銅冶煉爐渣選別工藝的應(yīng)用與發(fā)展

曹美紅

在人類對資源需求的矛盾日益緊張的前提下，為了更加有效地實現(xiàn)對礦產(chǎn)資源的利用，必須要對冶煉爐渣進行進一步的開發(fā)，實現(xiàn)對資源的二次利用，這是目前冶金工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條重要路徑。冶煉爐渣作為一種重要的二次金屬資源，將爐渣中的銅資源得到進一步的充分利用，從而提高現(xiàn)代煉銅工藝過程中的生產(chǎn)利用率。爐渣作為人造礦石的一種，其特性以及礦物的組成成分，受到一系列因素的干擾，由冶煉過程中的一系列工藝條件以及相關(guān)的冷卻方式共同決定了礦渣的性質(zhì)是極其不穩(wěn)定的，而要想實現(xiàn)對爐渣中的礦物質(zhì)得到有效回收，不能夠?qū)⑵渲苯臃祷刂寥蹮挔t進行熔煉。為此必須要進行適當(dāng)?shù)倪x別工藝，將冶煉爐渣進行更加細致地研究，實現(xiàn)對爐渣的高效利用，而銅冶煉爐渣選別工藝便成為了其中極為重要的一項工藝。

1 冶煉爐渣工藝礦物學(xué)

要想使得銅冶煉爐渣能夠得到有效的重復(fù)利用，就必須要對其特性進行深入的研究，工藝礦物學(xué)作為礦物學(xué)中的一項重要內(nèi)容，可以對爐渣的特性進行深入的研究，明確爐渣在工藝礦物學(xué)特性方面所具有的獨特性。由于爐渣在相關(guān)特性方面比原礦石更加復(fù)雜，在建筑特性和一些其他物理性質(zhì)方面有著一定的獨特性，如果直接采用原有的冶煉方式對爐渣進行處理，無論是效率和質(zhì)量都難以達到預(yù)定的要求，而且還會造成大量的經(jīng)濟損失。因此必須要對爐渣進行工藝礦物學(xué)特性的分析，了解爐渣所具備的特性，然后采取一定的選別工藝使其能夠通過合理的采選，從而提升后續(xù)冶煉工作的效率與質(zhì)量。

通過對于多種冶煉爐渣的渣樣進行分析，可以發(fā)現(xiàn)這些爐渣的組成物質(zhì)在一定程度上具有相似性。但是在不同條件下，這些爐渣中所含有用礦物的分布特性存在較大的差異，這些在工藝礦物學(xué)方面所存在的嵌布特性差異，會導(dǎo)致爐渣的后續(xù)處理工藝受到一定的影響。銅冶煉爐渣中主要含有的化合物包含硫化物、四氧化三鐵、橄欖石以及玻璃體，這些礦物中的銅主要存在硫化銅中。天然銅礦物中的銅含量主要是呈塊狀、浸染狀或星點狀進行分布，然而爐渣礦物中銅的嵌布關(guān)系則變得更加復(fù)雜，其中銅礦物會呈現(xiàn)出細粒狀嵌布在爐渣中，而且銅礦物的大小也相對較小。爐渣中除了可用作回收的硫化銅礦物之外，還含有一定的其他金屬元素可以通過回收的方式得到再利用，主要包含鐵金銀等金屬元素，其中鐵元素的主要存在形式是四氧化三鐵。四氧化三鐵具有一定的磁性，為此可以通過磁選的方式對四氧化三鐵加以綜合回收，從而使礦渣中的金屬元素得到更加有效地回收。事實上冶煉廠所采用的不同冶煉方式也會對最終的礦渣產(chǎn)生特性上的不同，從而導(dǎo)致最終如礦渣所采用的回收方式有所不同，必須要采用合適的研磨工藝和選別工藝，才能夠使得銅礦的回收率和品位都得到有效提升。

2 冶煉爐渣選別工藝的設(shè)計

2.1 冶煉爐渣選別工藝流程

目前針對爐渣的選別流程設(shè)計，一般需要將爐渣產(chǎn)品的力度控制在200目占比為90%以上，這樣才能夠滿足后續(xù)選別流程的實際需求，為此采用兩段磨礦的方式將原礦的力度摩制為特定的需求，第一段主要采取格子型模球磨機與螺旋分級形成閉路，對于礦物進行研磨。在通過旋流器進行分級處理后，進入到二段模塊內(nèi)進行處理，借助水力旋流機隊礦物進行分級篩選，最后進入到選別工藝中分別經(jīng)過兩次初選，兩次精選和兩次掃選得到最終的礦物。在選擇工作中，礦渣中的含水量相對較高，為此精選的銅礦需要經(jīng)過過濾，脫水之后得到含水量有效控制的情況，同樣尾礦也需要經(jīng)過濃縮過濾和脫水之后進行下一步的回收利用。

2.2 爐渣研磨工藝的設(shè)計

對爐渣的研磨工藝選擇方便與普通礦石的研磨工藝相對較為類似，在對爐渣進行選別研磨過程中主要采取。2～3段的閉路磨球碎塊模式，既為常規(guī)的碎磨流程，或是采用粗碎加半自磨合球磨的方式最爐渣進行研磨處理，又被稱之為半自磨流程。具體的工藝選擇要根據(jù)實際的爐況加塊的大小和硬度進行選擇，如果爐渣的大小較大、硬度較高時，可以采用三段破碎的方式進行碎磨工藝，設(shè)備的選擇也與天然礦石相同。

常規(guī)研磨的方式在應(yīng)用的過程中，能夠有效地借助節(jié)能體驗來進行工作，主要是通過多碎少磨的方式，在研磨過程中主要以破碎為主，減少研磨工藝所消耗的能源。在這樣的工作中主要是將研磨工作的作業(yè)時間進行合理的調(diào)配，在具體的選別工作中能夠有效地實現(xiàn)對礦物的篩分和細碎處理工作。由于該項工藝具有一定的優(yōu)勢，在靈活調(diào)配和節(jié)能方面的優(yōu)勢，使其廣泛應(yīng)用到各礦物的選別工作中，所以在生產(chǎn)經(jīng)驗方面，該工藝具有更多的優(yōu)勢。相比于半自磨工藝而言，借助常規(guī)碎磨的方式雖然能夠使得作業(yè)時間更加靈活地進行調(diào)配，也能夠有效地實現(xiàn)能源的節(jié)約，但是在各項工藝中具有多項中間環(huán)節(jié)，工藝過程相對較為復(fù)雜。

半自磨碎磨工藝主要是在原有自磨機的方式下進行優(yōu)化，由于自磨機在工作時，對于一些礦石磨碎時效率并不是很高，但是如果加入一定比例的鋼球，或是其他物質(zhì)，很容易使得這些介質(zhì)使得原有的礦石磨碎，然后提高磨礦效率。借助半自磨的方式，能夠有效地將原有的常規(guī)碎磨工藝流程縮短，大大地減少了常規(guī)碎磨工藝下，所需要耗費的時間，提高了研磨工藝的效率。其次由于半自磨所需的工藝流程相對較短，這導(dǎo)致其配置方面也相對較為簡單，能夠說寫相關(guān)機械設(shè)備的占地面積。除此之外半自磨的方式對于礦石的適用性也相對較高，可以針對不同礦石的特性進行適應(yīng)，具有很大的靈活性，所以在具體應(yīng)用的過程中，也可以得到大范圍的普及。

除了以上提到的兩種研磨方式之外，在具體的選擇過程中，還有其他的研磨工藝可供選擇。其中普及度相對較高的碎磨流程有高壓輥碎磨流程，這在金屬礦山的選別工作中極為常見，它既屬于新型的規(guī)模機械，又可以在粉碎的過程中提高效率，將原有的研磨工藝進行進一步優(yōu)化，使得整個研磨過程中的能耗得到有效降低。由于高壓輥碎磨流程在對礦物進行研磨處理時，能夠有效地對物料進行優(yōu)化，而且效率相對較高，這對于銅渣礦而言具有更大的優(yōu)勢。由于爐渣在礦物特性方面相對較脆，而且研磨難度較大的問題，而高壓輥碎磨的方案則能夠有效的適配這一特性。

2.3 爐渣的選別工藝設(shè)計

針對煉銅所產(chǎn)生的爐渣，大部分廠商在對其進行選別時，所采用的方式都是邊磨邊選的方式，而且在選別的過程中需要根據(jù)礦渣的實際特性，采用預(yù)處理的方式，將其中所含的明銅進行初步回收，此處所采取的方式大部分都通過磁選的方式，能夠很好地將其中的明銅得到有效的回收處理，然后采取浮選的技術(shù)來進一步回收礦渣中所含的銅礦。

在煉銅過程中產(chǎn)生的爐渣含有大量的金屬銅和銅的硫化物，這些物質(zhì)在部分區(qū)域極為富集，在研磨過程中或研磨前通過磁選的方式將其進行分選出來，能夠有效地提高煉銅爐渣的回收效率。在對其磁選時，可供選擇的方式有干式磁選和濕式磁選前。者是在研磨工作之前所采用的，后者則是在磨礦后礦渣的顆粒較小時所選用的。由相關(guān)數(shù)據(jù)表明，借助磁選的方式將冶煉工藝進行優(yōu)化，能夠有效地減少浮選工作中尾礦的含銅量，在傳統(tǒng)的冶煉工藝下如果不借助磁選方式進行處理，那么尾礦中的含銅量可高達0.8%～1.2%之間，如果借助此種聯(lián)合工藝來對顆粒中的明酮進行提早回收，那么能夠有效地降低煤礦中的含銅量最多可降至0.4%以下。所以為了有效地提升冶煉爐渣的回收效率，必須要根據(jù)冶煉爐渣的不同性質(zhì)特點，采用相關(guān)的選別工藝，在工藝選擇方面應(yīng)當(dāng)優(yōu)先以浮選工藝為核心，將磁重選和浮選進行聯(lián)合優(yōu)化，選別工藝流程提高銅爐渣選別的回收效率。

在選擇工藝中，最常應(yīng)用的浮選工藝為閃速浮選，閃速浮選也是近年來所引入的一種新型工藝。其主要是借助相關(guān)設(shè)備使得選別工作中的水流快速運動，然后將其中的粗粒帶動快速的回收其中有用的礦物質(zhì)，也避免了礦物質(zhì)過分研磨而導(dǎo)致礦物質(zhì)顆粒太碎。在具體的應(yīng)用過程中，也能夠使得礦物質(zhì)的活性顯著提升，使其微粒能夠?qū)崿F(xiàn)快速的礦化過程，然后提高礦物質(zhì)的浮選效果。

近年來，在礦石的浮選工作中，在有色礦石和金礦石方面得到了高效的應(yīng)用，這是由于傳統(tǒng)的普選工藝，會造成很多的金屬礦物有所損失，在借助旋流器對其進行分級處理時，由于金屬礦的密度相對較大，從而實現(xiàn)有效的浮選工作。但是在選別的過程中，通常會在礦物中混入塵沙，這就會導(dǎo)致出現(xiàn)回收率受到一定的影響，而如果不能及時地將礦物進行服務(wù)，全都會使其后續(xù)再循環(huán)中使得顆粒物變得更細。而借助散數(shù)浮選的技術(shù)實現(xiàn)礦物的全系工作，能夠有效地在高濃度和快速的條件以下及時地對粗顆粒的礦物進行有效的選別，從而避免了銅礦物在學(xué)習(xí)過程中的顆粒變得更小，直接產(chǎn)生品位更高的銅精礦。這一優(yōu)勢在冶煉礦渣的浮選體現(xiàn)在具體的應(yīng)用過程中，還需要加入一定的浮選藥劑，使得浮選效率得到有效提升，通常所選用的浮選藥劑包含丁基黃藥、Z-200等物質(zhì)。國外還會采用一定的物質(zhì)作為起泡劑，提升浮選效率，在具體的操作過程中要對銅礦渣浮選過程中物料的濃度進行有效地控制，高濃度價格物料濃度對于浮選工藝有一定的幫助，但也應(yīng)當(dāng)對其進行有效控制。還需要對浮選物料的pH值進行控制，但是銅礦渣在具體的選別過程中，pH對浮選效率的影響并不大，可以在自然的pH值下進行浮選。

2.4 尾渣的綜合利用分析

在對原有礦渣進行有效的處理之后，尾礦中依然含有部分金屬元素，當(dāng)然如果選擇合理的學(xué)習(xí)工藝，對礦渣進行處理后，尾渣中所含的銅元素相對較低，可降為4%以下。如果進行進一步的處理，可以將其中所含的銅元素進行有效的回收，但是該過程通常需要花費大量的成本，無論是從經(jīng)濟效益考慮還是環(huán)保效益考慮都無法滿足。通過對有關(guān)數(shù)據(jù)的分析，可以了解銅爐渣中的廢渣有部分銅是以冰銅珠的方式夾雜在鐵橄欖石和四氧化三鐵礦顆粒之間，該部分礦無法通過選別的方法進行回收。但是如果采取其他方式會導(dǎo)致銅的投入成本難以滿足經(jīng)濟性和環(huán)保性的考慮，為此則不需要通過其他的選別方式對尾渣進行進一步回收利用。但是尾渣可以通過其他方式進行進一步綜合利用，目前可以將其作為水泥原材料或是瓷磚的原材料，可以用于公路道路建設(shè)或是其他基礎(chǔ)建設(shè)過程中，也可以作為瓷磚的原材料進行其他生產(chǎn)工作。

3 相關(guān)應(yīng)用分析

案例一：對于原材料的礦渣進行選別時，主要將其分為兩個系統(tǒng)，單個系統(tǒng)具有研磨和精礦的選別設(shè)備，每天能夠處理3000t。在選別的過程中，選別廠所采用的研磨工藝主要為粗碎、半自磨和球磨組合工藝，研磨和選別工藝主要分為兩段磨礦和選別，在選別過程中一段選別結(jié)束后，將其中的粗礦進行再磨進入到二段研磨選別工作中。該選別廠所采取的選別設(shè)備為粗顆粒機械攪拌式浮選機，脫水處理所應(yīng)用的脫水工藝為濃縮脫水和過濾脫水工藝。在借助該設(shè)備對礦渣進行處理時，能夠使得最終產(chǎn)物的同型礦品位高達25%左右，回收率也能夠?qū)崿F(xiàn)90%以上。

案例二：在對冶煉爐渣進行處理時，首先將爐渣轉(zhuǎn)用到相關(guān)產(chǎn)地進行緩冷處理，然后對爐渣進行卸料，通過液壓粉碎機將大塊的爐渣進行破碎處理，將其爐渣的大小控制在300mm以下。該冶煉廠爐渣銅的存在形式主要為金屬銅和硫化物的方式存在，在對其進行銅回收工藝設(shè)計時，主要設(shè)置為兩段閉路破碎——兩段磨礦破碎——兩段選別的組合工藝。在實際生產(chǎn)的過程中，要根據(jù)礦物質(zhì)的實際特性來調(diào)整選別工藝。有時選擇兩次掃選情況并進行旋流器分級，然后進行磨碎處理的方式進行選擇。如果此時爐渣選出的礦物品的依然不高，需要再次進入兩端細磨后，通過浮選工藝進行進一步的選別。通過這樣的工藝流程能夠使得銅礦渣處理過后的精礦中，銅的回收率提高至95%，并且銅金礦的頻率也在29%以上。

案例三：冶煉廠所采用的冶煉工藝為熔煉——富氧底吹的工藝，其爐渣的來源為熔煉爐所產(chǎn)生的爐渣以及底吹爐所產(chǎn)生的爐渣。該冶煉廠對銅爐渣進行回收利用時所設(shè)計的工藝流程為三段開路破碎——兩段磨礦選別的組合工藝。采用破碎機作為主要的破碎設(shè)備，對礦爐渣進行粗碎處理，然后采用圓錐破碎機對爐渣進行進一步的細碎，然后借助不同型號球磨機進行兩次磨礦處理。在實際的選別工藝中，要根據(jù)實際情況和礦爐渣的特性來對工藝流程進行進一步的優(yōu)化，將原有的二段精選工藝轉(zhuǎn)換為“一粗二掃一精”的工藝流程。這樣的方式能夠使得銅爐渣中的銅品位得到顯著提升，雖然銅的回收率依然在95%左右，但是其金礦品位可高達39%以上，實現(xiàn)高效的銅爐渣回收效率。

案例四：冶煉廠對銅礦進行冶煉時，采用的方法是閃速爐的熔煉方式，即“雙閃工藝”。是在冶煉和吹煉工藝中都借助閃速爐進行冶煉工作，爐渣主要為閃速熔爐和閃速吹煉過程中的銅爐渣。在對銅爐渣進行處理時，采用粗磨和半自磨的聯(lián)合碎磨方式對其進行磨礦處理工作，然后將磨碎的物料通過旋流機和溢流機進行快速浮選處理。在處理的過程中采用“一粗二掃一精”的傳統(tǒng)工藝，對尾礦進行處理，以此得到銅精礦，其中銅的回收率在80%左右，品位約為25%。

由此可見，冶煉廠在對礦渣進行回收利用時，所采用的處理方式各不相同，無論是銅礦渣的研磨方式，還是具體的選別方法，在實際應(yīng)用過程中所采用的工藝流程有很大的差別。這些不同的工藝流程會對最終銅礦的回收率和礦品位造成一定的影響，但是要考慮到銅礦在冶煉過程中的實際冶煉方法，以及冶煉后銅礦渣的工藝礦物學(xué)特性，綜合考慮后選擇最適宜的處理方式。通過對案例的工藝流程進行分析可以發(fā)現(xiàn)，在條件滿足的前提下，選用三段開路破碎——兩段磨礦選別的組合工藝，在銅礦渣的處理過程中，不僅能夠使得回收礦的回收率保持在95%左右，更是能夠有效地提高礦渣回收品位，使其高達35%以上。但是這樣的工藝流程并不一定適用于所有的冶煉廠，需要對其銅礦渣進行分析后，選擇適合的研磨方式，以提高銅的回收效率，并為冶煉廠帶來經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

總的來說，隨著時代的不斷發(fā)展，無論是冶煉廠在生產(chǎn)過程中經(jīng)濟效益的提升，還是可持續(xù)發(fā)展理念的深入落實，都要求在礦產(chǎn)冶煉過程中需要對資源進行進一步的開發(fā)利用，使其礦產(chǎn)利用率達到最大化。在這樣的背景下，必須要對銅冶煉過程中所產(chǎn)生的爐礦渣進行高效的處理，是其中所含的金屬元素得到有效地提升。在具體的應(yīng)用過程中要選擇合適的選別工藝，將研磨工藝和選別工藝都要進行不斷的優(yōu)化，以此來提高礦渣中銅物質(zhì)的回收利用效率。當(dāng)然具體的工藝流程必須要結(jié)合實際情況，選擇經(jīng)濟效益和環(huán)保效益更高的工藝流程，使得礦渣中最終提煉出的精礦的品位和回收率都得到有效提升。