銅冶煉爐渣選礦工藝設(shè)備探討

李新華

（中銅東南銅業(yè)有限公司，福建 寧德 352000）

目前，世界上大部分銅冶煉企業(yè)采用選礦方法對(duì)冶煉爐渣中的銅進(jìn)行選別再回收，在眾多選礦方法當(dāng)中，浮選法是使用最為普遍的選礦方法。浮選的原理是單體解離的銅锍顆粒借助于它們?cè)诒砻嫖锢砘瘜W(xué)性質(zhì)上與其它脈石的表面潤(rùn)濕性差異而實(shí)現(xiàn)分離。由于爐渣緩冷有利于熔渣冷卻過程中銅锍顆粒的長(zhǎng)大，從而更容易使銅锍顆粒在磨礦階段實(shí)現(xiàn)單體解離，因此，新上的爐渣選礦工藝流程，都設(shè)計(jì)有利用渣包進(jìn)行爐渣緩冷的過程，其選礦流程主要由爐渣緩冷﹑爐渣碎磨﹑浮選﹑精礦尾礦脫水等過程組成，下面將對(duì)以上過程中的工藝設(shè)備進(jìn)行一些探討。

1 爐渣緩冷

1.1 爐渣緩冷效果的影響因素

銅火法冶煉處理的銅精礦為硫化礦，經(jīng)過高溫熔化造渣后，形成的爐渣主要成分為鐵橄欖石（2FeO·SiO2）和磁鐵礦（Fe3O4），以及Al2O3﹑CaO﹑MgO﹑ZnO等雜質(zhì)，含銅一般在0.7%～2.0%之間，其中銅大部分以硫化銅﹑砷化銅形式存在，少部分為金屬銅或氧化銅，剛產(chǎn)生的爐渣所含的銅在爐渣中成微細(xì)分散存在，這些含銅锍晶粒較細(xì)且分散（90%在5um以下），而且會(huì)形成非晶質(zhì)構(gòu)造，銅锍晶粒嵌入和分布在呈樹狀或針狀的其他礦物中，而一般二段球磨細(xì)度在43μm左右，只有銅锍顆粒長(zhǎng)大到這個(gè)數(shù)量級(jí)，才能在球磨后暴露出銅锍顆粒的表面，在浮選藥劑的作用下，隨著泡沫上浮回收。而爐渣只有在熔融狀態(tài)下才會(huì)發(fā)生銅锍顆粒的兼并長(zhǎng)大。

影響銅锍晶粒長(zhǎng)大的一個(gè)因素是爐渣結(jié)硬速度。在爐渣結(jié)硬前要保持空冷，在空冷過程中，爐渣的散熱面主要是爐渣傳遞至渣包壁的散熱和爐渣上表面的散熱，在實(shí)際生產(chǎn)中，緊鄰渣包壁的爐渣及上表面的爐渣，其銅锍顆粒相對(duì)要更細(xì)，因此，使用大體積渣包及延長(zhǎng)空冷時(shí)間是降低爐渣結(jié)硬速度的有效措施，目前國(guó)內(nèi)銅冶煉企業(yè)普遍采用12m3渣包，部分企業(yè)嘗試使用15m3渣包，且空冷時(shí)間逐步延長(zhǎng)至24小時(shí)，這使得目前國(guó)內(nèi)的渣選尾礦含銅得到明顯的優(yōu)化。

影響銅锍顆粒長(zhǎng)大的另一個(gè)因素是爐渣性質(zhì)。爐渣中Fe/Si﹑CaO﹑MgO﹑Al2O3﹑Zn等雜質(zhì)的含量會(huì)對(duì)熔融爐渣的粘度﹑冷卻速度﹑銅锍顆粒的長(zhǎng)大速度（受粘度影響）等造成直接的影響，一般來講Fe/Si升高，則爐渣的密度會(huì)升高，粘度會(huì)降低，但Fe/Si比值的升高到一定程度，爐渣的密度與冰銅更加接近，會(huì)導(dǎo)致渣中銅的含量逐漸隨之增大，而Fe/Si降低，渣的粘度增加，會(huì)影響銅锍顆粒的遷移聚集，影響緩冷效果；渣中含Zn量偏高，易形成ZnO·SiO2，ZnO·SiO2的形成易出現(xiàn)干渣或粘渣現(xiàn)象。爐渣中CaO﹑MgO﹑Al2O3等雜質(zhì)的含量升高，也會(huì)促成爐渣非晶質(zhì)的生成，妨礙銅锍顆粒的聚集，相關(guān)人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究表明MgO﹑Al2O3等雜質(zhì)的含量升高，將導(dǎo)致爐渣粘度的升高，而CaO則在1180℃以上時(shí)可以降低爐渣粘度，1180℃以下又會(huì)提高爐渣粘度。實(shí)際緩冷操作中，國(guó)內(nèi)各冶煉廠通過生產(chǎn)總結(jié)，得出當(dāng)渣中CaO超過5%﹑MgO超過3%時(shí)，容易出現(xiàn)粘包且倒包存在整包的情況；Zn超過4%﹑爐渣帶銅容易出現(xiàn)緩冷﹑倒包過程放炮的情況。因此，冶煉環(huán)節(jié)需要根據(jù)熔煉渣型，合理掌握緩冷工藝，確保緩冷效果，杜絕放炮事件發(fā)生。

1.2 爐渣緩冷放炮原因及措施

爐渣緩冷過程中，爐渣放炮是一個(gè)重大安全隱患，主要原因有爐渣性質(zhì)不好和未冷卻成固體的液態(tài)爐渣接觸到大量水兩個(gè)方面。

爐渣性質(zhì)不好導(dǎo)致渣包放炮：發(fā)生時(shí)間主要集中在兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是自然緩冷結(jié)束后開冷卻水20h內(nèi)，第二個(gè)階段是翻包作業(yè)。爐渣性質(zhì)不好導(dǎo)致渣包放炮原因較為復(fù)雜，一般認(rèn)為爐渣緩冷過程中，渣性不好的爐渣在渣包內(nèi)存在繼續(xù)反應(yīng)可能，爐渣中的氧化物(Cu2O﹑PbO等)與冰銅(Cu2S﹑FeS)發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生SO2氣體，造成渣包內(nèi)部壓力升高。如果產(chǎn)生的SO2氣體多，渣包內(nèi)氣壓較高，氣壓可能使渣殼裂縫破裂，使噴淋水接觸到熱熔渣，從而使渣包放炮發(fā)生在第一階段，如果氣體壓力不足以沖破渣殼，渣包放炮一般發(fā)生在第二階段，翻包作業(yè)時(shí)，爐渣從渣包中脫落瞬間，爐渣表面裂縫在表面張力作用下迅速擴(kuò)大至SO2氣體所在區(qū)域，產(chǎn)生高溫高壓氣流在瞬間釋放能量的現(xiàn)象(爆炸)，高壓氣流和爆炸產(chǎn)生的沖擊波導(dǎo)致大量固體爐渣飛濺，發(fā)生渣包翻包放炮。

未冷卻成固體的液態(tài)爐渣接觸到大量水導(dǎo)致渣包放炮主要發(fā)生在兩個(gè)階段，第一個(gè)階段是自然緩冷結(jié)束后開冷卻水6h內(nèi)。主要是水冷初期冷卻水通過爐渣裂縫延伸到液態(tài)爐渣區(qū)域，水沿裂縫進(jìn)入渣包內(nèi)部與液態(tài)爐渣接觸，導(dǎo)致渣包緩冷放炮。第二個(gè)階段是翻包作業(yè)。翻包作業(yè)時(shí)，存在液態(tài)爐渣的紅包與大量水接觸會(huì)發(fā)生渣包翻包放炮。

為了避免放炮造成人員傷害，渣選廠一般采取以下一些措施：①將緩冷區(qū)域進(jìn)行封閉管理，無關(guān)人員不準(zhǔn)進(jìn)入相關(guān)區(qū)域；②避免放渣夾帶冰銅；③及時(shí)了解爐渣性質(zhì)，根據(jù)不同爐渣確定緩冷制度，保證爐渣足夠的自然緩冷時(shí)間和水冷時(shí)間，確保倒包時(shí)冷卻到位；④確保倒包點(diǎn)不積水。⑤采用先進(jìn)技術(shù)，及時(shí)辨別未冷卻到位的渣包（銅陵有色集團(tuán)金隆銅業(yè)公司采用紅外測(cè)溫裝置和便攜式熱成像儀技術(shù)，成功的辨別出異常渣包，避免了多起爆炸事故的發(fā)生）⑥緩冷時(shí)要避免噴淋水沖擊某一個(gè)點(diǎn)，造成渣殼被水沖破裂。

1.3 爐渣緩冷設(shè)備

目前，爐渣都采用渣包進(jìn)行緩冷，渣包的運(yùn)輸方式有渣包車運(yùn)輸﹑軌道運(yùn)輸+渣包車運(yùn)輸﹑軌道運(yùn)輸+龍門吊運(yùn)輸?shù)确绞?，各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 運(yùn)輸設(shè)備優(yōu)缺點(diǎn)分析

新建項(xiàng)目，在渣緩冷場(chǎng)離爐渣放渣口距離較遠(yuǎn)的情況下，建議采用軌道運(yùn)輸+龍門吊運(yùn)輸相結(jié)合的方式，在保證運(yùn)輸安全及靈活性的基礎(chǔ)上，可降低運(yùn)輸環(huán)節(jié)的運(yùn)行成本。

2 碎磨流程

目前世界上最主要的碎磨流程有常規(guī)碎磨流程與半自磨流程，常規(guī)碎磨流程為三段或二段碎礦流程+兩段球磨流程，半自磨流程為粗碎+半自磨+球磨流程，國(guó)內(nèi)使用常規(guī)碎磨流程的有湖北大冶有色渣選廠﹑山東東營(yíng)方圓銅業(yè)渣選廠﹑內(nèi)蒙赤鋒金鋒銅業(yè)渣選廠﹑山東煙臺(tái)恒邦渣選廠等，選用半自磨流程的有江銅貴溪冶煉廠渣選廠﹑山東祥光銅業(yè)渣選廠﹑福建紫金礦業(yè)渣選廠等。

常規(guī)碎磨流程體現(xiàn)了多碎少磨的節(jié)能理念，在某種程度上可以靈活調(diào)配作業(yè)時(shí)間，但與半自磨工藝相比，該流程多了中細(xì)碎及篩分作業(yè)，廠房占地面積和中間環(huán)節(jié)增多。

半自磨工藝具有工藝簡(jiǎn)單﹑勞動(dòng)生產(chǎn)率高﹑基建投資較少﹑作業(yè)粉塵少﹑所需設(shè)備少﹑占地面積少﹑適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，但與常規(guī)碎磨流程相比，該流程運(yùn)行電耗較高，且半自磨球耗及襯板消耗量較大，整體運(yùn)行費(fèi)用較高。

除了以上介紹的兩種常見的碎磨流程外，目前在金屬礦山也廣泛應(yīng)用高壓輥碎磨流程。高壓輥碎磨是一種新型的碎磨設(shè)備，對(duì)其物料實(shí)施的是料層粉碎擠壓破碎，在物料內(nèi)部產(chǎn)生了大量的裂隙﹑塌散﹑疏松等缺陷，可大大降低后續(xù)球磨機(jī)給礦粒度，改善物料的可磨性，降低整個(gè)系統(tǒng)的能耗，從節(jié)能環(huán)保的角度可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。一般來說，高壓輥碎磨方案尤其適用于礦石性脆易碎，不含泥等特點(diǎn)的場(chǎng)合，對(duì)銅冶煉爐渣較為合適。與常規(guī)碎磨及半自磨流程相比，高壓輥碎磨流程配置更靈活﹑適應(yīng)性強(qiáng)﹑單機(jī)處理量大﹑節(jié)能﹑運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)，但高壓輥碎磨工藝與半自磨工藝相比，配置更復(fù)雜，占地較多。

3 浮選

浮選是渣選流程最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是確保精礦﹑尾礦指標(biāo)合格的關(guān)鍵工序。影響浮選效果的因素很多，包括浮選設(shè)備﹑浮選流程﹑原礦的礦物組成及含量﹑磨礦細(xì)度﹑礦漿濃度﹑藥劑制度﹑充氣和攪拌﹑浮選時(shí)間﹑礦漿pH值﹑浮選槽液位控制等等，其中，原礦的礦物組成及含量又一定程度上決定了其它工藝參數(shù)的選擇，下面就其中幾個(gè)因素進(jìn)行討論。

表2 某銅冶煉企業(yè)隨Cu的含量及S/CU比制定的鋪收劑（Z200）添加制度

3.1 浮選設(shè)備

對(duì)于浮選流程而言，各廠都有自身的獨(dú)特設(shè)計(jì)思路，而且在使用過程中也會(huì)根據(jù)原礦的特點(diǎn)不斷進(jìn)行調(diào)整，目前，中礦的去向是各廠重點(diǎn)調(diào)整的環(huán)節(jié)，中礦是單獨(dú)再磨，還是返回粗選，又或者與原礦漿混合再磨，是各廠調(diào)整的一個(gè)重要手段，需要各廠根據(jù)實(shí)際設(shè)備能力及中礦情況確定，目前有包括祥光銅業(yè)﹑紫金礦業(yè)在內(nèi)的多家企業(yè)取消了原有中礦再磨流程，減少中礦返回，在不影響精﹑尾礦的指標(biāo)下，降低了運(yùn)行成本。而部分企業(yè)增加中礦使用立磨單獨(dú)磨礦的流程，通過提高中礦解離度，提高中礦可選性，又提高了回收率。

3.2 原礦性質(zhì)及過程控制

首先，如上所述，原礦中的部分成分影響緩冷的效果，在原礦中含有SiO2﹑CaO﹑MgO﹑Al2O3較多，可能導(dǎo)致爐渣中銅锍結(jié)晶細(xì)小，在磨礦時(shí)，就需要更加細(xì)的磨礦粒度才能單體解離。

其次，原礦中的Cu的含量及組成，S/CU比等，將一定程度決定浮選藥劑的使用量，在CU含量升高時(shí)，相應(yīng)的捕收劑含量需要增加，CU的組成中，氧化銅含量升高時(shí)，需要適當(dāng)增加Na2S的使用量，S/CU比也是一個(gè)重要的參考指標(biāo)，S/CU比以0.25為界限，低于0.25，爐渣將更難浮選，高于0.25，爐渣可浮性明升高，S/CU比高于0.4，Na2S添加量可以大量減少甚至不加。

某銅冶煉企業(yè)隨Cu的含量及S/CU比制定的鋪收劑（Z200）添加制度。

3.3 磨礦細(xì)度及濃度

3.3.1 磨礦粒度

為了獲得好的浮選指標(biāo)，磨礦前應(yīng)根據(jù)礦石性質(zhì)及有用礦物的粒度大小確定最適宜的磨礦細(xì)度，粒度對(duì)浮選的影響，實(shí)踐證明，各種不同粒度的礦粒，其浮選行為也是不同的，過粗的礦粒（大于0.1mm）和極細(xì)的礦粒（小于0.006mm）都浮得不好，回收率較低，在實(shí)際生產(chǎn)中，一般磨礦粒度達(dá)到0.043mm以下80%以上，保持較細(xì)的粒度，才能更好地使有用礦物的單體解離。

3.3.2 浮選濃度

一般來講浮選濃度對(duì)浮選的影響是多方面的，浮選濃度過高，容易造成精礦品質(zhì)下降，回收率降低，浮選濃度過低，又造成浮選起泡效果變差，藥劑添加量增大，浮選時(shí)間縮短，也會(huì)造成浮選回收率的降低，在生產(chǎn)實(shí)踐過程中，浮選濃度一般控制在35%～45%之間。保持合適的浮選濃度，也有利于實(shí)現(xiàn)較佳的磨礦效果。

3.3.3 浮選液位的控制

對(duì)于浮選槽液位的控制，一般的原則是在保證有機(jī)物礦物充分分離的同時(shí)，確保泡沫品位，杜絕大量夾雜，在粗選﹑掃選﹑精選的不同環(huán)節(jié)控制不同的泡沫層厚度，一般一粗泡沫控制到50cm～60cm，二粗泡沫控制到40cm～50cm，掃選泡沫控制到20cm～30cm，精液泡沫較高，一般60cm～80cm。

4 精、尾礦脫水

爐渣選礦的尾礦脫水一般相對(duì)容易，因?yàn)槲驳V藥劑含量少，物料不發(fā)粘，容易沉降，物料過濾性能較好，一般采用濃密機(jī)進(jìn)行濃縮后，再使用陶瓷過濾機(jī)進(jìn)行過濾。

渣選精礦的濃密和脫水，是困擾渣選廠的一個(gè)難題，在濃密機(jī)的使用上，目前大多數(shù)渣選廠都會(huì)遇到精礦濃密機(jī)溢流含大量泡沫的問題，通用的做法是在精礦濃密機(jī)溢流堰內(nèi)增加一道擋泡沫的圍堰，圍堰下部插入液面以下300mm～500mm，上部則露出液面300mm左右，用來阻擋液面以上的泡沫，而消泡的方法多是用水進(jìn)行沖泡，個(gè)別選廠進(jìn)行了消泡劑﹑酒精﹑廢潤(rùn)滑油等進(jìn)行消泡實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，酒精消泡效果較其它方法相對(duì)效果好。在選廠過濾機(jī)產(chǎn)能富余的情況下，也可以通過使?jié)饷軝C(jī)不出溢流來解決溢流跑泡沫的問題。

5 結(jié)語

近幾年國(guó)內(nèi)銅冶煉產(chǎn)能急速擴(kuò)大，做好銅渣的綜合回收利用是擺在國(guó)內(nèi)企業(yè)面前的一個(gè)重要課題，對(duì)于冶煉爐渣中顯熱的回收，渣選礦后廢渣中鐵等其他元素的回收，都具有重要的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義，需要進(jìn)一步探索。