韓 偉

(大冶有色設(shè)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(guān)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(jié)構(gòu)性矛盾也日益突出。隨著當(dāng)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(guān)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(fù)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(shù)研究和設(shè)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(xué)研究

工藝礦物學(xué)是制定爐渣選礦工藝的基礎(chǔ)，冶煉爐渣的工藝礦物學(xué)特性比礦石更加復(fù)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(xué)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(guān)系比較復(fù)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(xué)成分分析見表1，冶煉轉(zhuǎn)爐渣銅鐵化學(xué)物相分析見表2。

表1 爐渣的化學(xué)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(shè)計

3.1 爐渣碎磨工藝的設(shè)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(shè)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(shè)計

3.2.1 銅礦物解離度分析及磨礦流程的設(shè)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(jié)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(jié)果一并列于表3。根據(jù)銅礦物的解離度分析以及結(jié)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(dāng)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(jié)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(yù)處理來回收粗顆粒明銅，以及采用閃速浮選等技術(shù)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(shù)攻關(guān)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(yīng)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(yīng)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(xué)特征可知:爐渣中粗顆粒銅礦物占相當(dāng)比例，適用于采用閃速浮選技術(shù)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(yīng)性較寬，在5～11對浮選指標(biāo)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(jié)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(xué)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(shù)指標(biāo)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(guān)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.