銅浮遊選鉱の説明: プロセス、装置、最適化ガイド

銅精錬所に入り、精鉱がゲートに到着するのを見てください。多くの場合、その濃縮物は浮遊のために存在します。銅浮遊選鉱は、表面の疎水性の違いを利用して廃岩から銅を含む鉱物を分離する鉱物処理方法です。浮遊選鉱では、山全体の鉱石を溶かすのではなく、ROM 鉱石から 20 ～ 30% の銅を含む高品位の精鉱を生成しますが、銅の量はわずか 0.3 ～ 1% です。これは、鉱山と製錬所の間の最も重要なアップグレード手順です。

プロセスは概念的に単純です。鉱石を粉末に粉砕し、水と試薬と混合し、浮遊選鉱セルで空気を混入します。銅粒子は捕集器により撥水化され、気泡と付着して表面に浮上し、泡として捕集されます。脈石は歯髄内に留まり、尾滓となります。その単純な説明の背後には、化学、機器の選択、およびプロセス制御の複雑なシステムがあり、それがこの記事で実践的な観点から説明されています。

浮遊選鉱が機能する理由: 表面化学の原理

浮遊選鉱は密度や粒子サイズを重視するものではありません。それは表面化学についてです。ほとんどの銅鉱物は本来親水性であり、水に濡れることを意味します。石英やケイ酸塩などのほとんどの脈石鉱物も親水性の表面を持っています。これらを分離するには、浮遊選鉱プロセスによって銅鉱物の表面が化学的に修飾され、気泡が付着しやすい疎水性になります。

この修飾は、コレクター、通常はエチルキサントゲン酸ナトリウムやアミルキサントゲン酸カリウムなどのキサントゲン酸塩分子を使用して行われます。コレクター分子は 2 つの機能末端を持ち、一方の末端は銅鉱物表面に吸着し、もう一方の末端は撥水性の炭化水素鎖として外側に突き出ます。調整後、銅鉱物粒子は薄い無極性コーティングを施し、気泡がその表面から水を追い出し、安定した三相接触を形成します。次に、気泡粒子の凝集体はパルプ中を上昇し、浮遊選鉱セルの上部にある泡層に到達します。

粒子が浮くかどうかは、粒子と気泡が衝突する確率、衝突後に付着する確率、上昇中に剥離する確率という 3 つの力によって決まります。衝突は乱流、気泡のサイズ、粒子のサイズによって異なります。付着は表面の疎水性と誘導時間によって異なります。剥離は気泡のサイズと乱流の強さに依存します。適切に設計された浮遊選鉱回路はこれらの要素のバランスをとり、脈石がパルプ内に残る一方で銅鉱物が迅速に回復するようにします。

これが、最初は些細なことのように見える泡が、実際には重要な制御ポイントである理由です。泡は細胞の外に粒子を運び出すのに十分な安定性がなければなりませんが、脈石が閉じ込められるほど安定ではありません。泡の高さ、空気の流れ、泡立て器の投入量は常にリアルタイムで調整され、適切なバランスが維持されます。銅の浮遊選鉱プラントでは、ラボ分析で確認する前に、オペレーターが泡の色と質感を観察してプロセスが健全かどうかを判断します。

銅鉱石の種類と浮遊性

すべての銅鉱石が浮遊選鉱セル内で同じように動作するわけではありません。鉱石の種類によって、試薬の選択、回路設計、および期待される回収率が決まります。最も一般的な銅鉱物は、硫化鉱物と酸化鉱物の 2 つのカテゴリに分類されます。硫化銅鉱物は本来、浮遊選鉱の優れた候補です。酸化鉱物は浮遊するのがはるかに難しく、浮選の前に硫化が必要になることがよくあります。

黄銅鉱(キュフェス) ₂ ）は、群を抜いて最も豊富な銅鉱物であり、世界中で銅浮遊選鉱の主な対象となっています。ザンテート収集者に素早く反応し、石灰による黄鉄鉱の除去も比較的簡単です。黄銅鉱 (銅 ₂ S) は二次濃縮鉱物で、さらに浮遊しやすいですが、銅の品位が高いため、コレクターの消費量が多くなります。ボーナイトとコベライトも従来の浮選によく反応します。マラカイト、アズライト、クリソコラなどの酸化鉱物は、ザンテート単独には反応しません。硫化ナトリウムまたは水硫化ナトリウムによる硫化ステップが必要です。これにより、鉱物の表面に薄い硫化物の膜が形成され、ザンテートの吸着が可能になります。

プラント設計者にとって、その区別は生産が開始されるずっと前から重要です。酸化物分率が高い銅鉱体は、純粋な硫化鉱石よりもはるかに複雑なフローシートを必要とし、浮遊選鉱装置はより長い調整時間とさまざまな曝気制御を提供する必要があります。以下の表は、一般的な銅鉱物とその浮選反応をまとめたものです。

風化した鉱床では、硫化銅と酸化銅の両方を含む混合鉱石がよく見られます。典型的な戦略は、最初に硫化物部分を浮遊させ、次に別の浮選段階で酸化物部分を硫化して浮遊させることです。一部のプラントでは、遊離した粗大酸化物粒子に対して重力または重力浮遊ハイブリッド回路を使用しています。実際には、2 つの回路間の境界は、硫化段階での銅回収の診断分析によって定義されます。

銅浮遊選鉱の完全なフローシート: ROM 鉱石から精鉱まで

銅浮遊選鉱プラントは、単なる浮遊選鉱セルの列ではありません。これは、サイズの縮小、分級、パルプの調製、浮選、脱水が注意深く順序付けられたシステムです。各段階で次の段階に向けて鉱石が準備されますが、どの時点でもボトルネックが発生すると、すぐに回復が遅れます。完全なフローシートを理解することは、適切な機器を選択するための第一歩です。

このフローシートは一般的なフレームワークであり、固定されたレシピではありません。粘土含有量が低い斑岩銅鉱石の場合、洗浄段階は 2 つだけ必要な場合があります。黄鉄鉱含有量が高い鉱石では、下流で硫黄を回収するために石灰沈降と黄鉄鉱浮遊選鉱段階が必要になる場合があります。大量の酸化銅を含む鉱石には、追加の調整タンクと硫化ユニットが必要です。フローシートは常に鉱石の特性評価から始まります。

適切な浮遊選鉱および研削装置を選択することが、フローシート設計の中心となります。で ベトナムにおける銅選別工場プロジェクト 、湿式グリッドボールミル、分級機、および一連の機械的浮選セルの組み合わせにより、エネルギー消費をプロジェクト予算内に抑えながら、必要な濃縮グレードを達成しました。これは、フローシート設計が実際に成果をもたらすか否かを決めるものです。

浮選試薬: 化学ツールボックス

試薬は浮選を可能にするものです。これらは手術中に継続的に消費され、その投与量と組み合わせは通常、他のどの要素よりも回復に大きな影響を与えます。銅浮遊選鉱プラントでは、それぞれ異なる役割を持つ 5 つの基本的なタイプの試薬が使用されます。

コレクターは最も重要なクラスです。ザンテートは依然として硫化銅浮遊選鉱の業界標準です。エチルキサントゲン酸ナトリウムやイソプロピルキサントゲン酸ナトリウムなどの短鎖キサントゲン酸塩は選択性があり、細粒鉱石に適していますが、アミルキサントゲン酸カリウムなどの長鎖キサントゲン酸塩は、より粗い粒子や低品位の鉱石に対してより強力な捕集力を発揮します。ジチオリン酸塩およびチオノカルバミン酸塩は、黄鉄鉱に対する選択性を向上させるためにザンテート塩と混合されることがあります。銅回路におけるコレクターの投与量は、鉱石のグレードと鉱物質に応じて、通常、鉱石 1 トンあたり 20 ～ 100 グラムの範囲です。

泡立て器はパルプ内の気泡を安定させます。 MIBC は銅浮遊選鉱で最も広く使用されている泡立て器であり、その泡質と制御の容易さで好まれています。松油と脂肪族アルコールの泡立て器も、大きな泡表面積を持つ自然な泡を生成する工場で使用されています。泡立て器の投入量は少量で、通常は 1 トンあたり 10 ～ 50 グラムですが、オーバーフロー挙動に対するその影響は即座に現れ、投入量を変更してから数秒以内に目に見えます。

改質剤はパルプの化学的性質と鉱物の表面電荷を制御します。石灰は銅回路における最も経済的な pH 調整剤であり、パルプの pH を 9.5 ～ 11.5 の範囲に維持して黄鉄鉱を抑制し、不要な鉄回収のリスクを軽減します。石灰が特殊なカチオンを沈殿させる一部の酸化鉱石には、炭酸ナトリウムが好まれます。硫酸は酸回路、特に硫化を伴う酸化物浮遊選鉱で使用されます。

抑制剤と活性化剤は選択性を微調整します。シアン化ナトリウムまたは硫酸亜鉛は銅亜鉛鉱石の閃亜鉛鉱を抑制するために添加されますが、逆の場合には硫酸銅が閃亜鉛鉱を活性化することができます。亜硫酸ナトリウムまたは二酸化硫黄は、アルカリ回路内の黄鉄鉱を抑制します。以下の表は、従来の硫化銅回路における一般的な試薬範囲を示しています。

試薬の最適化は 1 回限りのエンジニアリング作業ではありません。鉱石の配合が変わったとき、季節によって水質が変化したとき、または予期せぬ粘土に遭遇したときは、この作業を繰り返す必要があります。適切に運営されている浮遊選鉱プラントでは、試薬ログが記録され、用量とアッセイ結果の毎日のレビューが行われます。

浮遊選鉱プラントのコア設備

装置ラインは、浮遊選鉱の化学的および物理的ステップがどの程度適切に実行されるかを直接決定します。粉砕、混合、浮遊選鉱、および脱水装置は、鉱石の特性と計画された生産能力の両方に適合する必要があります。大型の設備を使用すると資本コストが増加します。過大なサイズの機器を使用すると、後で除去するのが困難な回収損失が発生します。

研削設備

湿式グリッドタイプのボールミルは、銅精選装置の標準的な一次粉砕機です。約 10 ～ 15 mm の破砕フィードを 1 段階または 2 段階で 200 メッシュを通過する 60 ～ 75% の浮選フィードまで粉砕します。排出端のグリッドはミル内のパルプレベルを制御し、過剰粉砕を減らします。銅工場にとって、過剰な粉砕は隠れた敵です。なぜなら、結果として生じるスライムが試薬を消費し、浮選選択性を低下させるからです。

銅鉱石一次粉砕用湿式グリッド式ボールミル このミルは、オーバーフローミルと比較して過剰粉砕を最小限に抑え、スループットを向上させる排出グリッドを備え、破砕された銅鉱石を浮遊選鉱フィードサイズに 1 段階または 2 段階で粉砕します。 製品を見る→

湿式粉砕は、粉塵を除去し、新たに遊離した銅表面の酸化のリスクを軽減し、浮遊選鉱用のスラリーを直接調製できるため、乾式粉砕よりも推奨されます。ボールミルは通常、スパイラル分級機または液体サイクロンを備えた閉回路で操作されます。既存のミルをより効率的なライニング設計または可変速ドライブで改造することは、完全に新しいミルを購入せずに生産能力を高める費用対効果の高い方法です。

混合および調整装置

調整段階はプラント設計において過小評価されることが多いですが、試薬と鉱物の接触が実際に起こるのはこの段階です。調整タンクとしても知られる大型の混合タンクは、コレクターの吸着と泡立て器の分配に必要なエネルギーと滞留時間を提供します。銅の浮遊選鉱では、パルプが最初の浮選セルに入る前に、コンディショニング タンクにパルプが 2 ～ 10 分間保持されます。インペラは粗大粒子を浮遊させるのに十分強力であると同時に、スラリーに自然に含まれる空気をせん断しないように十分穏やかでなければなりません。

浮遊選鉱におけるパルプ調整用の大型混合タンク この調整タンクは、銅浮遊選鉱における試薬と鉱物の接触に必要な滞留時間と穏やかな混合を提供し、均一なスラリーを得るために大口径まで設計されています。 製品を見る→

試薬を個別に調製する必要がある工場では、試薬混合タンクを使用してコレクターと泡立て器を溶解し、目的の濃度に希釈してからパルプに供給します。高濃度混合タンクは、浸出回路や埋め戻し用の浮遊選鉱尾滓の調製などの特殊な用途にも使用されます。滞留時間の分布が鉱石の浮選動力学と一致するように、混合強度、タンク容積、およびインペラの設計を適切に調整する必要があります。

浮選機

機械式浮遊選鉱機は、あらゆる銅選鉱装置の中核となります。タンク、インペラ/ステータ機構、空気供給システムから構成されます。インペラはタンク内に再循環パターンを作り出し、固体を浮遊状態に保ちながら、供給空気を微細な泡に分散させます。表面に形成された泡は、スクレーパーまたは洗濯機への自然なオーバーフローによって除去されます。

BF型銅粗選・掃去用浮遊選鉱機 強力なスラリー循環とエア吸引を備えた自己換気式機械式浮遊選鉱機で、シンプルなレイアウトと低消費電力が重視される銅回路に適しています。 製品を見る→

さまざまなタンク形状とインペラのスタイルがさまざまな任務に適しています。 BF タイプの浮遊選鉱機は、自己換気機構と浅いタンク設計により、銅の粗引きおよび掃気回路に人気の選択肢です。 XCF/KYF タイプは、特に大規模な浮選ラインが複数あるプラントなど、大規模生産で高い空気流量が必要な場合に使用される強制空気装置です。大容量設計の JJF タイプは、限られた泡量が必要だが選択性が重要な最終洗浄段階でよく選択されます。 CLF タイプは粗粒子浮遊選鉱用に設計されており、銅鉱物が粗粒で過度の粉砕を行わずに回収する必要がある鉱石に役立ちます。

浮選セルのサイズは、過去 20 年間で大幅に増加しました。最新の銅工場では、より粗い回路で 100 m3 または 200 m3 のセルを使用する場合があります。セルが大きくなると、ユニットの数が減り、計装が簡素化され、鉱石 1 トンあたりのエネルギー消費量が減ります。しかし、セルが大きくなると泡の制御が難しくなり、適切に設計されたダーツバルブとレベル制御システムが必要になります。自己曝気式機械と強制空気式機械の選択は、鉱石供給の一貫性とプラントが維持したい制御の程度に基づいて行われます。

銅工場には、浮選装置とは別に、分級、濃縮、ポンプ装置も必要です。分級機は浮遊選鉱への安定した微細な供給を保証し、一方、増粘剤は濃縮水と尾鉱水の両方のバランスを制御します。の 現代の湿式冶金における浮遊選鉱装置の役割 単なる分離を超えたものです。これには、下流の浸出回路が安定した回収のために依存する一貫した供給ストリームを提供することが含まれます。

浮選最適化の主要パラメータ

浮選プラントの能力は設計によって決まります。操作によって実際に何が達成されるかが決まります。このセクションで説明する操作パラメータは、冶金学的結果を日常的に制御します。銅浮遊選鉱プロジェクトを評価するエンジニアやバイヤーにとって、これらのパラメータを知ることは、提案されたプロセスが合理的かどうかを判断する最も早い方法です。

研削の細かさ

粉砕の細かさは、200 メッシュを通過する材料の割合として測定されます。鉱石を粗く粉砕しすぎると、一部の銅鉱物粒子が脈石に閉じ込められたままになり、浮遊できなくなります。細かく粉砕しすぎると、生成される表面積が大きくなり試薬が消費され、微粒子が機械的に泡の中に運ばれ、濃縮物が希釈されます。典型的な斑岩銅鉱石は、200 メッシュを通過する 60 ～ 70% で浮遊するのが最適ですが、高品位の鉱脈鉱石では、適切な遊離のために 200 メッシュを通過する 75 ～ 80% が必要な場合があります。粉末度と回復率の関係を示す曲線には、通常、明確なピークがあります。ピークを見つけることがプロセス最適化プログラムの最初のタスクです。

パルプ密度

浮遊選鉱原料中の固体と液体の比率は、通常、固体重量で 30 ～ 45% に保たれます。パルプの密度が高くなると、単位体積当たりの銅鉱物が多くなり、保持時間の効率が向上しますが、粘度の影響や気泡の輸送不良のリスクも高まります。パルプが薄いと、選択性と泡の品質が向上しますが、同じセル容積ではスループットが低くなります。実際には、より粗い回路は高密度で動作しますが、よりきれいな回路はグレードを最大化するために固形分 30 ～ 40% に希釈されます。

pHと石灰の添加

石灰は銅回路で最も一般的な pH 調整剤です。原石の目標 pH は通常 9.5 ～ 11.5 であり、黄鉄鉱は沈降し、銅鉱物はまだ効率的に浮遊しています。磁硫鉄鉱やその他の酸を消費する脈石の存在により石灰の需要が変化するため、pH 制御ループは厳密で応答性の高いものでなければなりません。設備の整ったプラントでは、調整剤供給にオンライン pH 分析装置を使用し、石灰ラインに制御バルブを使用して、設定値を ±0.2 pH 単位以内に維持します。

空気の流れとインペラの速度

通気率は、浮選セル内の気泡の数とサイズを制御します。空気が少なすぎると表面の気泡表面積が減少し、回復力が低下します。空気が多すぎると下向きの流れが発生し、粒子が底に戻り、泡が平らになってしまう可能性があります。自己曝気式機械の場合、インペラの速度によって吸い込まれる空気の量が直接制御されます。強制空気式機械の場合、送風機の出力は個別に調整されます。一般的な銅粗化回路では、セルのデューティに応じて 0.8 ～ 1.5 m3/m2/min の空気流量が使用されます。

泡の深さとスクレーパーの速度

安定した泡層を維持することは、きれいな濃縮物を製造するために不可欠です。より深い泡 (300 ～ 600 mm) は、同伴脈石の排水が多くなり、グレードが高くなります。一方、泡が浅い場合、回復力は向上しますが、グレードは低くなります。スクレーパーの速度は、泡を除去する速度を決定します。スクレーパーの動作が速すぎると、脈石を含んだ泡を洗濯機に引きずり込んでしまいます。速度が遅すぎると、泡が崩れて果肉に戻る可能性があります。

一般的な操作上の問題とその解決方法

どの銅浮遊選鉱プラントでも調子が悪い日があり、その原因が必ずしも明らかであるとは限りません。以下のガイダンスでは、一般的な症状とその典型的な原因および是正措置を組み合わせています。応答時間は重要です。問題を確認するためにアッセイを 4 時間待つことは、泡の観察に基づいて試薬の投与量をリアルタイムで変更するよりもコストがかかる可能性があります。

浮遊選鉱ラインの設備調達チェックリスト

新しい銅プロジェクト、プラントの拡張、または完全なプロセスの最新化のための浮遊選鉱ラインを構築するには、希望量のリストを発行して見積もりを依頼するだけでは十分ではありません。浮選装置の購入は、プロセスのパフォーマンス、運用コスト、アフターサポートを考慮して決定します。構造化されたチェックリストは、最も一般的な調達ミスを回避するのに役立ちます。

鉱石の種類と粉砕サイズを確認する

浮遊選鉱装置は、プラントで処理される特定の鉱石に対して競争力がなければなりません。 200 メッシュを 65% 通過するまで粉砕された硫化鉱石は、大量の一次スライムを生成する鉱石とは異なる滞留時間要件を持っています。機器のサプライヤーに、おおよその経験則だけではなく、プロジェクトの浮選動力学に基づいて必要なセルの体積を計算するよう依頼してください。細粒鉱石を処理するプラントは、粗粒鉱石を処理するプラントよりも大きい、またはより粗いセルを必要とします。

エネルギーとメンテナンスのコストを評価する

浮選機の消費電力は、インペラの直径、ローターの速度、タンクのサイズによって異なります。一般に、自己曝気式機械は強制空気式機械よりも操作が簡単で安価ですが、強制空気式機械はより直接的な空気制御を提供するため、変動する供給条件での回収率が向上します。インペラーとステーターの交換、モーターの保守、機器の校正のコストを含む、少なくとも 7 年間の総所有コストを比較します。購入価格だけを理由に最も安いマシンを選択しないでください。

スペアパーツとローカルサポートを確認する

多くの場合、スペアパーツの配送がボトルネックとなり、プラントが停止します。機械を評価するときは、メーカーに推奨在庫リストを問い合わせて、現地の倉庫の在庫状況を比較してください。プラントが停止しているときは、インペラ、ステーター、ダーツ バルブ、レベル センサーを短時間で提供できるかどうかが、どのような性能機能よりも重要になります。

サイトテストまたはパイロットトライアルを主張する

プロジェクトが新しい鉱床または大規模なプロセス変更である場合は、実際の鉱石サンプルを使用したパイロット規模の浮遊選鉱試験を行うことを主張してください。 1 ～ 2 kg の鉱石に対する簡単なバッチ浮遊選鉱試験は役立ちますが、連続期間にわたる泡立ちの挙動を評価することはできません。数百キログラムの鉱石を用いてパイロットプラントを数日間稼働させると、バッチテストでは得られない滞留時間、泡の安定性、装置の摩耗に関するデータが得られます。

サプライヤーの製造能力を検証する

能力とは、製造経験とエンジニアリングの統合に関するものです。浮遊選鉱機は、研磨スラリー条件下で継続的に稼働しなければならない頑丈な装置であり、設計寿命は数十年と測定されます。サプライヤーの同様のプロジェクトの履歴、納期を守る能力、テストおよび製造プロセスの品質をすべてチェックする必要があります。プロジェクトの規模が労力に見合う場合は、工場訪問をお勧めします。

完全な銅浮遊選鉱プラントを準備している購入者の場合、その決定には浮遊選鉱セル自体だけでなく、生産回路全体を形成する粉砕、混合、脱水装置も含まれます。単一の工場からライン全体を注文することで、インターフェースのリスクが軽減され、試運転時間が短縮され、販売後の協力がはるかに簡単になります。

銅浮遊選鉱に関するよくある質問