铜冶炼炉渣选矿工艺设备探讨

李新华

（中铜东南铜业有限公司，福建 宁德 352000）

目前，世界上大部分铜冶炼企业采用选矿方法对冶炼炉渣中的铜进行选别再回收，在众多选矿方法当中，浮选法是使用最为普遍的选矿方法。浮选的原理是单体解离的铜锍颗粒借助于它们在表面物理化学性质上与其它脉石的表面润湿性差异而实现分离。由于炉渣缓冷有利于熔渣冷却过程中铜锍颗粒的长大，从而更容易使铜锍颗粒在磨矿阶段实现单体解离，因此，新上的炉渣选矿工艺流程，都设计有利用渣包进行炉渣缓冷的过程，其选矿流程主要由炉渣缓冷﹑炉渣碎磨﹑浮选﹑精矿尾矿脱水等过程组成，下面将对以上过程中的工艺设备进行一些探讨。

1 炉渣缓冷

1.1 炉渣缓冷效果的影响因素

铜火法冶炼处理的铜精矿为硫化矿，经过高温熔化造渣后，形成的炉渣主要成分为铁橄榄石（2FeO·SiO2）和磁铁矿（Fe3O4），以及Al2O3﹑CaO﹑MgO﹑ZnO等杂质，含铜一般在0.7%～2.0%之间，其中铜大部分以硫化铜﹑砷化铜形式存在，少部分为金属铜或氧化铜，刚产生的炉渣所含的铜在炉渣中成微细分散存在，这些含铜锍晶粒较细且分散（90%在5um以下），而且会形成非晶质构造，铜锍晶粒嵌入和分布在呈树状或针状的其他矿物中，而一般二段球磨细度在43μm左右，只有铜锍颗粒长大到这个数量级，才能在球磨后暴露出铜锍颗粒的表面，在浮选药剂的作用下，随着泡沫上浮回收。而炉渣只有在熔融状态下才会发生铜锍颗粒的兼并长大。

影响铜锍晶粒长大的一个因素是炉渣结硬速度。在炉渣结硬前要保持空冷，在空冷过程中，炉渣的散热面主要是炉渣传递至渣包壁的散热和炉渣上表面的散热，在实际生产中，紧邻渣包壁的炉渣及上表面的炉渣，其铜锍颗粒相对要更细，因此，使用大体积渣包及延长空冷时间是降低炉渣结硬速度的有效措施，目前国内铜冶炼企业普遍采用12m3渣包，部分企业尝试使用15m3渣包，且空冷时间逐步延长至24小时，这使得目前国内的渣选尾矿含铜得到明显的优化。

影响铜锍颗粒长大的另一个因素是炉渣性质。炉渣中Fe/Si﹑CaO﹑MgO﹑Al2O3﹑Zn等杂质的含量会对熔融炉渣的粘度﹑冷却速度﹑铜锍颗粒的长大速度（受粘度影响）等造成直接的影响，一般来讲Fe/Si升高，则炉渣的密度会升高，粘度会降低，但Fe/Si比值的升高到一定程度，炉渣的密度与冰铜更加接近，会导致渣中铜的含量逐渐随之增大，而Fe/Si降低，渣的粘度增加，会影响铜锍颗粒的迁移聚集，影响缓冷效果；渣中含Zn量偏高，易形成ZnO·SiO2，ZnO·SiO2的形成易出现干渣或粘渣现象。炉渣中CaO﹑MgO﹑Al2O3等杂质的含量升高，也会促成炉渣非晶质的生成，妨碍铜锍颗粒的聚集，相关人员进行实验研究表明MgO﹑Al2O3等杂质的含量升高，将导致炉渣粘度的升高，而CaO则在1180℃以上时可以降低炉渣粘度，1180℃以下又会提高炉渣粘度。实际缓冷操作中，国内各冶炼厂通过生产总结，得出当渣中CaO超过5%﹑MgO超过3%时，容易出现粘包且倒包存在整包的情况；Zn超过4%﹑炉渣带铜容易出现缓冷﹑倒包过程放炮的情况。因此，冶炼环节需要根据熔炼渣型，合理掌握缓冷工艺，确保缓冷效果，杜绝放炮事件发生。

1.2 炉渣缓冷放炮原因及措施

炉渣缓冷过程中，炉渣放炮是一个重大安全隐患，主要原因有炉渣性质不好和未冷却成固体的液态炉渣接触到大量水两个方面。

炉渣性质不好导致渣包放炮：发生时间主要集中在两个阶段，第一个阶段是自然缓冷结束后开冷却水20h内，第二个阶段是翻包作业。炉渣性质不好导致渣包放炮原因较为复杂，一般认为炉渣缓冷过程中，渣性不好的炉渣在渣包内存在继续反应可能，炉渣中的氧化物(Cu2O﹑PbO等)与冰铜(Cu2S﹑FeS)发生反应，产生SO2气体，造成渣包内部压力升高。如果产生的SO2气体多，渣包内气压较高，气压可能使渣壳裂缝破裂，使喷淋水接触到热熔渣，从而使渣包放炮发生在第一阶段，如果气体压力不足以冲破渣壳，渣包放炮一般发生在第二阶段，翻包作业时，炉渣从渣包中脱落瞬间，炉渣表面裂缝在表面张力作用下迅速扩大至SO2气体所在区域，产生高温高压气流在瞬间释放能量的现象(爆炸)，高压气流和爆炸产生的冲击波导致大量固体炉渣飞溅，发生渣包翻包放炮。

未冷却成固体的液态炉渣接触到大量水导致渣包放炮主要发生在两个阶段，第一个阶段是自然缓冷结束后开冷却水6h内。主要是水冷初期冷却水通过炉渣裂缝延伸到液态炉渣区域，水沿裂缝进入渣包内部与液态炉渣接触，导致渣包缓冷放炮。第二个阶段是翻包作业。翻包作业时，存在液态炉渣的红包与大量水接触会发生渣包翻包放炮。

为了避免放炮造成人员伤害，渣选厂一般采取以下一些措施：①将缓冷区域进行封闭管理，无关人员不准进入相关区域；②避免放渣夹带冰铜；③及时了解炉渣性质，根据不同炉渣确定缓冷制度，保证炉渣足够的自然缓冷时间和水冷时间，确保倒包时冷却到位；④确保倒包点不积水。⑤采用先进技术，及时辨别未冷却到位的渣包（铜陵有色集团金隆铜业公司采用红外测温装置和便携式热成像仪技术，成功的辨别出异常渣包，避免了多起爆炸事故的发生）⑥缓冷时要避免喷淋水冲击某一个点，造成渣壳被水冲破裂。

1.3 炉渣缓冷设备

目前，炉渣都采用渣包进行缓冷，渣包的运输方式有渣包车运输﹑轨道运输+渣包车运输﹑轨道运输+龙门吊运输等方式，各种方式的优缺点如表1所示。

表1 运输设备优缺点分析

新建项目，在渣缓冷场离炉渣放渣口距离较远的情况下，建议采用轨道运输+龙门吊运输相结合的方式，在保证运输安全及灵活性的基础上，可降低运输环节的运行成本。

2 碎磨流程

目前世界上最主要的碎磨流程有常规碎磨流程与半自磨流程，常规碎磨流程为三段或二段碎矿流程+两段球磨流程，半自磨流程为粗碎+半自磨+球磨流程，国内使用常规碎磨流程的有湖北大冶有色渣选厂﹑山东东营方圆铜业渣选厂﹑内蒙赤锋金锋铜业渣选厂﹑山东烟台恒邦渣选厂等，选用半自磨流程的有江铜贵溪冶炼厂渣选厂﹑山东祥光铜业渣选厂﹑福建紫金矿业渣选厂等。

常规碎磨流程体现了多碎少磨的节能理念，在某种程度上可以灵活调配作业时间，但与半自磨工艺相比，该流程多了中细碎及筛分作业，厂房占地面积和中间环节增多。

半自磨工艺具有工艺简单﹑劳动生产率高﹑基建投资较少﹑作业粉尘少﹑所需设备少﹑占地面积少﹑适应性强等特点，但与常规碎磨流程相比，该流程运行电耗较高，且半自磨球耗及衬板消耗量较大，整体运行费用较高。

除了以上介绍的两种常见的碎磨流程外，目前在金属矿山也广泛应用高压辊碎磨流程。高压辊碎磨是一种新型的碎磨设备，对其物料实施的是料层粉碎挤压破碎，在物料内部产生了大量的裂隙﹑塌散﹑疏松等缺陷，可大大降低后续球磨机给矿粒度，改善物料的可磨性，降低整个系统的能耗，从节能环保的角度可产生较大的经济社会效益。一般来说，高压辊碎磨方案尤其适用于矿石性脆易碎，不含泥等特点的场合，对铜冶炼炉渣较为合适。与常规碎磨及半自磨流程相比，高压辊碎磨流程配置更灵活﹑适应性强﹑单机处理量大﹑节能﹑运行成本低等优点，但高压辊碎磨工艺与半自磨工艺相比，配置更复杂，占地较多。

3 浮选

浮选是渣选流程最关键的环节，是确保精矿﹑尾矿指标合格的关键工序。影响浮选效果的因素很多，包括浮选设备﹑浮选流程﹑原矿的矿物组成及含量﹑磨矿细度﹑矿浆浓度﹑药剂制度﹑充气和搅拌﹑浮选时间﹑矿浆pH值﹑浮选槽液位控制等等，其中，原矿的矿物组成及含量又一定程度上决定了其它工艺参数的选择，下面就其中几个因素进行讨论。

表2 某铜冶炼企业随Cu的含量及S/CU比制定的铺收剂（Z200）添加制度

3.1 浮选设备

对于浮选流程而言，各厂都有自身的独特设计思路，而且在使用过程中也会根据原矿的特点不断进行调整，目前，中矿的去向是各厂重点调整的环节，中矿是单独再磨，还是返回粗选，又或者与原矿浆混合再磨，是各厂调整的一个重要手段，需要各厂根据实际设备能力及中矿情况确定，目前有包括祥光铜业﹑紫金矿业在内的多家企业取消了原有中矿再磨流程，减少中矿返回，在不影响精﹑尾矿的指标下，降低了运行成本。而部分企业增加中矿使用立磨单独磨矿的流程，通过提高中矿解离度，提高中矿可选性，又提高了回收率。

3.2 原矿性质及过程控制

首先，如上所述，原矿中的部分成分影响缓冷的效果，在原矿中含有SiO2﹑CaO﹑MgO﹑Al2O3较多，可能导致炉渣中铜锍结晶细小，在磨矿时，就需要更加细的磨矿粒度才能单体解离。

其次，原矿中的Cu的含量及组成，S/CU比等，将一定程度决定浮选药剂的使用量，在CU含量升高时，相应的捕收剂含量需要增加，CU的组成中，氧化铜含量升高时，需要适当增加Na2S的使用量，S/CU比也是一个重要的参考指标，S/CU比以0.25为界限，低于0.25，炉渣将更难浮选，高于0.25，炉渣可浮性明升高，S/CU比高于0.4，Na2S添加量可以大量减少甚至不加。

某铜冶炼企业随Cu的含量及S/CU比制定的铺收剂（Z200）添加制度。

3.3 磨矿细度及浓度

3.3.1 磨矿粒度

为了获得好的浮选指标，磨矿前应根据矿石性质及有用矿物的粒度大小确定最适宜的磨矿细度，粒度对浮选的影响，实践证明，各种不同粒度的矿粒，其浮选行为也是不同的，过粗的矿粒（大于0.1mm）和极细的矿粒（小于0.006mm）都浮得不好，回收率较低，在实际生产中，一般磨矿粒度达到0.043mm以下80%以上，保持较细的粒度，才能更好地使有用矿物的单体解离。

3.3.2 浮选浓度

一般来讲浮选浓度对浮选的影响是多方面的，浮选浓度过高，容易造成精矿品质下降，回收率降低，浮选浓度过低，又造成浮选起泡效果变差，药剂添加量增大，浮选时间缩短，也会造成浮选回收率的降低，在生产实践过程中，浮选浓度一般控制在35%～45%之间。保持合适的浮选浓度，也有利于实现较佳的磨矿效果。

3.3.3 浮选液位的控制

对于浮选槽液位的控制，一般的原则是在保证有机物矿物充分分离的同时，确保泡沫品位，杜绝大量夹杂，在粗选﹑扫选﹑精选的不同环节控制不同的泡沫层厚度，一般一粗泡沫控制到50cm～60cm，二粗泡沫控制到40cm～50cm，扫选泡沫控制到20cm～30cm，精液泡沫较高，一般60cm～80cm。

4 精、尾矿脱水

炉渣选矿的尾矿脱水一般相对容易，因为尾矿药剂含量少，物料不发粘，容易沉降，物料过滤性能较好，一般采用浓密机进行浓缩后，再使用陶瓷过滤机进行过滤。

渣选精矿的浓密和脱水，是困扰渣选厂的一个难题，在浓密机的使用上，目前大多数渣选厂都会遇到精矿浓密机溢流含大量泡沫的问题，通用的做法是在精矿浓密机溢流堰内增加一道挡泡沫的围堰，围堰下部插入液面以下300mm～500mm，上部则露出液面300mm左右，用来阻挡液面以上的泡沫，而消泡的方法多是用水进行冲泡，个别选厂进行了消泡剂﹑酒精﹑废润滑油等进行消泡实验，从实验结果来看，酒精消泡效果较其它方法相对效果好。在选厂过滤机产能富余的情况下，也可以通过使浓密机不出溢流来解决溢流跑泡沫的问题。

5 结语

近几年国内铜冶炼产能急速扩大，做好铜渣的综合回收利用是摆在国内企业面前的一个重要课题，对于冶炼炉渣中显热的回收，渣选矿后废渣中铁等其他元素的回收，都具有重要的经济意义和社会意义，需要进一步探索。