韓 偉

(大冶有色設計研究院有限公司，湖北黃石 435005)

1 引言

隨著礦產(chǎn)資源長期開采，初級資源逐漸貧缺，已開發(fā)利用的銅礦資源逐漸減少，不少礦山關閉趨勢加快，開采品位已下降至0.3～0.4%，資源、環(huán)境、環(huán)保等結構性矛盾也日益突出。隨著當今世界對金屬需求量的不斷增大以及迫于環(huán)境對加工業(yè)的壓力，冶煉爐渣成了人們研究和利用的對象之一，充分開發(fā)和利用二次資源也是冶金工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一條重要途徑。大冶有色冶煉廠的冶煉爐渣是有色金屬銅渣(包括轉(zhuǎn)爐渣、諾蘭達渣及澳斯麥特爐銅冶煉電爐渣等)，銅渣作為一種重要的二次金屬資源，其中含有大量的可利用的資源，現(xiàn)代煉銅工藝側(cè)重于提高生產(chǎn)效率，渣中的殘余銅含量增加，回收這部分銅資源是現(xiàn)階段處理銅冶煉渣主要目的。煉銅爐渣是一種熔融物料，是人造的礦石，其礦物組成、理化性質(zhì)、礦物之間的共生關系及礦物的嵌布粒度粗細受冶煉爐料配比、冶煉工藝條件以及爐渣冷卻方式等綜合因素影響，礦渣性質(zhì)復雜、不穩(wěn)定。因此，為了最大限度地回收爐渣中的有價金屬，實現(xiàn)無尾礦零排放，必須對不同的冶煉渣進行充分、細致地技術研究和設計，以實現(xiàn)冶煉爐渣的高效綜合利用［1－2］。

2 冶煉轉(zhuǎn)爐渣工藝礦物學研究

工藝礦物學是制定爐渣選礦工藝的基礎，冶煉爐渣的工藝礦物學特性比礦石更加復雜，具有獨特的性質(zhì)和嵌布特性，因此，對冶煉爐渣工藝礦物學進行充分的研究是提高爐渣選礦工藝的前提和重要條件。試驗物料取自某有色冶煉廠緩冷車間轉(zhuǎn)爐緩冷渣堆場，其爐渣性質(zhì)也隨著冶煉原料成分、操作條件以及爐渣冷卻制度和時間的不同也有一定程度的差別。從冶煉爐渣多個代表性渣樣分析，發(fā)現(xiàn)各渣樣的物相組成大致相同，只是不同條件下有用礦物的嵌布特性差別較大。爐渣中的主要物相有硫化物(冰銅)相、磁鐵礦(Fe3O4)相、以橄欖石(2FeO·SiO2)為主的硅酸鹽相以及玻璃體等四種不同的相。含銅礦物絕大部分存在于硫化銅和冰銅的合金相中，其它主要礦物鐵橄欖石、磁鐵礦和玻璃相中含銅量微小。銅礦物呈塊狀、浸染狀、星點狀分布，爐渣嵌布關系比較復雜;銅礦物一般呈細粒嵌布，一般在0.005～0.03mm之間;金屬銅粒度相對要粗一點，一般在0.005～0.01mm之間，最大顆粒直徑可達2.0mm。爐渣中具有綜合回收價值的元素有鐵、金、銀等，金、銀一般隨硫化物一起富集，磁性鐵可通過磁選加以綜合回收［3］。冶煉轉(zhuǎn)爐渣的化學成分分析見表1，冶煉轉(zhuǎn)爐渣銅鐵化學物相分析見表2。

表1 爐渣的化學組成分析/%

表2 爐渣主要礦物及含量/%

3 冶煉爐渣選礦工藝的研究與設計

3.1 爐渣碎磨工藝的設計

爐渣的碎磨工藝同和普通礦石類似，對于爐渣選礦的碎磨流程目前基本有兩種:一是三段(二段)一閉路碎礦+兩段(三段)球磨流程，簡稱常規(guī)碎磨流程。二是粗碎+半自磨(含自磨)+球磨流程，簡稱半自磨流程。爐渣的破碎工藝可根據(jù)渣塊大小和硬度采用二段或三段破碎，破碎設備的選擇基本上也與普遍礦石相同。爐渣中銅晶粒細小，大多在50μm以下，且與其它渣相共生嵌布密切，一般必須細磨才能達到單體解離，通常采用二段或三段細磨流程，根據(jù)不同的爐渣嵌布特性，第三段也可采用中礦再磨或者粗精礦再磨工藝。

3.2 爐渣浮選工藝的設計

3.2.1 銅礦物解離度分析及磨礦流程的設計

爐渣在不同磨礦細度下，不同粒級的銅礦物解離度測定結果見表3。采用階段磨選，Ⅰ段浮選尾礦再磨不同細度下，不同粒級的銅礦物解離度測定結果一并列于表3。根據(jù)銅礦物的解離度分析以及結合磨礦細度試驗分析，隨著磨礦細度的增加，銅回收率有明顯升高的趨勢;精礦銅品位則在磨礦細度增至一定范圍(－0.0074mm60～70%)內(nèi)變化不大，當細度過大時，微細粒礦物直接給浮選帶來了夾雜危害，雖然能提高回收率，但不利于精礦品位的提高?？梢?，銅爐渣的浮選回收需要一定程度的細磨作業(yè)。結合以往冶煉爐渣試驗研究以及工業(yè)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，對于含銅高品位較高爐渣，適宜優(yōu)先快速浮選，采取階磨階選流程;對于電爐渣含銅品位較低爐渣，由于銅礦物嵌布粒度微細，采用階磨階選的優(yōu)勢并不明顯，根據(jù)廠房的配置也可以采用連續(xù)磨礦流程。

3.2.2 浮選工藝

煉銅爐渣選礦廠大都采用階磨階選的工藝流程，并根據(jù)不同爐渣的性質(zhì)特點，采用磁選預處理來回收粗顆粒明銅，以及采用閃速浮選等技術來加強金屬銅的回收。

煉銅爐渣中常有金屬銅和銅锍局部富集，入磨前干式磁選或磨礦后濕式磁選把它們從非磁性產(chǎn)品中分選出來常常有利于“早收多收”，如湖北某冶煉轉(zhuǎn)爐渣由于冶煉工藝及入料原料變化的影響，轉(zhuǎn)爐渣含銅高達8～12%，致使原浮選貧化工藝尾礦中含銅0.8～1.2%，通過技術攻關及現(xiàn)場改造，在磨礦回路中采用磁重聯(lián)合工藝，來加強粗粒明銅的早回收，最終使尾礦含銅降至0.4%以下。因此，根據(jù)冶煉爐渣的不同性質(zhì)特點，采用以浮選工藝為主，磁、重、浮聯(lián)合工藝流程，在銅爐渣選礦中應用較為廣泛［4］。

閃速浮選是屬于礦漿源射流浮選，活性微能加強礦物富連生體及微細粒的礦化過程，提高該礦物的浮選效果。近年來開始應用于有色金屬礦和金礦石，一般而言，旋流器分級過程中，金屬礦物密度較大，容易進入沉砂，沉砂中有用礦物的品位粒度高于給礦，如不及時回收，任其停留在循環(huán)中，直至磨細后進入溢流后序浮選作業(yè)，會造成部分有用礦物過磨，影響浮選回收率。根據(jù)銅爐渣工藝礦物學特征可知:爐渣中粗顆粒銅礦物占相當比例，適用于采用閃速浮選技術在高濃度(65～70%)，快速(1～3min)條件下，能及早回收粗粒級高品位銅礦物，直接產(chǎn)生高品位銅精礦，具有明顯的優(yōu)越性［5－6］。

表3 銅礦物的解離度

銅爐渣常用浮選藥劑如Z－200、丁基黃藥、2#油;國外一些選廠常用MIBC(甲基異丁基甲醇)和TEB三乙氧基丁烷即4#油作起泡劑。銅爐渣浮選濃度可在較寬范圍內(nèi)進行，一般采用高濃度浮選(35～45%)。銅爐渣浮選pH適應性較寬，在5～11對浮選指標影響不大，與原生銅礦石不同，爐渣一般可在自然pH下進行浮選。

4 結語

(1)隨著礦產(chǎn)資源的日益枯竭及環(huán)境保護要求的提高，爐渣有很好的綜合利用前景，爐渣的綜合利用對經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益都具有十分重要的現(xiàn)實意義。

(2)通過工藝礦物學研究，冶煉爐渣銅礦物均屬微細粒分布，因此，采用階磨選工藝是提高選礦技術指標的重要措施;對于含銅品位較高轉(zhuǎn)爐渣要采取必要措施加強浮選前的粗粒明銅的回收工藝。

(3)同冶煉貧化爐比較而言，選礦貧化工藝不僅能回收銅、鐵及Au、Ag等資源，其尾礦也可以用于水泥原料和建筑材料，可以實現(xiàn)無尾礦工藝;同時，其生產(chǎn)成本較低，經(jīng)濟效益顯著。

［1］ 邱定蕃，吳義千，符斌.我國有色金屬資源循環(huán)利用［J］.有色冶金節(jié)能.2005(4):6－13.

［2］ 胡起生，朱曾漢，高又成.關于湖北省銅、鐵礦山尾礦資源的利用問題［J］.資源環(huán)境與工程，2007，21(1):1－3.

［3］ 韓偉，秦慶偉.從煉銅爐渣中提取銅鐵的研究［J］.礦冶，2009(2):17－20.

［4］ 韓偉，秦慶偉.澳斯麥特熔煉渣回收銅實驗研究［J］.銅業(yè)工程，2012(3):8－10.

［5］ 王衍.煉銅轉(zhuǎn)爐渣中銅鐵的選礦研究［J］.有色礦山，2003，32(4):19－23.

［6］ A.Sarrafi，B.Rahmati，H.R.Hassani.Recovery of copper from reverberatory furnace slag by flotation［J］.Minerals Engineering，2004，17(3):457－459.