铜冶炼炉渣选矿的典型性分析

夏自发， 邹毅仁， 张晓刚， 杨晓文

(1.中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038； 2.内蒙古黄岗矿业有限责任公司， 内蒙古 赤峰 025350)

1 前言

选矿方法处理铜冶炼炉渣具有处理能力大、回收率高、成本低、富集效果好的特点，是目前回收铜渣中有用组分最经济有效的方法之一。

铜渣选矿厂的入选原料为铜冶炼炉渣，在项目建设前，一般没有可利用的有代表性的原料进行前期研究，需要参考类似铜渣选矿厂生产实践，因此，深入理解具体项目特性与准确把握铜渣选矿的共性都非常重要。

国内已建成投产了多个铜渣选矿厂，并在试验研究、工程设计、项目建设、运营管理、设备维护、工艺流程、指标控制等方面提供了大量的信息和资料。

截至目前，由中国恩菲工程技术有限公司负责咨询、设计的铜渣选矿项目有60多个，其中有10多个铜渣选矿厂已投产运营，已积累了大量的设计、工程和生产实践经验。

通过梳理、对比、分析和总结铜渣选矿领域的文献、报告、经验和数据，可以归纳出铜渣选矿的共性。

2 典型性分析

2.1 原料性质

(1)主要矿物有铜硫化物、金属铜、磁铁矿、铁橄榄石、石英、玻璃体等，各矿物的相对含量与冶炼工艺有关。

(2)质硬、性脆、易碎、难磨、密度大。

(3)有用组分粗细嵌布不均，两头多中间少，需要细磨才可解离。

(4)不同冶炼工艺产生的铜渣，含铜品位差异大，一般为0.6%～6%。

(5)铜渣的含铜品位受冶炼炉放渣操作的影响较大，入选品位波动较大。

2.2 缓冷制度

铜渣中铜、铁的赋存状态及嵌布粒度直接影响了铜渣的可选性，而晶粒大小又主要取决于渣包在相变温度以上时的冷却速度。

综合考虑结晶粒度、渣包投资、缓冷场地、安全生产等因素，在相变温度(约1 050 ℃)以上时，应放慢冷却速度，在相变温度以下时，应加快冷却速度，从而缩短冷却周期。

典型的缓冷方式：为了减少“放炮”概率，缓冷终点温度可控制在950 ℃～1 000 ℃，高于此温度时，渣包自然冷却，一般熔炼炉渣自然冷却时间不宜少于8 h，转炉渣不宜少于24 h；低于此温度时，渣包加水冷却，倒包温度可控制在壁温60 ℃以下，以减少“红包”概率。

2.3 预破碎

缓冷渣包的容积一般不小于12 m3，为了避免大块铜渣堵塞破碎机，需要在渣堆场进行预破碎。典型的预破碎方式：在缓冷场冷却后的铜渣，采用渣包车或龙门吊倾倒至渣堆场，自然地形跌落高差为3 m左右，大部分缓冷渣在坠落时被摔碎，小部分未被摔碎的大块缓冷渣利用移动式液压破碎机进行预破碎，破碎后的铜渣粒度为0～500 mm，采用前装机倒运至粗碎厂房的原料缓冲矿仓。

2.4 碎磨工艺

碎磨作业是渣选车间基建投资、电耗及钢材消耗最多的生产环节，选择节能低耗的碎磨工艺，是实现铜渣选矿节能降耗目标的关键。

碎磨工艺主要有以下三类：

1)常规碎磨工艺(主要是以圆锥破碎机为代表的多段破碎工艺)

该工艺已经在河南灵宝、山西垣曲、湖北大冶、山东方圆铜业、内蒙古华鼎铜业、四川会理和越南生权等地区或企业的铜渣选矿厂应用。

2)半自磨工艺(主要是SAB工艺)

该工艺已经在河南豫光金铅、青海铜业、河南中原黄金、山东烟台国润、山西侯马、江西贵溪、福建紫金铜业、广西防城港和赞比亚谦比希等地区或企业的铜渣选矿厂应用。

3)高压辊磨工艺(以高压辊磨机为核心设备的超细碎工艺)

高压辊磨工艺广泛应用于铁矿、水泥等行业，但应用于铜渣破碎的案例极少。

根据国内铜渣选矿的生产现状，目前广泛应用的碎磨工艺主要是常规碎磨工艺和半自磨工艺。

基于工业场地条件和属地环保要求，典型的碎磨工艺是半自磨工艺，该工艺也是近十年来新建铜渣选矿中应用最广泛的工艺。

半自磨工艺的主要优点：能接受较大的给料粒度,可替代中细碎和筛分作业，避免了铜锍的循环累积；工艺流程短，占地面积小；作业环境友好，有利于达到环保要求。主要缺点是电耗较高。

2.5 磨浮流程

铜渣中铜的赋存状态复杂，金属铜和铜矿物嵌布粒度粗细不均，两头多中间少，+0.074 mm和-0.038 mm的占比都较高。磨矿细度-0.074 mm占75%时，部分金属铜和铜矿物已经单体解离，单体解离的金属铜可浮性非常好，上浮速度快，回收率高。

多个铜渣选矿厂生产实践表明，磨矿细度-0.074 mm占75%时，粗磨后快速浮选作业的铜品位28%～35%，铜回收率高达70%，大部分的铜可在粗磨条件下回收。在该磨矿细度下，还有部分金属铜或铜矿物没有单体解离，甚至为包裹体，需要再磨才能解离，这些细粒的金属铜、铜矿物及其连生体，可浮性稍差，上浮速度慢，需要较长的浮选时间。

生产实践及诸多研究结果均表明[1-4]，铜渣选矿宜采用阶段磨矿阶段选别流程。

2.6 取消中矿单独再磨再选

多个铜渣选矿厂的生产实践，中矿的矿量波动大、粒度细、浓度低，分级效率低，磨矿效率也低，再选作业不稳定，对铜渣选矿的指标提升不明显，生产中停开或取消中矿单独再磨再选作业[5-6]。

2.7 药剂制度

选用合适的捕收剂是实现金属铜、铜矿物与脉石有效分离的关键。通过文献统计，使用频率较高的捕收剂有Z-200、丁基黄药、丁胺黑药、异戊基黄药，这些药剂都有较好的浮选效果，组合使用效果最好，其次为混合使用，单独使用稍差[7]。

具有起泡能力的捕收剂对金属铜浮选效果较好，Z-200对金属铜的浮选效果最好，丁胺黑药和异戊基黄药次之，丁基黄药相对较差。

丁基黄药对硫化铜的浮选效果较好，但对氧化铜矿物捕收效果较差。

异戊基黄药对硫化铜的捕收能力最强，但选择性稍差，对氧化铜矿具有一定的捕收作用。

典型的捕收剂组合是Z-200与异戊基黄药组合、Z-200与丁基黄药组合[8]。快速浮选和粗选使用Z-200，扫选使用异戊基黄药，使用Z-200对部分品位高、可浮性好的金属铜和铜矿物进行选择性浮选之后，再采用捕收能力更强的异戊基黄药进行扫选，可以有效降低渣选尾矿含铜品位。

2.8 磁选

对浮选尾矿采用磁选工艺选铁，渣选铁精矿TFe品位可达48%～52%，产率可达30%～40%。渣选铁精矿可作为重介质用于洗煤厂，也可用作炼铁厂和水泥厂的配料，为企业创造较大的附加价值。

2.9 过滤

由于采用阶段磨矿阶段选别，渣选铜精矿的粒度较粗，易过滤，不需要采用压滤机脱水，渣选铜精矿、渣选铁精矿和渣选尾矿都可以采用陶瓷过滤机脱水，易操作，成本低，产品水分可以满足冶炼和外售的要求。

3 典型工艺流程及指标

通过对铜渣选矿的典型性分析，可以提炼出适合铜渣选矿的典型工艺流程为：“粗碎+半自磨+粗磨+快速浮选+再磨+一粗三扫二精浮选+尾矿磁选”，最终产品为渣选铜精矿、渣选铁精矿和渣选尾矿。典型工艺流程如图1所示。多个铜渣选矿厂采用了该工艺流程，投产后达产达标顺利、流程顺畅平稳、生产指标先进，部分铜渣选矿厂所获得的技术指标见表1。

图1 适合铜渣选矿的典型工艺流程

4 结论

(1) 通过对铜渣选矿的典型性分析，归纳出取得良好技术经济指标的通用措施，如渣包高温缓冷、渣堆场预破碎、半自磨工艺、阶段磨矿阶段选别、取消中矿单独再磨再选、组合用药、磁选回收铁和改善过滤性能等。

表1 铜渣选矿厂实例

(2) 提炼出适合铜渣选矿的典型工艺流程为：“粗碎+半自磨+粗磨+快速浮选+再磨+一粗三扫二精浮选+尾矿磁选”，最终产品为渣选铜精矿、渣选铁精矿和渣选尾矿。

(3) 多个铜渣选矿厂采用了该工艺流程，投产后达产达标顺利、流程顺畅平稳、生产指标先进。