銅爐渣緩冷工藝試驗(yàn)研究

摘要：銅冶煉渣的緩冷過程至關(guān)重要，對(duì)后續(xù)浮選工藝的影響很大。試驗(yàn)對(duì)銅爐渣緩冷場(chǎng)相關(guān)工藝指標(biāo)進(jìn)行研究，找出影響緩冷時(shí)間的關(guān)鍵因素，從而優(yōu)化現(xiàn)行緩冷制度，縮短渣包緩冷時(shí)間。初步試驗(yàn)結(jié)果顯示，噴淋水量是影響渣包緩冷效果的重要因素之一，噴淋水溫和水質(zhì)也會(huì)影響緩冷效果。因此，要優(yōu)化噴淋工藝參數(shù)，改進(jìn)渣包結(jié)構(gòu)與材質(zhì)，有效提高渣包的緩冷效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：銅爐渣；緩冷工藝；噴淋水量；噴淋水質(zhì)；噴淋水溫

中圖分類號(hào)：TD952 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2025）02-000-03

Experimental Study on Slow Cooling Process of Copper Slag

DU Yuyang

（Gansu Vocational amp; Technical College of Nonferrous Metallurgy， Jinchang 737100， China）

Abstract： The slow cooling process of copper smelting slag is crucial and has a significant impact on the subsequent flotation process. In this experiment， the research is conducted on the process indicators related to the slow cooling field of copper slag， and the key factors affecting the slow cooling time are identified， so as to optimize the current slow cooling system and shorten the slow cooling time of slag ladles. Preliminary experimental results show that the spray water volume is one of the important factors affecting the slow cooling effect of slag ladles， and the spray water temperature and quality also affect the slow cooling effect. Therefore， it is necessary to optimize the spray process parameters， improve the structure and material of slag ladles， and effectively enhance the slow cooling efficiency and product quality of slag ladles.

Keywords： copper slag; slow cooling process; spray water volume; spray water quality; spray water temperature

銅的用途十分廣泛，一直是電氣?輕工?機(jī)械制造?交通運(yùn)輸?電子?郵電和軍工等行業(yè)不可缺少的原材料[1]。近40年來，世界銅需求量和產(chǎn)量迅速增長(zhǎng)[2]，作為銅消費(fèi)和進(jìn)口大國(guó)，我國(guó)97%以上的銅由火法冶煉生產(chǎn)[3]，冶煉后產(chǎn)生的銅渣數(shù)量巨大，逐年增加，其中含有大量可利用的金屬礦物。銅冶煉渣進(jìn)入渣選礦流程前，必須對(duì)熔融狀態(tài)的銅爐渣進(jìn)行冷卻[4]。銅爐渣的冷卻方式對(duì)渣中銅礦物的選礦回收指標(biāo)起著決定性作用[5]。研究表明，爐渣的冷卻作業(yè)作為銅渣選礦生產(chǎn)中極其重要的工序，直接影響爐渣中銅礦物的可磨性、渣選流程的穩(wěn)定性及選礦回收的指標(biāo)[4]。簡(jiǎn)而言之，緩冷工藝是對(duì)高溫爐渣進(jìn)行保溫緩冷處理，促使?fàn)t渣中的銅礦物緩慢冷卻時(shí)晶粒逐漸增大，物相結(jié)構(gòu)發(fā)生有利變化。緩冷效果好，含銅礦物結(jié)晶顆粒粗大，嵌布粒度粗，銅物相與脈石礦物易于單體解離，有利于含銅礦物的富集；反之，將嚴(yán)重影響浮選效果，降低回收率，甚至無法富集出合格的銅精礦。

某選礦企業(yè)原設(shè)計(jì)的渣包緩冷時(shí)間為56 h（含自然緩冷、噴淋）。然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，受冶煉工藝、渣型等因素的影響，銅冶煉渣緩冷時(shí)間按56 h進(jìn)行控制時(shí)出現(xiàn)紅芯包的可能性極大，特別是閃速爐渣紅芯包出現(xiàn)比例較高，存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。為了解決這個(gè)問題，該選礦企業(yè)通過不斷的試驗(yàn)和優(yōu)化，最終確定更為合理的緩冷時(shí)間，即閃速爐渣的緩冷時(shí)間調(diào)整為68 h，轉(zhuǎn)爐渣的緩冷時(shí)間調(diào)整為80 h。這一調(diào)整雖然增加緩冷時(shí)間，但有效降低紅芯包現(xiàn)象的發(fā)生率，提高緩冷效果，保障安全生產(chǎn)。在當(dāng)前的生產(chǎn)條件下，銅渣的年產(chǎn)生量有近60萬t。按照現(xiàn)有的緩冷制度，渣緩冷作業(yè)基本可以滿足生產(chǎn)要求。然而，隨著該選礦企業(yè)新爐的即將投產(chǎn)，新渣的產(chǎn)出量將大幅增加至近130萬t。因此，要對(duì)銅渣緩冷場(chǎng)進(jìn)行改造擴(kuò)建，進(jìn)一步優(yōu)化緩冷工藝，使得緩冷能力滿足生產(chǎn)需求。針對(duì)上述問題，試驗(yàn)開展銅爐渣緩冷場(chǎng)安全提產(chǎn)擴(kuò)能關(guān)鍵技術(shù)研究，通過緩冷方式分析影響當(dāng)前緩冷時(shí)間的原因，并通過系統(tǒng)的條件試驗(yàn)（如緩冷過程的噴淋水量、水質(zhì)、時(shí)間等）對(duì)現(xiàn)行的緩冷制度進(jìn)行優(yōu)化，以期縮短渣包緩冷時(shí)間，提升銅渣緩冷場(chǎng)處理能力，同時(shí)確保不影響渣系統(tǒng)浮選指標(biāo)。這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于提升緩冷場(chǎng)整體的安全生產(chǎn)能力和選礦企業(yè)渣選系統(tǒng)的提質(zhì)增效具有重要意義，也對(duì)冶煉環(huán)節(jié)的順暢生產(chǎn)具有積極作用，特別是為企業(yè)新爐投產(chǎn)后爐渣的及時(shí)緩冷提供保障，避免爐渣無法及時(shí)排放而制約冶煉生產(chǎn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)主要有4點(diǎn)。一是找出影響緩冷時(shí)間的關(guān)鍵因素，力求縮短緩冷時(shí)間，緩解當(dāng)前渣包緊張的問題；二是考察噴淋水量對(duì)渣包冷卻效果的影響；三是了解不同水質(zhì)、空冷時(shí)間對(duì)渣包冷卻效果的影響；四是根據(jù)條件，開展噴淋水溫對(duì)渣包緩冷效果的影響研究。

1.2 試驗(yàn)方法

選取渣包位，通過選定渣包位上的噴淋水管的電磁閥或手閥來控制水量。緩冷過程按照緩冷操作規(guī)程進(jìn)行渣包緩冷試驗(yàn)，目前，試驗(yàn)均保持空冷時(shí)間6 h，之后進(jìn)行水冷。試驗(yàn)開始后，多點(diǎn)測(cè)定渣包外壁溫度并做好記錄。為保證測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，每組試驗(yàn)均做重復(fù)性驗(yàn)證。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 緩冷時(shí)間試驗(yàn)

為了探索縮短緩冷時(shí)間的可能性，在現(xiàn)場(chǎng)緩冷條件不變的情況下，將閃速爐渣的緩冷時(shí)間由72 h直接壓縮至65 h，轉(zhuǎn)爐渣和事故爐渣的緩冷時(shí)間由82 h壓縮至75 h。通過跟蹤監(jiān)測(cè)渣包外壁溫度變化，考察翻包情況。

2.1.1 閃速爐渣緩冷試驗(yàn)

選取5個(gè)閃速爐渣包進(jìn)行閃速爐渣緩冷試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，渣包放置于渣包位后，隨著爐渣的持續(xù)散熱，渣包外壁溫度呈現(xiàn)先升高再降低的趨勢(shì)。閃速爐渣緩冷時(shí)間為3～5 h時(shí)，渣包外壁的最高溫度一般集中在390～450 ℃。閃速爐渣緩冷時(shí)間為6 h，空冷后開始水冷，渣包外壁溫度快速降低，閃速爐渣緩冷時(shí)間為13～15 h，渣包外壁溫度小于100 ℃，如圖1所示。此后，渣包外壁溫度變化極為緩慢。此過程受渣包老化程度、實(shí)際噴淋水量、渣包放置位置等因素的影響，存在較為明顯的個(gè)體差異。

試驗(yàn)選取5個(gè)閃速爐渣包，緩冷65 h后翻包，有3個(gè)渣包位出現(xiàn)紅芯包現(xiàn)象，總體緩冷效果不佳。試驗(yàn)表明，在不改變緩冷條件的情況下，單純壓縮緩冷時(shí)間的做法是不可行的。特別是在翻包環(huán)節(jié)，具有較大的不安全性。此外，還對(duì)閃速爐渣包的噴淋水量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水量差別較大，最大水量為2.08 m3/h，最小水量為1.14 m3/h。經(jīng)分析，原因可能為水壓隨著管路的延長(zhǎng)而降低，或者部分管路結(jié)疤堵塞。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，紅芯包的出現(xiàn)與噴淋水量小具有一定的相關(guān)性，但部分渣包相關(guān)性不密切。這是因?yàn)樵徖溥^程復(fù)雜且緩冷本身受多種因素綜合作用，存在一定的個(gè)體差異。

2.1.2 轉(zhuǎn)爐渣與事故爐渣緩冷試驗(yàn)

在轉(zhuǎn)爐渣緩冷試驗(yàn)中，由于其本身性質(zhì)穩(wěn)定且緩冷時(shí)間總體較長(zhǎng)，其溫度變化趨勢(shì)總體與閃速爐渣近似。當(dāng)緩冷時(shí)間由82 h壓縮至75 h時(shí)，3個(gè)渣包均未出現(xiàn)紅芯包現(xiàn)象。這表明轉(zhuǎn)爐渣在較短緩冷時(shí)間內(nèi)也能夠保持良好的冷卻效果。在事故爐渣緩冷試驗(yàn)中，2個(gè)事故爐渣包在翻包時(shí)同樣未出現(xiàn)紅芯包現(xiàn)象。但是，事故爐渣受生產(chǎn)影響較大，渣型不確定性明顯且產(chǎn)量較少。因此，事故爐渣的緩冷工藝還需要進(jìn)一步的研究和探索。

2.2 噴淋水量探索試驗(yàn)

當(dāng)前，生產(chǎn)任務(wù)較重，渣包周轉(zhuǎn)存在一定困難，已經(jīng)對(duì)渣緩冷生產(chǎn)和冶煉等環(huán)節(jié)造成一定的制約。因此，在此基礎(chǔ)上開展增大噴淋水用量的探索試驗(yàn)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，增大噴淋水量，可將閃速爐渣渣包緩冷時(shí)間壓縮至65 h。不同水量梯度條件下，對(duì)比不同噴淋水量的緩冷效果，如表1所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，增大噴淋水量可以顯著降低渣包外壁溫度并縮短緩冷時(shí)間，但當(dāng)噴淋水量增加到一定程度時(shí)，繼續(xù)增大水量對(duì)緩冷時(shí)間的縮短作用并不明顯。因此，在實(shí)際操作中，要合理控制噴淋水量，以達(dá)到最佳緩冷效果。

2.3 不同渣型緩冷特性的比較

對(duì)比閃速爐渣、轉(zhuǎn)爐渣和事故爐渣的緩冷特性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，閃速爐渣是緩冷的主要渣型，其緩冷時(shí)間較短；轉(zhuǎn)爐渣本身性質(zhì)穩(wěn)定，緩冷時(shí)間總體較長(zhǎng)；事故爐渣受生產(chǎn)影響較大，渣型不確定性明顯。因此，在實(shí)際操作中，要根據(jù)不同渣型的特性，制定相應(yīng)的緩冷工藝參數(shù)，以確保最佳的緩冷效果。

2.4 噴淋水質(zhì)的影響

噴淋水質(zhì)是影響渣包緩冷效果的重要因素。如果噴淋水含有較多的雜質(zhì)或腐蝕性物質(zhì)，就可能會(huì)加速噴淋設(shè)備的磨損和腐蝕，從而影響噴淋效果。此外，雜質(zhì)還可能附著在渣包表面，影響熱量的傳遞和散發(fā)，進(jìn)而影響渣包的冷卻速度。

2.5 噴淋水溫的影響

噴淋水溫也是影響渣包緩冷效果的一個(gè)重要因素。一般來說，水溫越低，噴淋時(shí)帶走的熱量越多，渣包冷卻速度也就越快[2]。然而，在實(shí)際操作中，水溫調(diào)節(jié)受到多種因素的制約，如環(huán)境溫度、設(shè)備條件等。因此，要在不同水溫條件下進(jìn)行噴淋，觀察并記錄渣包外壁溫度的變化，分析翻包后渣包的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分變化。這將有助于更準(zhǔn)確地了解水溫對(duì)渣包緩冷效果的影響機(jī)制，并為制定更加科學(xué)合理的噴淋水溫控制策略提供依據(jù)。

3 結(jié)論

根據(jù)該選礦企業(yè)的銅爐渣緩冷工藝試驗(yàn)結(jié)果，噴淋水量是影響渣包緩冷效果的重要因素之一，噴淋水溫和水質(zhì)也會(huì)影響緩冷效果。然而，銅爐渣緩冷工藝涉及多個(gè)因素的綜合作用，未來仍需要進(jìn)一步進(jìn)行研究?？傮w來看，要優(yōu)化噴淋工藝參數(shù)，改進(jìn)渣包結(jié)構(gòu)與材質(zhì)，有效提高渣包的緩冷效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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3 余志翠.選礦技術(shù)在銅渣綜合利用中的應(yīng)用[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2016（28）：157-158.

4 薛 晨，張 鈴，楊采文.銅冶煉爐渣冷卻工藝及設(shè)備研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2021（5）：1-5.

5 徐 明，劉炯天.銅渣浮選回收銅的研究進(jìn)展[C]//2010中國(guó)礦業(yè)科技大會(huì).2010.

收稿日期：2024-12-03

基金項(xiàng)目：甘肅省教育廳2024年高校教師創(chuàng)新基金項(xiàng)目“金川銅爐渣選礦的磨礦工藝參數(shù)及浮選指標(biāo)試驗(yàn)研究”（2024B-389）。

作者簡(jiǎn)介：杜宇陽(yáng)（1990—），男，甘肅山丹人，講師。研究方向：礦物加工、教育教學(xué)。