雷存友，吳彩斌，余 潯

（1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌330031;2.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,江西贛州341000）

銅冶煉爐渣綜合利用技術(shù)的研究與探討

雷存友1，吳彩斌2，余 潯1

（1.中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌330031;2.江西理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院,江西贛州341000）

銅冶煉渣具有硬度大、密度大、夾雜冰銅塊的特點(diǎn),綜合回收難度大,生產(chǎn)成本高。為回收爐渣中銅、鐵資源,主流選礦工藝為半自磨+球磨+浮選+磁選,可獲得合格的銅精礦和多種用途的鐵精礦產(chǎn)品。其指標(biāo)的高低與爐渣冷卻方式、碎磨方式、選礦工藝等密切相關(guān),我國尾渣品位已經(jīng)降至0.35%以下,比國外尾渣品位降低0.05個百分點(diǎn)以上。

銅冶煉爐渣；半自磨+球磨；尾渣品位；渣選礦;綜合利用

0 前言

銅是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中不可替代的重要原材料,廣泛應(yīng)用于電子電氣、軍事工業(yè)、機(jī)械制造、通訊、建筑、輕工和交通運(yùn)輸?shù)雀鱾€領(lǐng)域,已成為僅次于石油的第二大戰(zhàn)略原料。然而,我國銅資源相當(dāng)貧乏,且隨著國內(nèi)銅需求迅速增長和冶煉能力的提高,導(dǎo)致我國銅精礦嚴(yán)重短缺，對外依存度高達(dá)70%以上。據(jù)不完全統(tǒng)計,1949年～2011年,我國銅冶煉累計產(chǎn)出的銅爐渣達(dá)5.6×104kt。隨著2012年我國幾個大型冶煉廠的建成投產(chǎn)，國內(nèi)銅冶煉渣產(chǎn)出量約1.1×104kt/a。按平均含銅1%估算,這些爐渣含銅量相當(dāng)于多個大型銅礦山的產(chǎn)量。因此,將冶煉爐渣中銅、鐵、鉛、鋅等有價資源進(jìn)行資源化處理,不但能在一定程度上緩解目前我國銅、鐵資源緊缺的狀況,而且能減輕爐渣堆存對環(huán)境造成的嚴(yán)重污染。

1 銅冶煉廢渣的特性

銅冶煉渣實(shí)際上是一種“人造礦石”,多呈黑色或褐色,表面有金屬光澤,內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本為玻璃體,主要賦存元素為Cu、Fe，由于原料來源不同，通常還含有Pb、Zn、Au、Ag、Co等有價金屬，但含量較低[1]。銅冶煉爐渣的性質(zhì)與入爐原料組成、冶煉工藝、冷卻方式等關(guān)系密切,這些因素決定了銅冶煉渣綜合利用的工藝流程和資源化價值。

銅冶煉渣中礦物組成絕大部分是鐵橄欖石和鐵尖晶石,其次為磁鐵礦、硫化銅和金屬銅,另外還有少量脈石組成的玻璃體。其結(jié)構(gòu)致密,硬而脆,密度大(3.8～4.3 t/m3),磨礦功指數(shù)高(23～26 kWh/t),導(dǎo)致銅冶煉渣中金屬綜合回收難度大,且生產(chǎn)成本高。爐渣中有價金屬粒度嵌布呈粗、細(xì)粒級多,中間粒度少的特殊分布規(guī)律。常規(guī)選別工藝和裝備無法有效回收爐渣中的金屬,經(jīng)常發(fā)生沉槽,在較大程度上影響了選礦廠的連續(xù)正常生產(chǎn)。

2 銅冶煉爐渣中有價金屬回收技術(shù)

目前冶煉渣中銅的回收處理方式主要有電爐貧化法和選礦法處理兩種。隨著閃速爐“四高”技術(shù)的廣泛應(yīng)用,冰銅品位日趨提高,與此同時,熔煉渣含銅也呈上升趨勢。采用貧化電爐處理閃速爐渣難以保證將棄渣含銅控制在0.65%以下；而采用選礦法處理閃速爐渣,雖然渣選廠占地面積大,建設(shè)投資較高,但銅回收率較高，選礦尾渣含銅可控制在0.30%以內(nèi),還可以回收鐵,尾渣還是水泥廠的優(yōu)質(zhì)添加劑。渣選礦法既能提高廢渣的利用價值，又可以增強(qiáng)閃速爐對原料的適應(yīng)性,當(dāng)入爐銅精礦品位波動時,電爐將不再是熔煉系統(tǒng)的制約環(huán)節(jié)。因選礦法回收率高,能耗低,綠色環(huán)保,已在煉銅工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)爐渣有價金屬的密度、賦存表面親水性質(zhì)及磁力性質(zhì)的不同,可通過重選法、浮選法及磁選法進(jìn)行分離和富集[2]。

2.1 浮選法

煉銅爐渣中,銅主要以來自銅精礦冶煉過程中殘留或再生的銅礦物和金屬銅形式存在,占總銅量的95%,具有很好的可浮性。因此可以采用浮選法回收爐渣中的銅,這也是目前渣選廠最主流的選礦工藝。

2.2 重選法

由于金屬銅粒子與煉銅爐渣中脈石礦物密度差異大,因此,可利用密度差異特性對粗粒金屬銅進(jìn)行重選回收。但細(xì)粒嵌布金屬銅回收效果不好,仍需要利用浮選法回收。重選法適合高品位轉(zhuǎn)爐渣的粗級別回收。

2.3 磁選法

煉銅爐渣中含F(xiàn)e一般在37%以上,主要以鐵橄欖石和磁鐵礦形式存在,具有很好的磁性,可通過磁選法回收部分Fe,使銅渣中有價金屬的利用率得到提高。應(yīng)用磁選法處理爐渣有兩種途徑：一種是將爐渣破碎到12 mm左右,用粗粒磁選設(shè)備選出磁性鐵產(chǎn)品,非磁性產(chǎn)品就是銅精礦,如菲律賓的PASAR冶煉廠；另一種是在浮選銅后,用磁選法回收鐵產(chǎn)品。

3 渣選礦需解決的技術(shù)難題

在渣選礦前,需要滿足爐渣改性和細(xì)磨兩個必要條件。爐渣改性通常采用緩慢冷卻實(shí)現(xiàn)結(jié)晶粒度的改變,細(xì)磨工藝則是實(shí)現(xiàn)礦物的單體解離,使有用礦物結(jié)晶粒度和單體解離度適合選礦要求。但爐渣改性和細(xì)磨帶來了以下幾個技術(shù)難題：1)選擇合適的冷卻方式,增加金屬銅的結(jié)晶粒度；2)合理細(xì)磨,提高后續(xù)分選效率,兼顧粗、細(xì)粒級銅的回收；3)降低碎磨過程的能耗,降低生產(chǎn)成本；4)提高銅、鐵以外金屬回收率,發(fā)揮爐渣資源的潛在價值。

4 渣選礦處理技術(shù)研究

4.1 爐渣的冷卻方式

爐渣的冷卻方式對選礦回收指標(biāo)起到?jīng)Q定性作用[3]。通常銅爐渣的冷卻方式有四種：1)水淬冷卻,如印度貝拉冶煉廠；2)自然冷卻,如80年代白銀冶煉廠、BHPB奧林匹克壩冶煉廠；3)槽坑緩慢冷卻,如俄羅斯卡拉巴什冶煉廠；4)渣包緩冷,如貴溪冶煉廠、金川冶煉廠等國內(nèi)大部分冶煉廠。

這四種冷卻方式中,渣包緩冷的冷卻效果最好,且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(shù)有限公司（以下簡稱中國瑞林）設(shè)計的幾個渣選廠的實(shí)踐表明,一般渣包緩冷的時間控制在54～72 h較合適,轉(zhuǎn)爐渣的緩冷需要更長的時間；緩冷溫度下降速率也很重要,還需分段控制,經(jīng)過幾小時冷卻后,必須噴水加速冷卻,以達(dá)到改變爐渣可磨性的目的。

4.2 碎磨工藝

國外大部分渣選廠和國內(nèi)少數(shù)渣選廠,通常采用傳統(tǒng)的三/二段一閉路破碎+兩段閉路球磨作為碎磨工藝,如俄羅斯的卡拉巴什冶煉廠、日本的東予冶煉廠、中國的大冶和銅陵稀貴公司、貴冶一期（日本技術(shù)）等。

在2000年以后,國內(nèi)大部分渣選廠,如中國瑞林設(shè)計的貴冶三期、陽谷祥光、金川、白銀、紫金、銅陵二冶、云錫等大型冶煉廠的渣選廠均采用粗碎+半自磨+球磨作為碎磨工藝[4]。采用半自磨+球磨工藝來控制磨礦的細(xì)度,既能解決常規(guī)破碎因銅冶煉渣性質(zhì)的變化(硬度大、密度大、夾雜銅塊)導(dǎo)致中細(xì)碎設(shè)備生產(chǎn)能力不穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)率低的重大難題,又能實(shí)現(xiàn)銅冶煉渣的高效選擇性碎磨。

某渣選廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)[5]表明：采用常規(guī)碎磨+浮選工藝,鋼球消耗2.1 kg/t渣,全廠耗電70 kWh/t渣；而采用半自磨+球磨工藝,鋼球消耗0.9 kg/t渣,全廠耗電59 kWh/t渣,效果非常明顯。因此,半自磨+球磨工藝電耗和鋼耗均比常規(guī)碎磨工藝低,是處理煉銅爐渣不可替代先進(jìn)技術(shù)。

4.3 浮選工藝的研究

4.3.1 一段粗選直接得最終精礦

在磨礦產(chǎn)品粒度-325目占80%的條件下,大部分金屬銅和銅礦物已經(jīng)單體解離,但還有少部分沒有單體解離,甚至還有金屬銅或銅礦物處在包裹狀態(tài)。單體解離的金屬銅可浮性非常好,上浮速度快,回收率相當(dāng)高,可以直接得到高品位的銅精礦,做到兼顧粗細(xì)不同粒級銅的有效回收。

4.3.2 粗掃選作業(yè)的合理搭配

金屬銅連生體和銅礦物的可浮性稍差一些，上浮速度較慢,不能直接得到最終精礦,需要精選；還有一些小連生體,上浮的速度更慢,需要很長時間,所以煉銅爐渣的浮選時間比較長,設(shè)立掃選作業(yè)是必要的。

4.3.3 銅浮選尾礦綜合回收鐵

銅浮選尾礦成分復(fù)雜,礦物種類眾多,具備綜合利用價值的唯有鐵組分。鐵組分綜合回收途徑有兩條：一是可制取一部分中高質(zhì)量的鐵精礦；二是利用該尾礦中富含有大量鐵橄欖石、硅酸鐵,可制取符合產(chǎn)品質(zhì)量要求的選煤用重介質(zhì),開發(fā)出一個新的重介質(zhì)類型。

4.4 典型的工藝流程

經(jīng)過近20年的實(shí)踐,銅爐渣選礦的典型處理工藝流程如圖1所示。

圖1 銅爐渣選礦典型處理工藝流程

5 渣選礦處理技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)踐

5.1 國外的部分渣選廠技術(shù)指標(biāo)

國外部分爐渣選廠所獲得的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 國外部分渣選廠技術(shù)指標(biāo) %

從表1可以看出,國外冶煉爐渣經(jīng)選礦后,尾渣品位仍高達(dá)0.4%以上。

5.2 國內(nèi)的部分渣選廠技術(shù)指標(biāo)

國內(nèi)部爐渣選廠所獲得的技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 國內(nèi)的部分渣選廠技術(shù)指標(biāo) %

從表2可以看出,我國冶煉爐渣經(jīng)選礦后,尾渣品位已經(jīng)降至0.35%以下,比國外尾渣品位降低0.05個百分點(diǎn)以上。

6 冶煉爐渣利用的前景

銅冶煉爐渣含有豐富的銅、鐵有價資源,利用前景廣闊?；厥盏你~返回到冶煉廠,可以提高冶煉廠銅總回收率。例如奧斯麥特爐渣的銅品位0.6%～0.9%,經(jīng)過選礦處理,丟棄渣含銅0.3%,至少回收50%,100 kt的冶煉廠可以回收990多噸銅,相當(dāng)于冶煉廠總回收率提高了1%。

回收的磁選鐵精礦可作為選煤用的重介質(zhì),也可用作煉鐵廠的配料,還能廣泛用于其他產(chǎn)品的原材料,如應(yīng)用于水泥制造業(yè)來代替鐵粉作添加劑,用于生產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料,用作礦渣棉材料,用作彩色琉璃瓦及波形瓦材料等。

但銅冶煉爐渣綜合利用中仍存在以下問題,需要進(jìn)一步研究：1)爐渣緩冷機(jī)理及其過程控制,解決銅鐵回收的矛盾及余熱的回收問題。2)普遍認(rèn)為對于渣浮選而言,磨礦粒度越細(xì),選別指標(biāo)越好,但目前磨礦粒度已經(jīng)很細(xì)了(-400目90%以上),如果再細(xì),可能會導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的問題；另一方面,磨礦粒度過細(xì),產(chǎn)品脫水也有困難。因此,需要研究新的磨礦方法,改變粒度組成特性。3)爐渣中鉛、鋅資源的綜合回收利用問題;4)水淬急冷渣回收銅、鐵的工藝研究。

[1]趙 凱,程相利,齊淵洪,等.銅渣處理技術(shù)分析及綜合利用新工藝[J].中國有色冶金,2012(1):56-60.

[2]江明麗,李長榮.煉銅爐渣的貧化及資源化利用[J].中國有色冶金, 2009(3):57-60.

[3]徐 明,劉炯天.銅渣浮選回收銅的研究進(jìn)展[J].金屬礦山,2010(S1): 805-808.

[4]王莉萌.貴冶銅爐渣選礦節(jié)能生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色冶金設(shè)計與研究, 2013,34(2):9-11.

[5]汪 斌.半自磨機(jī)在冶煉爐渣選礦中的應(yīng)用[J].銅業(yè)工程,2012(1): 23-24.

Research and Discussion on Integrated Utilization Technology of Copper Smelting Slag

LEI Cun-you1,WU Cai-bing2
(1.China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China;2.School of Resources and Environmental Engineering of Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou,Jiangxi 341000)

Copper smelting slag has the properties of high hardness and density,and it is mixed up with matte block,therefore,it is difficult to be recovered synthetically and has high production cost.Main processing technology is SAG+ball milling+flotation+ magnetic separation for the purpose of recovery of copper and iron in furnace slag,by which the qualified copper concentrate and allpurpose iron concentrate will be obtained.The index is closely related to cooling method of furnace slag,grinding method and processing technology,grade of tail slag has been reduced below 0.35%in our country,over 0.05%lower than grade of tail slag in foreign countries.

copper smelting slag;SAG+ball milling;tail slag grade;slag processing;integrated utilization

X756

B

1004-4345(2014)01-0001-04

2013-11-14

2013年江西省科技支撐項(xiàng)目（20132BBG70016）。

雷存友(1962—),男,教授級高級工程師,主要從事選礦工程設(shè)計研究工作。