。

2.高压辊磨技术概述

高压辊磨技术作为一种新型的物料粉碎工艺，通过施加高压使物料在两个相对旋转的辊面之间受到挤压作用而实现破碎。其核心装置采用分体式磨辊结构，磨辊轴上套装有可独立调节的磨辊芯和磨辊套，并通过压力弹簧与主轴联动系统保持恒定的碾压力，确保在物料特性变化时仍能稳定维持破碎效率。相较于传统破碎技术，该技术通过高压挤压作用实现选择性破碎，使脆性物料沿着天然裂隙面解离，显著提高了产品中细粒级含量和矿物单体解离度。研究表明，高压辊磨处理后的物料可磨度可提升 36 个百分点，同时能耗较传统工艺大幅降低，展现出在细碎及预粉碎领域的技术优势。

铜冶炼渣作为典型的多矿物复合固废，其成分复杂且硬度差异显著，传统破碎工艺难以实现高效解离。前期试验表明，高压辊磨在开路与闭路试验中均展现出优异的粒度调控能力，产品中-200 目粒级占比可达 68% ，较颚式破碎机提升32 个百分点。这种精细化破碎效果使铜冶炼渣的后续磨矿能耗降低 28% ，同时铜金属回收率提高 3.9% ，为选矿流程的优化提供了关键技术支持。

3.研究意义与目的

随着全球铜资源消耗量持续增长，铜冶炼渣的高效处理与资源化利用已成为行业发展的关键课题。铜冶炼渣中残余铜品位通常在 0.5%5% 之间，传统选矿工艺在回收效率与能耗控制方面存在显著局限性，难以实现资源利用与环境保护的双重目标。研究表明，高压辊磨预处理可使铜冶炼渣中铜硫矿物的解离度提高20% 以上，同时将颗粒表面能提升至传统破碎方式的 1.8 倍，显著增强后续浮选过程的捕收效果，这种物理改性作用为提升铜回收率创造了条件。

本文系统探究高压辊磨预处理对物料结构参数（如颗粒形貌、比表面积、表面能）的调控规律，通过构建工艺参数优化体系，预期可使铜冶炼渣的铜回收率提高 5%-8% ，单位能耗降低 15%-20% ，为实现冶炼渣资源化利用提供技术支撑。

4.高压辊磨机理与铜渣特性

4.1 层压粉碎机理

HPGR 通过双辊高压挤压实现“颗粒间破碎”，其核心优势包括：

-选择性解离：铜矿物（辉铜矿、黄铜矿）与脉石（铁橄榄石、磁铁矿）因硬度差异更易分离，解离度由 65% 提升至 85% 。

-微裂纹效应：后续球磨能耗降低 20%-30% ，金属暴露面增加。

度优化：细粒级 （-74μm ）占比提升 8.68% ，- .0.1mm 粒级含量增加 36% 。

表1 铜冶炼渣成分及矿物组成（XRF/MLA 分析）

4.2 铜渣处理难点

-高能耗：传统球磨电耗占选矿总能耗的 40%-50% ，浮选尾矿含铜量达0.2%0.4% 。

-设备磨损：石英等高硬度矿物导致辊面寿命不足 8000 小时。

5.实验验证与工业应用

5.1 实验研究

对某铜渣进行 HPGR 开路、闭路及边料循环试验，结果如下：

-可磨性提升：邦德功指数由 15.17kWh/t 降至 12.11kWh/t （降幅 20.26% ），可磨度提高 36% 。

-浮选优化：铜回收率提高 3，9% ，金回收率提高 1.80% ，捕收剂用量减少

10%-15% 。

-能耗对比：HPGR 电耗较球磨降低 25% ，碎磨成本减少2.31 元/吨。

5.2 工业案例分析

-秘鲁 CerroVerde 项目：HPGR 预处理后铜回收率提升 3%-5% ，年处理量增加 20% 。

-江西某铜选厂：采用闭路边料循环工艺，碎磨设备台数减少 40% ，年节约成本 5359 万元。

-紫金山低品位铜矿：HPGR 终粉磨使铜回收率提升 5.61% ，能耗降低14.86% 。

6.技术挑战与创新路径

6.1 现存问题

-设备磨损：石英含量高导致辊面寿命受限→开发碳化钨-陶瓷复合辊面（寿命延长至 10000 小时）。

-细粒粘附：- -0.1mm 颗粒引发辊面打滑→配置气流清理装置，打滑率降低70%。

-投资成本：大型 HPGR 单机成本超千万美元→通过长期运营可节约能耗成本 30% 以上。

6.2 技术突破

-工艺参数优化：辊压150-200MPa、间隙 3-5mm 时解离效率最佳（Antofagasta试验）。

-联合工艺创新：

-HPGR+塔磨机：南非某厂铜回收率增至 92‰ -HPGR+湿式磁选：同步回收磁铁矿，铁回收率提升 8% -智能化控制：基于DEM 模型实时调节辊速与压力，能耗利用率提高 15% 。7.未来展望

1.生物浸出强化：HPGR 微裂纹促进浸出液渗透，低品位铜渣浸出效率提升20% 。

2.尾矿资源化：破碎后尾矿粒度均匀，可制备微粉水泥（强度达 42.5MPa ）或路基材料，实现零排放。

3.数字化矿山：集成 AI 分选与物联网技术，构建全生命周期管理系统，分选精度达 99% 。

8.结论

高压辊磨技术凭借其独特的物料处理优势，为铜冶炼渣的资源化利用提供了革新性解决方案，其应用前景在多个维度展现出显著潜力。在新建铜冶炼厂的规划中，高压辊磨技术可作为选矿系统的优选方案。相较于传统破碎-球磨工艺，该技术通过高压挤压实现矿物的定向解离，显著提升有价金属的单体解离度，同时降低能耗与设备磨损。研究表明，采用高压辊磨预处理的选矿流程，可使铜冶炼渣的金属回收率提高 5%-8% ，单位能耗降低 30% ，这对于新建项目而言既能优化工艺流程，又能减少初期设备投资和后期运营成本。特别是在处理复杂多金属冶炼渣时，其选择性破碎特性可有效分离脉石矿物与金属硫化物，为后续分选工序奠定基础。尽管初期投资高，但其长期运营的经济性与环保效益显著。未来需重点突破耐磨材料、智能控制与多工艺耦合技术，推动铜渣选矿向绿色、智能化转型。

参考文献

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