銅冶煉爐渣選礦技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向

雷存友，余潯

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330002）

銅冶煉爐渣選礦技術(shù)現(xiàn)狀及研究方向

雷存友，余潯

（中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司，江西南昌 330002）

隨著銅爐渣量日益增加,渣選礦技術(shù)成為充分利用銅爐渣中寶貴的銅鐵資源的重要手段。本文介紹了銅爐渣的性質(zhì)、成分，并較系統(tǒng)地歸納了國(guó)內(nèi)銅爐渣選礦工藝和設(shè)備技術(shù)現(xiàn)狀，提出了未來(lái)銅爐渣綜合利用的研究方向。

銅爐渣；爐渣特性；選礦工藝；選礦設(shè)備；研究方向

隨著我國(guó)銅冶煉工業(yè)的發(fā)展,銅冶煉爐渣逐年增加,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),截止2013年底，各種銅冶煉爐渣產(chǎn)量達(dá)1．2×104kt/a,含銅品位在0．5%～3%之間,銅金屬量在150 kt左右；含鐵品位38%～45%之間,鐵金屬量4 800 kt左右。為了利用這些寶貴的銅鐵資源,許多冶煉廠相繼配套建設(shè)了銅爐渣選礦廠,獲得了良好的技術(shù)指標(biāo),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

針對(duì)不同的爐渣特性,企業(yè)采用相應(yīng)的工藝流程和設(shè)備回收銅爐渣中的銅、鐵和金、銀等有價(jià)金屬。目前,已建成投產(chǎn)的銅冶煉渣選礦廠有二十多家。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，在工藝流程、設(shè)備特性、生產(chǎn)操作條件控制等方面積累了成熟的經(jīng)驗(yàn)。

表1 典型銅熔煉渣的化學(xué)成分%

1 銅爐渣的性質(zhì)

銅爐渣的化學(xué)成分主要：Fe、SiO2、Al2O3、CaO、Cu、S。不同的冶煉工藝產(chǎn)出的爐渣成分有所區(qū)別,典型銅爐渣的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

銅爐渣的礦物成分通常是鐵硅酸鹽和磁性氧化物，如銅硫化物、磁鐵礦、磁黃鐵礦，少量金屬銅，硅酸鹽類礦物，玻璃體等[1]。玻璃體礦物在冶煉造渣過(guò)程中，包裹鐵礦物，形成鐵橄欖石，含鐵量較低,但有很好的磁性。

2 爐渣選礦工藝

2.1 爐渣的冷卻工藝

爐渣的冷卻方式對(duì)選礦回收指標(biāo)起到?jīng)Q定性作用[2－3]。通常銅爐渣的冷卻方式有5種：1）水淬冷卻，如山東方泰公司、印度貝拉冶煉廠；2）鑄渣機(jī)冷卻，如貴溪一期轉(zhuǎn)爐渣、方泰公司的吹煉渣；3）自然冷卻，如20世紀(jì)80年代白銀冶煉廠、BHPB奧林匹克壩冶煉廠；4）槽坑緩慢冷卻，如俄羅斯卡拉巴什冶煉廠；5）渣包緩冷，如銅陵金冠、陽(yáng)谷祥光冶煉廠等國(guó)內(nèi)大部分冶煉廠[3]。

這5種冷卻方式中，渣包緩冷的效果最好。在生產(chǎn)實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，渣包緩冷的效果還受緩冷的時(shí)間、緩冷溫度下降速率的影響。中國(guó)瑞林工程技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)瑞林）設(shè)計(jì)的幾個(gè)渣選廠實(shí)踐表明，一般渣包緩冷的時(shí)間控制在54～72 h較合適，轉(zhuǎn)爐渣的緩冷需要更長(zhǎng)的時(shí)間；緩冷溫度下降速率也很重要，需分段控制，經(jīng)過(guò)幾個(gè)小時(shí)的自然冷卻后，必須噴水加速冷卻，達(dá)到改變爐渣可磨性的目的。

楊銀輝等人對(duì)國(guó)內(nèi)大型渣選礦緩冷場(chǎng)設(shè)備配置及選型進(jìn)行了探討,認(rèn)為渣包和渣包車是渣選礦緩冷場(chǎng)設(shè)備不可分割的有機(jī)整體,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)能要求,先選擇渣包再選擇配套渣包車，才能更大程度地降低整個(gè)項(xiàng)目的運(yùn)行成本[4]。貴溪冶煉廠對(duì)銅爐渣緩冷技術(shù)進(jìn)行了較詳細(xì)的研究,找到了緩冷工藝及生產(chǎn)實(shí)踐中存在的主要問(wèn)題,并進(jìn)行了原因分析和提出了解決問(wèn)題的辦法。

2.2 碎磨工藝

碎磨工藝是爐渣浮選的準(zhǔn)備作業(yè)。主要的碎磨工藝有：三段或二段一閉路破碎+兩段球磨的常規(guī)碎磨流程；粗碎+半自磨+球磨的半自磨流程。國(guó)內(nèi)部分銅爐渣選礦廠碎磨工藝及設(shè)備見(jiàn)表2。

表2 國(guó)內(nèi)部分銅爐渣選礦廠碎磨工藝及設(shè)備

采用半自磨+球磨工藝來(lái)控制磨礦的細(xì)度,既能解決常規(guī)破碎因銅冶煉渣性質(zhì)的變化(硬度大、密度大、夾雜銅塊)導(dǎo)致中細(xì)碎設(shè)備生產(chǎn)能力不穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)率低的重大難題，又能實(shí)現(xiàn)銅爐渣的高效選擇性碎磨。因此，從2004年以來(lái)，中國(guó)瑞林設(shè)計(jì)的銅爐渣選礦廠均采用半自磨工藝。實(shí)踐表明：(半)自磨+球磨工藝電耗和鋼耗均比常規(guī)碎磨工藝低，是處理銅爐渣不可替代的先進(jìn)技術(shù)[3]。

2.3 選別工藝

1）銅的回收。國(guó)內(nèi)的銅爐渣選別工藝均采用浮選回收銅,綜合回收金、銀,磁選回收鐵產(chǎn)品。典型的浮選流程見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 階段磨礦階段選別流程

圖1工藝流程常用于處理品位較高的轉(zhuǎn)爐渣。在粗磨的條件下(－200目占60%左右)，快速浮選已單體解離的金屬銅或銅硫化物產(chǎn)品，直接得到高品位的銅精礦（含銅40%以上）,實(shí)現(xiàn)早收多收；尾礦再磨（－325目80%）再選，保證銅的總回收率，如貴溪冶煉廠早期的轉(zhuǎn)爐渣選礦廠。

圖2 一次磨礦集中選別流程

圖2是目前廣泛采用的浮選工藝流程。在生產(chǎn)實(shí)踐中，它根據(jù)爐渣品位的變化，可以隨時(shí)調(diào)整流程結(jié)構(gòu)，在實(shí)現(xiàn)高品位銅精礦條件下，獲得高回收率的目的。在爐渣品位高時(shí)，粗選1的產(chǎn)品可以直接作為最終精礦進(jìn)入濃密機(jī)，減少精選作業(yè)的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)早收多收；在爐渣品位低時(shí)，粗精礦的品位相應(yīng)較低，達(dá)不到最終精礦的要求,就與粗選2的精礦產(chǎn)品一起進(jìn)入精選作業(yè)，提高精礦品位。

中礦處理有多種方式。1)中礦返回到粗選；2)中礦返回一段磨礦進(jìn)行選擇性再磨；3)中礦再磨單獨(dú)浮選,獲得的精礦進(jìn)入精選作業(yè)。這種工藝在實(shí)踐中經(jīng)常被前兩種所取代。

2）鐵的回收。在銅爐渣中,含鐵38%～42%,遠(yuǎn)高于鐵礦山的鐵品位(一般在30%以下）,有很好的利用價(jià)值。鐵的物象分析表明,鐵主要以鐵橄欖石形式存在,有很好的磁性，浮選尾礦采用弱磁選機(jī)就可以回收。然而,鐵精礦品位不高,一般只能達(dá)到50%～55%,影響了產(chǎn)品的銷路。因此,渣選廠生產(chǎn)鐵精礦的不多,大部分渣選廠僅作水泥添加劑使用。

3 爐渣選礦設(shè)備

由于爐渣密度高、硬度大、幫德功指數(shù)高、尾礦沉淀快等特點(diǎn)，所以，渣選廠的所有設(shè)備技術(shù)特性必須滿足其特點(diǎn)的要求。經(jīng)過(guò)近20年的研究和實(shí)踐，國(guó)內(nèi)設(shè)備供應(yīng)商可以提供完整的渣選礦設(shè)備。

1）破碎機(jī)。目前用的最多的是顎式破碎機(jī)，其它高效率/大破碎比的破碎設(shè)備如深腔顎式破碎機(jī)、雙動(dòng)顎式破碎機(jī)、慣性圓錐破碎機(jī)等的應(yīng)用也日益受到重視[1]。

2）半自磨機(jī)。半自磨機(jī)是碎磨作業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備。長(zhǎng)筒型半自磨機(jī)物料在磨機(jī)中停留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，物料性質(zhì)變化影響小，生產(chǎn)較穩(wěn)定，適于細(xì)磨[5]。中國(guó)瑞林在其設(shè)計(jì)的渣選廠中，全部采用長(zhǎng)筒型半自磨機(jī)。中信重工根據(jù)銅爐渣的特性，對(duì)半自磨機(jī)的給料、襯板等結(jié)構(gòu)進(jìn)行了針對(duì)性設(shè)計(jì)，提供的設(shè)備完全滿足半自磨的需要。

3）旋流器。據(jù)海王公司介紹，銅爐渣的磨礦分級(jí)作業(yè)存在分級(jí)濃度高、要求分級(jí)粒度細(xì)、磨礦負(fù)荷高的特點(diǎn)，因此傳統(tǒng)上旋流器在分級(jí)作業(yè)中分級(jí)效率較低。而新型旋流器如螺旋線進(jìn)料體旋流器和多錐體旋流器在結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，改善了旋流器的分級(jí)流場(chǎng)，提高了旋流器的分級(jí)效率，并在一定程度上可以提高磨機(jī)的磨礦效率和降低能耗，對(duì)銅爐渣磨礦分級(jí)工藝的發(fā)展有著積極的促進(jìn)作用。

4）銅爐渣專用設(shè)備。沈政昌教授以浮選動(dòng)力學(xué)理論研究為基礎(chǔ)，結(jié)合貴溪冶煉廠銅爐渣特性，通過(guò)對(duì)銅爐渣選別所需的浮選機(jī)槽內(nèi)流體動(dòng)力學(xué)的特殊規(guī)律的大量探索，對(duì)浮選機(jī)槽內(nèi)銅爐渣與汽泡碰撞、黏附、脫落過(guò)程及影響這些過(guò)程的原因進(jìn)行了深入研究，確定了可有效提高選別指標(biāo)的流體動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，制定出銅爐渣專用浮選設(shè)備的設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)出銅爐渣的專用設(shè)備，解決了銅爐渣浮選易沉槽等技術(shù)難題，形成了CLF系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品，目前已推廣到國(guó)內(nèi)外其它銅爐渣選礦廠使用，從理論和實(shí)踐上豐富了礦物加工技術(shù)[6]。

5）浮選柱。浮選柱用于精選1作業(yè)和精選2作業(yè)，基于精選浮選柱的給礦礦漿細(xì)度偏細(xì)（設(shè)計(jì)P80=25 μm）,故CPT公司推薦采用CTTMSparger氣體分散器。CTTMSparger氣體分散器所產(chǎn)生的氣泡尺寸要比SlamJetRSparger氣體分散器所產(chǎn)生的氣泡尺寸更小，即所謂的“微微泡”（Pico－bubbles）。這些“微微泡”可將微細(xì)礦粒包圍，被“微微泡”所包圍的微細(xì)礦粒，再與兼并所產(chǎn)生的較大氣泡發(fā)生碰撞接觸而被捕獲，從而能使微細(xì)礦粒得到有效回收。經(jīng)過(guò)1年的應(yīng)用，取得了較好的技術(shù)指標(biāo)。

6）高效濃縮機(jī)。高效濃縮機(jī)作為最終產(chǎn)品脫水的關(guān)鍵設(shè)備，在爐渣選礦中占有重要地位。選用高效濃縮機(jī)時(shí)，應(yīng)依據(jù)渣選銅精礦及尾礦沉降試驗(yàn)進(jìn)行精礦、尾礦濃縮機(jī)選型；并針對(duì)處理對(duì)象性質(zhì)，在濃縮機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行適用性改進(jìn)?；幢敝蟹疑a(chǎn)的濃縮機(jī)使用過(guò)程中，底流、溢流各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足生產(chǎn)要求，保證選廠正常生產(chǎn)。

7）全自動(dòng)立式壓濾機(jī)。山東煤機(jī)生產(chǎn)全自動(dòng)立式壓濾機(jī)已取代國(guó)外設(shè)備在銅爐渣精礦脫水工藝環(huán)節(jié)中得到應(yīng)用。經(jīng)過(guò)幾個(gè)渣選廠的檢驗(yàn)，效果達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，濾餅水分在7%～10%之間。

8）GZT給料機(jī)。通過(guò)GZT棒條給料機(jī)與重板給料機(jī)在選廠實(shí)際的應(yīng)用比較，可以看出：在銅渣選廠工藝中使用GZT棒條給料機(jī)具有：投資少、運(yùn)行成本低、安裝簡(jiǎn)便、維修量小等優(yōu)勢(shì)。目前，銅爐渣選礦廠已廣泛采用了這種設(shè)備。

9）渣漿泵。銅爐渣選礦大部分是平地建廠，礦漿揚(yáng)送的環(huán)節(jié)多，渣漿泵成為磨浮作業(yè)生產(chǎn)成本和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率的重要環(huán)節(jié)之一。山東華成研究開(kāi)發(fā)的Cr27材料，用于生產(chǎn)的渣漿泵過(guò)流件。該材料具有足夠的硬度、韌性和一定的耐腐蝕性，提高了過(guò)流件的使用壽命。

4 研究方向

綜上所述,在銅爐渣資源回收實(shí)踐中,工廠、設(shè)計(jì)院所及相關(guān)設(shè)備廠家均做了大量的研究和總結(jié)工作。從爐渣中回收銅120 kt/a,相當(dāng)于亞洲最大的銅礦山德興銅礦的銅產(chǎn)量。所回收的銅占2013年國(guó)內(nèi)礦產(chǎn)銅的10%左右,爐渣浮選尾礦作為水泥廠添加劑,節(jié)省鐵精礦(品位50%)7 000 kt/a以上。但是另一方面,在西部偏遠(yuǎn)地區(qū),渣選廠尾礦中鐵資源仍沒(méi)有得到充分的利用,有的渣選廠選銅尾礦只能暫時(shí)堆存而沒(méi)有發(fā)揮它的經(jīng)濟(jì)效益；浮選尾礦含銅還高達(dá)0．25%～0．35%,還有提高回收率空間。如何進(jìn)一步發(fā)揮銅、鐵資源優(yōu)勢(shì),還有許多課題有待進(jìn)一步研究: 1)銅爐渣中銅礦物的結(jié)晶粒度大小和爐渣冷卻速度密切相關(guān),而粒度大小決定了選別方法和效果,所以爐渣冷卻速度是決定浮選效果的主要條件,甚至比爐渣的組成更為重要。這項(xiàng)工作已被渣選礦工作者所共識(shí),如貴溪和金川等渣選廠已開(kāi)展初步的試驗(yàn)研究工作。2)半自磨機(jī)的操作條件是能否降低爐渣選礦高能耗、鋼耗的決定性因素,銅陵金冠、云錫公司渣選廠已進(jìn)行過(guò)探討性的試驗(yàn)性工作,取得了可喜的成果。這項(xiàng)工作有很好的研究前景和價(jià)值。3)CPT浮選柱在礦山得到了廣泛的應(yīng)用,取得了很好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),在爐渣選礦僅用做中礦和精選作業(yè),探討粗選作業(yè)的應(yīng)用有很好的現(xiàn)實(shí)意義。4)富鐵銅渣是我國(guó)的重要二次資源，銅鐵含量均高于我國(guó)目前鐵礦石、銅礦石的可采品位,具有較高的綜合利用價(jià)值,將成為今后學(xué)者主要的研究課題。汪翔宇等人[7]介紹的OTS直接還原法—磁性法處理浮選尾礦獲得優(yōu)質(zhì)鐵粉的技術(shù),鐵回收率90%以上,所得鐵粉產(chǎn)品冷壓塊后,不僅可以補(bǔ)充廢鋼資源的不足,而且是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼、特殊鋼的優(yōu)質(zhì)材料。這個(gè)課題是國(guó)家十二五科技支撐項(xiàng)目。5)用濕法來(lái)回收銅爐渣浮選的尾礦殘存的銅、鐵,還可以回收其中的鉛、鋅、鎳、鈷等。這是今后渣選礦的一個(gè)方向,但目前還處于小型試驗(yàn)階段,仍未工業(yè)化,在我國(guó)西北的一些銅企業(yè)不妨多進(jìn)行這方面的研究。6)在現(xiàn)代火法銅冶煉工藝中,無(wú)論采用何種冶煉工藝,銅爐渣選礦已經(jīng)成為銅冶煉企業(yè)中不可缺少的作業(yè)環(huán)節(jié),無(wú)論是提高冶煉廠的總回收率,還是“節(jié)能降耗”,渣選均具有十分重要的意義。今后對(duì)縮短冶煉工藝流程還需要進(jìn)一步強(qiáng)化銅爐渣的選礦作用。

[1]王紅梅,劉四清，劉文彪．國(guó)內(nèi)外銅爐渣選礦及提取技術(shù)綜述[J]．銅業(yè)工程,2006(4):19－22．

[2]徐明,劉炯天．銅渣浮選回收銅的研究進(jìn)展[C]//2010年中國(guó)礦業(yè)科技大會(huì)論文集．北京：中國(guó)冶金礦山企業(yè)協(xié)會(huì), 2010:805－808．

[3]雷存友,吳彩斌,余潯．銅冶煉爐渣綜合利用技術(shù)研究與探討[J]．有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2014,35(1):1－4．

[4]楊銀輝．國(guó)內(nèi)大型渣選礦緩冷場(chǎng)設(shè)備配置及選型探討[J]．有色設(shè)備,2012(3):9－13．

[5]楊鋒．半自磨技術(shù)在爐渣選礦中的應(yīng)用研究[J]．銅業(yè)工程, 2006(1):19－23．

[6]沈政昌．冶煉爐渣選礦設(shè)備研究與實(shí)踐[J]．銅業(yè)工程,2009 (4):19－23．

[7]王建春,等．OTS直接還原法處理銅棄渣制成含銅還原鐵的工藝試驗(yàn)及應(yīng)用[C]//首屆銅渣綜合利用技術(shù)政策交流會(huì)論文集:109－113．

Technical Present Situation of Copper Smelting Furnace Slag Flotation and Its Research Direction

LEI Cunyou,YU Xun
（China Nerin Engineering Co．,Ltd．,Nanchang,Jiangxi 330031,China）

With the increasing of capacity of copper furnace slag,technology of slag flotation will become the important method that can make full use of precise copper/iron resources contained in copper furnace slag．The paper introduces the property and components of copper furnace slag,systematically presents the present situation of domestic copper furnace slag flotation process and equipment,and puts forward the future research direction of comprehensive copper furnace slag utilization．

copper furnace slag;characteristic of furnace slag;flotation process;flotation equipment;research direction

TD92

B

1004－4345（2014）06－0005－04

2014－07－22

江西省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（20132BBG70016）。

雷存友（1962—），男，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事礦物加工專業(yè)。