銅冶煉爐渣選礦技術現狀及研究方向

雷存友，余潯

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330002）

銅冶煉爐渣選礦技術現狀及研究方向

雷存友，余潯

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330002）

隨著銅爐渣量日益增加,渣選礦技術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、成分，并較系統地歸納了國內銅爐渣選礦工藝和設備技術現狀，提出了未來銅爐渣綜合利用的研究方向。

銅爐渣；爐渣特性；選礦工藝；選礦設備；研究方向

隨著我國銅冶煉工業的發展,銅冶煉爐渣逐年增加,據不完全統計,截止2013年底，各種銅冶煉爐渣產量達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了銅爐渣選礦廠,獲得了良好的技術指標,取得了較好的經濟效益。

針對不同的爐渣特性,企業采用相應的工藝流程和設備回收銅爐渣中的銅、鐵和金、銀等有價金屬。目前,已建成投產的銅冶煉渣選礦廠有二十多家。經過生產實踐，在工藝流程、設備特性、生產操作條件控制等方面積累了成熟的經驗。

表1 典型銅熔煉渣的化學成分%

1 銅爐渣的性質

銅爐渣的化學成分主要：Fe、SiO2、Al2O3、CaO、Cu、S。不同的冶煉工藝產出的爐渣成分有所區別,典型銅爐渣的化學成分見表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

爐渣的冷卻方式對選礦回收指標起到決定性作用[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）鑄渣機冷卻，如貴溪一期轉爐渣、方泰公司的吹煉渣；3）自然冷卻，如20世紀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、陽谷祥光冶煉廠等國內大部分冶煉廠[3]。

這5種冷卻方式中，渣包緩冷的效果最好。在生產實踐中還發現，渣包緩冷的效果還受緩冷的時間、緩冷溫度下降速率的影響。中國瑞林工程技術有限公司（以下簡稱中國瑞林）設計的幾個渣選廠實踐表明，一般渣包緩冷的時間控制在54～72 h較合適，轉爐渣的緩冷需要更長的時間；緩冷溫度下降速率也很重要，需分段控制，經過幾個小時的自然冷卻后，必須噴水加速冷卻，達到改變爐渣可磨性的目的。

楊銀輝等人對國內大型渣選礦緩冷場設備配置及選型進行了探討,認為渣包和渣包車是渣選礦緩冷場設備不可分割的有機整體,應根據產能要求,先選擇渣包再選擇配套渣包車，才能更大程度地降低整個項目的運行成本[4]。貴溪冶煉廠對銅爐渣緩冷技術進行了較詳細的研究,找到了緩冷工藝及生產實踐中存在的主要問題,并進行了原因分析和提出了解決問題的辦法。

2.2 碎磨工藝

碎磨工藝是爐渣浮選的準備作業。主要的碎磨工藝有：三段或二段一閉路破碎+兩段球磨的常規碎磨流程；粗碎+半自磨+球磨的半自磨流程。國內部分銅爐渣選礦廠碎磨工藝及設備見表2。

表2 國內部分銅爐渣選礦廠碎磨工藝及設備

采用半自磨+球磨工藝來控制磨礦的細度,既能解決常規破碎因銅冶煉渣性質的變化(硬度大、密度大、夾雜銅塊)導致中細碎設備生產能力不穩定、運轉率低的重大難題，又能實現銅爐渣的高效選擇性碎磨。因此，從2004年以來，中國瑞林設計的銅爐渣選礦廠均采用半自磨工藝。實踐表明：(半)自磨+球磨工藝電耗和鋼耗均比常規碎磨工藝低，是處理銅爐渣不可替代的先進技術[3]。

2.3 選別工藝

1）銅的回收。國內的銅爐渣選別工藝均采用浮選回收銅,綜合回收金、銀,磁選回收鐵產品。典型的浮選流程見圖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品，直接得到高品位的銅精礦（含銅40%以上）,實現早收多收；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。在生產實踐中，它根據爐渣品位的變化，可以隨時調整流程結構，在實現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，粗選1的產品可以直接作為最終精礦進入濃密機，減少精選作業的負擔，實現早收多收；在爐渣品位低時，粗精礦的品位相應較低，達不到最終精礦的要求,就與粗選2的精礦產品一起進入精選作業，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行選擇性再磨；3)中礦再磨單獨浮選,獲得的精礦進入精選作業。這種工藝在實踐中經常被前兩種所取代。

2）鐵的回收。在銅爐渣中,含鐵38%～42%,遠高于鐵礦山的鐵品位(一般在30%以下）,有很好的利用價值。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就可以回收。然而,鐵精礦品位不高,一般只能達到50%～55%,影響了產品的銷路。因此,渣選廠生產鐵精礦的不多,大部分渣選廠僅作水泥添加劑使用。

3 爐渣選礦設備

由于爐渣密度高、硬度大、幫德功指數高、尾礦沉淀快等特點，所以，渣選廠的所有設備技術特性必須滿足其特點的要求。經過近20年的研究和實踐，國內設備供應商可以提供完整的渣選礦設備。

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

2）半自磨機。半自磨機是碎磨作業的關鍵設備。長筒型半自磨機物料在磨機中停留時間相對較長，物料性質變化影響小，生產較穩定，適于細磨[5]。中國瑞林在其設計的渣選廠中，全部采用長筒型半自磨機。中信重工根據銅爐渣的特性，對半自磨機的給料、襯板等結構進行了針對性設計，提供的設備完全滿足半自磨的需要。

3）旋流器。據海王公司介紹，銅爐渣的磨礦分級作業存在分級濃度高、要求分級粒度細、磨礦負荷高的特點，因此傳統上旋流器在分級作業中分級效率較低。而新型旋流器如螺旋線進料體旋流器和多錐體旋流器在結構上的優化，改善了旋流器的分級流場，提高了旋流器的分級效率，并在一定程度上可以提高磨機的磨礦效率和降低能耗，對銅爐渣磨礦分級工藝的發展有著積極的促進作用。

4）銅爐渣專用設備。沈政昌教授以浮選動力學理論研究為基礎，結合貴溪冶煉廠銅爐渣特性，通過對銅爐渣選別所需的浮選機槽內流體動力學的特殊規律的大量探索，對浮選機槽內銅爐渣與汽泡碰撞、黏附、脫落過程及影響這些過程的原因進行了深入研究，確定了可有效提高選別指標的流體動力學狀態，制定出銅爐渣專用浮選設備的設計原則，設計出銅爐渣的專用設備，解決了銅爐渣浮選易沉槽等技術難題，形成了CLF系列產品。這些產品，目前已推廣到國內外其它銅爐渣選礦廠使用，從理論和實踐上豐富了礦物加工技術[6]。

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

6）高效濃縮機。高效濃縮機作為最終產品脫水的關鍵設備，在爐渣選礦中占有重要地位。選用高效濃縮機時，應依據渣選銅精礦及尾礦沉降試驗進行精礦、尾礦濃縮機選型；并針對處理對象性質，在濃縮機設計過程中，對其結構進行適用性改進?；幢敝蟹疑a的濃縮機使用過程中，底流、溢流各項指標均能滿足生產要求，保證選廠正常生產。

7）全自動立式壓濾機。山東煤機生產全自動立式壓濾機已取代國外設備在銅爐渣精礦脫水工藝環節中得到應用。經過幾個渣選廠的檢驗，效果達到了設計要求，濾餅水分在7%～10%之間。

8）GZT給料機。通過GZT棒條給料機與重板給料機在選廠實際的應用比較，可以看出：在銅渣選廠工藝中使用GZT棒條給料機具有：投資少、運行成本低、安裝簡便、維修量小等優勢。目前，銅爐渣選礦廠已廣泛采用了這種設備。

9）渣漿泵。銅爐渣選礦大部分是平地建廠，礦漿揚送的環節多，渣漿泵成為磨浮作業生產成本和設備運轉率的重要環節之一。山東華成研究開發的Cr27材料，用于生產的渣漿泵過流件。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踐中,工廠、設計院所及相關設備廠家均做了大量的研究和總結工作。從爐渣中回收銅120 kt/a,相當于亞洲最大的銅礦山德興銅礦的銅產量。所回收的銅占2013年國內礦產銅的10%左右,爐渣浮選尾礦作為水泥廠添加劑,節省鐵精礦(品位50%)7 000 kt/a以上。但是另一方面,在西部偏遠地區,渣選廠尾礦中鐵資源仍沒有得到充分的利用,有的渣選廠選銅尾礦只能暫時堆存而沒有發揮它的經濟效益；浮選尾礦含銅還高達0．25%～0．35%,還有提高回收率空間。如何進一步發揮銅、鐵資源優勢,還有許多課題有待進一步研究: 1)銅爐渣中銅礦物的結晶粒度大小和爐渣冷卻速度密切相關,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。這項工作已被渣選礦工作者所共識,如貴溪和金川等渣選廠已開展初步的試驗研究工作。2)半自磨機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行過探討性的試驗性工作,取得了可喜的成果。這項工作有很好的研究前景和價值。3)CPT浮選柱在礦山得到了廣泛的應用,取得了很好的技術經濟指標,在爐渣選礦僅用做中礦和精選作業,探討粗選作業的應用有很好的現實意義。4)富鐵銅渣是我國的重要二次資源，銅鐵含量均高于我國目前鐵礦石、銅礦石的可采品位,具有較高的綜合利用價值,將成為今后學者主要的研究課題。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質鐵粉的技術,鐵回收率90%以上,所得鐵粉產品冷壓塊后,不僅可以補充廢鋼資源的不足,而且是冶煉優質鋼、特殊鋼的優質材料。這個課題是國家十二五科技支撐項目。5)用濕法來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方向,但目前還處于小型試驗階段,仍未工業化,在我國西北的一些銅企業不妨多進行這方面的研究。6)在現代火法銅冶煉工藝中,無論采用何種冶煉工藝,銅爐渣選礦已經成為銅冶煉企業中不可缺少的作業環節,無論是提高冶煉廠的總回收率,還是“節能降耗”,渣選均具有十分重要的意義。今后對縮短冶煉工藝流程還需要進一步強化銅爐渣的選礦作用。

[1]王紅梅,劉四清，劉文彪．國內外銅爐渣選礦及提取技術綜述[J]．銅業工程,2006(4):19－22．

[2]徐明,劉炯天．銅渣浮選回收銅的研究進展[C]//2010年中國礦業科技大會論文集．北京：中國冶金礦山企業協會, 2010:805－808．

[3]雷存友,吳彩斌,余?。~冶煉爐渣綜合利用技術研究與探討[J]．有色冶金設計與研究,2014,35(1):1－4．

[4]楊銀輝．國內大型渣選礦緩冷場設備配置及選型探討[J]．有色設備,2012(3):9－13．

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

[6]沈政昌．冶煉爐渣選礦設備研究與實踐[J]．銅業工程,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及應用[C]//首屆銅渣綜合利用技術政策交流會論文集: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

江西省科技支撐計劃項目（20132BBG70016）。

雷存友（1962—），男，教授級高級工程師，主要從事礦物加工專業。