铜冶炼炉渣选别工艺的应用与发展

曹美红

在人类对资源需求的矛盾日益紧张的前提下，为了更加有效地实现对矿产资源的利用，必须要对冶炼炉渣进行进一步的开发，实现对资源的二次利用，这是目前冶金工业可持续发展的一条重要路径。冶炼炉渣作为一种重要的二次金属资源，将炉渣中的铜资源得到进一步的充分利用，从而提高现代炼铜工艺过程中的生产利用率。炉渣作为人造矿石的一种，其特性以及矿物的组成成分，受到一系列因素的干扰，由冶炼过程中的一系列工艺条件以及相关的冷却方式共同决定了矿渣的性质是极其不稳定的，而要想实现对炉渣中的矿物质得到有效回收，不能够将其直接返回至熔炼炉进行熔炼。为此必须要进行适当的选别工艺，将冶炼炉渣进行更加细致地研究，实现对炉渣的高效利用，而铜冶炼炉渣选别工艺便成为了其中极为重要的一项工艺。

1 冶炼炉渣工艺矿物学

要想使得铜冶炼炉渣能够得到有效的重复利用，就必须要对其特性进行深入的研究，工艺矿物学作为矿物学中的一项重要内容，可以对炉渣的特性进行深入的研究，明确炉渣在工艺矿物学特性方面所具有的独特性。由于炉渣在相关特性方面比原矿石更加复杂，在建筑特性和一些其他物理性质方面有着一定的独特性，如果直接采用原有的冶炼方式对炉渣进行处理，无论是效率和质量都难以达到预定的要求，而且还会造成大量的经济损失。因此必须要对炉渣进行工艺矿物学特性的分析，了解炉渣所具备的特性，然后采取一定的选别工艺使其能够通过合理的采选，从而提升后续冶炼工作的效率与质量。

通过对于多种冶炼炉渣的渣样进行分析，可以发现这些炉渣的组成物质在一定程度上具有相似性。但是在不同条件下，这些炉渣中所含有用矿物的分布特性存在较大的差异，这些在工艺矿物学方面所存在的嵌布特性差异，会导致炉渣的后续处理工艺受到一定的影响。铜冶炼炉渣中主要含有的化合物包含硫化物、四氧化三铁、橄榄石以及玻璃体，这些矿物中的铜主要存在硫化铜中。天然铜矿物中的铜含量主要是呈块状、浸染状或星点状进行分布，然而炉渣矿物中铜的嵌布关系则变得更加复杂，其中铜矿物会呈现出细粒状嵌布在炉渣中，而且铜矿物的大小也相对较小。炉渣中除了可用作回收的硫化铜矿物之外，还含有一定的其他金属元素可以通过回收的方式得到再利用，主要包含铁金银等金属元素，其中铁元素的主要存在形式是四氧化三铁。四氧化三铁具有一定的磁性，为此可以通过磁选的方式对四氧化三铁加以综合回收，从而使矿渣中的金属元素得到更加有效地回收。事实上冶炼厂所采用的不同冶炼方式也会对最终的矿渣产生特性上的不同，从而导致最终如矿渣所采用的回收方式有所不同，必须要采用合适的研磨工艺和选别工艺，才能够使得铜矿的回收率和品位都得到有效提升。

2 冶炼炉渣选别工艺的设计

2.1 冶炼炉渣选别工艺流程

目前针对炉渣的选别流程设计，一般需要将炉渣产品的力度控制在200目占比为90%以上，这样才能够满足后续选别流程的实际需求，为此采用两段磨矿的方式将原矿的力度摩制为特定的需求，第一段主要采取格子型模球磨机与螺旋分级形成闭路，对于矿物进行研磨。在通过旋流器进行分级处理后，进入到二段模块内进行处理，借助水力旋流机队矿物进行分级筛选，最后进入到选别工艺中分别经过两次初选，两次精选和两次扫选得到最终的矿物。在选择工作中，矿渣中的含水量相对较高，为此精选的铜矿需要经过过滤，脱水之后得到含水量有效控制的情况，同样尾矿也需要经过浓缩过滤和脱水之后进行下一步的回收利用。

2.2 炉渣研磨工艺的设计

对炉渣的研磨工艺选择方便与普通矿石的研磨工艺相对较为类似，在对炉渣进行选别研磨过程中主要采取。2～3段的闭路磨球碎块模式，既为常规的碎磨流程，或是采用粗碎加半自磨合球磨的方式最炉渣进行研磨处理，又被称之为半自磨流程。具体的工艺选择要根据实际的炉况加块的大小和硬度进行选择，如果炉渣的大小较大、硬度较高时，可以采用三段破碎的方式进行碎磨工艺，设备的选择也与天然矿石相同。

常规研磨的方式在应用的过程中，能够有效地借助节能体验来进行工作，主要是通过多碎少磨的方式，在研磨过程中主要以破碎为主，减少研磨工艺所消耗的能源。在这样的工作中主要是将研磨工作的作业时间进行合理的调配，在具体的选别工作中能够有效地实现对矿物的筛分和细碎处理工作。由于该项工艺具有一定的优势，在灵活调配和节能方面的优势，使其广泛应用到各矿物的选别工作中，所以在生产经验方面，该工艺具有更多的优势。相比于半自磨工艺而言，借助常规碎磨的方式虽然能够使得作业时间更加灵活地进行调配，也能够有效地实现能源的节约，但是在各项工艺中具有多项中间环节，工艺过程相对较为复杂。

半自磨碎磨工艺主要是在原有自磨机的方式下进行优化，由于自磨机在工作时，对于一些矿石磨碎时效率并不是很高，但是如果加入一定比例的钢球，或是其他物质，很容易使得这些介质使得原有的矿石磨碎，然后提高磨矿效率。借助半自磨的方式，能够有效地将原有的常规碎磨工艺流程缩短，大大地减少了常规碎磨工艺下，所需要耗费的时间，提高了研磨工艺的效率。其次由于半自磨所需的工艺流程相对较短，这导致其配置方面也相对较为简单，能够说写相关机械设备的占地面积。除此之外半自磨的方式对于矿石的适用性也相对较高，可以针对不同矿石的特性进行适应，具有很大的灵活性，所以在具体应用的过程中，也可以得到大范围的普及。

除了以上提到的两种研磨方式之外，在具体的选择过程中，还有其他的研磨工艺可供选择。其中普及度相对较高的碎磨流程有高压辊碎磨流程，这在金属矿山的选别工作中极为常见，它既属于新型的规模机械，又可以在粉碎的过程中提高效率，将原有的研磨工艺进行进一步优化，使得整个研磨过程中的能耗得到有效降低。由于高压辊碎磨流程在对矿物进行研磨处理时，能够有效地对物料进行优化，而且效率相对较高，这对于铜渣矿而言具有更大的优势。由于炉渣在矿物特性方面相对较脆，而且研磨难度较大的问题，而高压辊碎磨的方案则能够有效的适配这一特性。

2.3 炉渣的选别工艺设计

针对炼铜所产生的炉渣，大部分厂商在对其进行选别时，所采用的方式都是边磨边选的方式，而且在选别的过程中需要根据矿渣的实际特性，采用预处理的方式，将其中所含的明铜进行初步回收，此处所采取的方式大部分都通过磁选的方式，能够很好地将其中的明铜得到有效的回收处理，然后采取浮选的技术来进一步回收矿渣中所含的铜矿。

在炼铜过程中产生的炉渣含有大量的金属铜和铜的硫化物，这些物质在部分区域极为富集，在研磨过程中或研磨前通过磁选的方式将其进行分选出来，能够有效地提高炼铜炉渣的回收效率。在对其磁选时，可供选择的方式有干式磁选和湿式磁选前。者是在研磨工作之前所采用的，后者则是在磨矿后矿渣的颗粒较小时所选用的。由相关数据表明，借助磁选的方式将冶炼工艺进行优化，能够有效地减少浮选工作中尾矿的含铜量，在传统的冶炼工艺下如果不借助磁选方式进行处理，那么尾矿中的含铜量可高达0.8%～1.2%之间，如果借助此种联合工艺来对颗粒中的明酮进行提早回收，那么能够有效地降低煤矿中的含铜量最多可降至0.4%以下。所以为了有效地提升冶炼炉渣的回收效率，必须要根据冶炼炉渣的不同性质特点，采用相关的选别工艺，在工艺选择方面应当优先以浮选工艺为核心，将磁重选和浮选进行联合优化，选别工艺流程提高铜炉渣选别的回收效率。

在选择工艺中，最常应用的浮选工艺为闪速浮选，闪速浮选也是近年来所引入的一种新型工艺。其主要是借助相关设备使得选别工作中的水流快速运动，然后将其中的粗粒带动快速的回收其中有用的矿物质，也避免了矿物质过分研磨而导致矿物质颗粒太碎。在具体的应用过程中，也能够使得矿物质的活性显著提升，使其微粒能够实现快速的矿化过程，然后提高矿物质的浮选效果。

近年来，在矿石的浮选工作中，在有色矿石和金矿石方面得到了高效的应用，这是由于传统的普选工艺，会造成很多的金属矿物有所损失，在借助旋流器对其进行分级处理时，由于金属矿的密度相对较大，从而实现有效的浮选工作。但是在选别的过程中，通常会在矿物中混入尘沙，这就会导致出现回收率受到一定的影响，而如果不能及时地将矿物进行服务，全都会使其后续再循环中使得颗粒物变得更细。而借助散数浮选的技术实现矿物的全系工作，能够有效地在高浓度和快速的条件以下及时地对粗颗粒的矿物进行有效的选别，从而避免了铜矿物在学习过程中的颗粒变得更小，直接产生品位更高的铜精矿。这一优势在冶炼矿渣的浮选体现在具体的应用过程中，还需要加入一定的浮选药剂，使得浮选效率得到有效提升，通常所选用的浮选药剂包含丁基黄药、Z-200等物质。国外还会采用一定的物质作为起泡剂，提升浮选效率，在具体的操作过程中要对铜矿渣浮选过程中物料的浓度进行有效地控制，高浓度价格物料浓度对于浮选工艺有一定的帮助，但也应当对其进行有效控制。还需要对浮选物料的pH值进行控制，但是铜矿渣在具体的选别过程中，pH对浮选效率的影响并不大，可以在自然的pH值下进行浮选。

2.4 尾渣的综合利用分析

在对原有矿渣进行有效的处理之后，尾矿中依然含有部分金属元素，当然如果选择合理的学习工艺，对矿渣进行处理后，尾渣中所含的铜元素相对较低，可降为4%以下。如果进行进一步的处理，可以将其中所含的铜元素进行有效的回收，但是该过程通常需要花费大量的成本，无论是从经济效益考虑还是环保效益考虑都无法满足。通过对有关数据的分析，可以了解铜炉渣中的废渣有部分铜是以冰铜珠的方式夹杂在铁橄榄石和四氧化三铁矿颗粒之间，该部分矿无法通过选别的方法进行回收。但是如果采取其他方式会导致铜的投入成本难以满足经济性和环保性的考虑，为此则不需要通过其他的选别方式对尾渣进行进一步回收利用。但是尾渣可以通过其他方式进行进一步综合利用，目前可以将其作为水泥原材料或是瓷砖的原材料，可以用于公路道路建设或是其他基础建设过程中，也可以作为瓷砖的原材料进行其他生产工作。

3 相关应用分析

案例一：对于原材料的矿渣进行选别时，主要将其分为两个系统，单个系统具有研磨和精矿的选别设备，每天能够处理3000t。在选别的过程中，选别厂所采用的研磨工艺主要为粗碎、半自磨和球磨组合工艺，研磨和选别工艺主要分为两段磨矿和选别，在选别过程中一段选别结束后，将其中的粗矿进行再磨进入到二段研磨选别工作中。该选别厂所采取的选别设备为粗颗粒机械搅拌式浮选机，脱水处理所应用的脱水工艺为浓缩脱水和过滤脱水工艺。在借助该设备对矿渣进行处理时，能够使得最终产物的同型矿品位高达25%左右，回收率也能够实现90%以上。

案例二：在对冶炼炉渣进行处理时，首先将炉渣转用到相关产地进行缓冷处理，然后对炉渣进行卸料，通过液压粉碎机将大块的炉渣进行破碎处理，将其炉渣的大小控制在300mm以下。该冶炼厂炉渣铜的存在形式主要为金属铜和硫化物的方式存在，在对其进行铜回收工艺设计时，主要设置为两段闭路破碎——两段磨矿破碎——两段选别的组合工艺。在实际生产的过程中，要根据矿物质的实际特性来调整选别工艺。有时选择两次扫选情况并进行旋流器分级，然后进行磨碎处理的方式进行选择。如果此时炉渣选出的矿物品的依然不高，需要再次进入两端细磨后，通过浮选工艺进行进一步的选别。通过这样的工艺流程能够使得铜矿渣处理过后的精矿中，铜的回收率提高至95%，并且铜金矿的频率也在29%以上。

案例三：冶炼厂所采用的冶炼工艺为熔炼——富氧底吹的工艺，其炉渣的来源为熔炼炉所产生的炉渣以及底吹炉所产生的炉渣。该冶炼厂对铜炉渣进行回收利用时所设计的工艺流程为三段开路破碎——两段磨矿选别的组合工艺。采用破碎机作为主要的破碎设备，对矿炉渣进行粗碎处理，然后采用圆锥破碎机对炉渣进行进一步的细碎，然后借助不同型号球磨机进行两次磨矿处理。在实际的选别工艺中，要根据实际情况和矿炉渣的特性来对工艺流程进行进一步的优化，将原有的二段精选工艺转换为“一粗二扫一精”的工艺流程。这样的方式能够使得铜炉渣中的铜品位得到显著提升，虽然铜的回收率依然在95%左右，但是其金矿品位可高达39%以上，实现高效的铜炉渣回收效率。

案例四：冶炼厂对铜矿进行冶炼时，采用的方法是闪速炉的熔炼方式，即“双闪工艺”。是在冶炼和吹炼工艺中都借助闪速炉进行冶炼工作，炉渣主要为闪速熔炉和闪速吹炼过程中的铜炉渣。在对铜炉渣进行处理时，采用粗磨和半自磨的联合碎磨方式对其进行磨矿处理工作，然后将磨碎的物料通过旋流机和溢流机进行快速浮选处理。在处理的过程中采用“一粗二扫一精”的传统工艺，对尾矿进行处理，以此得到铜精矿，其中铜的回收率在80%左右，品位约为25%。

由此可见，冶炼厂在对矿渣进行回收利用时，所采用的处理方式各不相同，无论是铜矿渣的研磨方式，还是具体的选别方法，在实际应用过程中所采用的工艺流程有很大的差别。这些不同的工艺流程会对最终铜矿的回收率和矿品位造成一定的影响，但是要考虑到铜矿在冶炼过程中的实际冶炼方法，以及冶炼后铜矿渣的工艺矿物学特性，综合考虑后选择最适宜的处理方式。通过对案例的工艺流程进行分析可以发现，在条件满足的前提下，选用三段开路破碎——两段磨矿选别的组合工艺，在铜矿渣的处理过程中，不仅能够使得回收矿的回收率保持在95%左右，更是能够有效地提高矿渣回收品位，使其高达35%以上。但是这样的工艺流程并不一定适用于所有的冶炼厂，需要对其铜矿渣进行分析后，选择适合的研磨方式，以提高铜的回收效率，并为冶炼厂带来经济效益。

4 结语

总的来说，随着时代的不断发展，无论是冶炼厂在生产过程中经济效益的提升，还是可持续发展理念的深入落实，都要求在矿产冶炼过程中需要对资源进行进一步的开发利用，使其矿产利用率达到最大化。在这样的背景下，必须要对铜冶炼过程中所产生的炉矿渣进行高效的处理，是其中所含的金属元素得到有效地提升。在具体的应用过程中要选择合适的选别工艺，将研磨工艺和选别工艺都要进行不断的优化，以此来提高矿渣中铜物质的回收利用效率。当然具体的工艺流程必须要结合实际情况，选择经济效益和环保效益更高的工艺流程，使得矿渣中最终提炼出的精矿的品位和回收率都得到有效提升。