俞獻(xiàn)林，袁津津

安徽友進(jìn)冠華新材料科技股份有限公司 安徽池州 247100

火 法冶煉是生產(chǎn)銅的主要工藝[1]，銅冶煉爐渣是火法冶煉生產(chǎn)銅的一種產(chǎn)物，每產(chǎn)出 1 t 銅約產(chǎn)出 3 t 爐渣，銅冶煉渣產(chǎn)量大，品位普遍高于大部分國(guó)內(nèi)礦石的銅品位[2]。銅冶煉爐渣根據(jù)火法冶煉工藝不同，分為貧化渣、熔煉渣、吹煉渣等；按冶煉設(shè)備不同，分為電爐渣、鼓風(fēng)爐渣、諾蘭達(dá)爐渣、反射爐渣、底吹爐渣、側(cè)吹渣、轉(zhuǎn)爐渣等；按冷卻方式不同，分為水淬渣、鑄渣機(jī)鑄渣、渣包緩冷渣等。銅冶煉爐渣作為一種“人造礦石”，其組成主要來(lái)自冶煉原料、助熔劑、還原劑，物質(zhì)組成隨冶煉過(guò)程的條件不同而有較大差異，化學(xué)成分比較復(fù)雜[3-4]。爐渣多呈黑褐色，表面具有金屬光澤，內(nèi)部結(jié)構(gòu)致密、脆而硬，品位較高的轉(zhuǎn)爐渣表面可以看到含銅顆粒[5-6]。

大量銅冶煉渣露天堆存，造成土地占用及環(huán)境污染等問(wèn)題。近幾年銅冶煉爐渣的利用率顯著提高，但綜合利用率低，銅冶煉渣高效回收對(duì)資源二次利用意義重大[7-8]。

影響銅冶煉渣回收的因素主要包括冶煉原料及工藝、渣型及渣性、冷卻方式和制度、選礦工藝等[9-10]。銅冶煉爐渣通過(guò)選礦實(shí)現(xiàn)綜合回收，得到銅精礦產(chǎn)品；尾礦含鐵較高，但主要以鐵橄欖石的形式存在，磁性鐵含量不高，回收經(jīng)濟(jì)價(jià)值不大，主要銷(xiāo)售水泥廠作為水泥生產(chǎn)的原料。

1 試樣性質(zhì)

試樣取自某銅冶煉廠爐渣堆場(chǎng)，分為側(cè)吹爐渣和轉(zhuǎn)爐渣，均采用 12 m3中冶寶鋼生產(chǎn)的焊接渣包進(jìn)行緩冷。側(cè)吹爐渣分別按 4、8、12 h 各選擇 5 個(gè)連續(xù)的渣包進(jìn)行自然緩冷，自然緩冷后，進(jìn)行加水噴淋冷卻，總緩冷時(shí)間均為 62 h；轉(zhuǎn)爐渣分別按 24、36、48 h 各選擇 5 個(gè)連續(xù)的渣包進(jìn)行自然緩冷，自然緩冷后，進(jìn)行加水噴淋冷卻，總緩冷時(shí)間均為 96 h。將不同自然緩冷時(shí)間的爐渣分類(lèi)倒渣取樣，為確保試樣的代表性，通過(guò)破碎錘破碎后采用挖取法多點(diǎn)取樣，所取試樣破碎篩分至 2 mm 以下，對(duì)破碎篩分好的試樣分別進(jìn)行縮分裝袋備用。

取自然緩冷時(shí)間 8 h 的側(cè)吹渣和自然緩冷時(shí)間 36 h 的轉(zhuǎn)爐渣，冶煉廠側(cè)吹渣和轉(zhuǎn)爐渣產(chǎn)量接近 5∶1，故本試驗(yàn)按側(cè)吹渣與轉(zhuǎn)爐渣 5∶1 配礦后開(kāi)展試驗(yàn)。為進(jìn)一步了解爐渣中的元素含量，對(duì)試樣進(jìn)行多元素分析，結(jié)果如表 1 所列。

表1 爐渣試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果Tab.1 Multi-element chemical analysis results of slag sample %

由表 1 可知：側(cè)吹渣銅含量為 1.09%，轉(zhuǎn)爐渣銅含量為 5.98%；側(cè)吹渣和轉(zhuǎn)爐渣按 5∶1 配礦后銅含量為 1.91%，其他含量較高的金屬元素分別是鐵和鋅，硫含量?jī)H為 0.98%；含量較高的氧化物為二氧化硅和氧化鋁。

為了進(jìn)一步探索該爐渣試樣中銅的賦存形式，對(duì)該試樣進(jìn)行銅物相分析，結(jié)果如表 2 所列。

表2 銅物相分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of copper phase %

由表 2 可知：該爐渣試樣中銅主要以硫化態(tài) (即冰銅) 的形式存在，分布率高達(dá) 65.63%；其次是金屬銅，分布率為 21.88%，氧化銅的分布率為 12.51%。硫化銅及金屬銅部分較好回收，氧化銅部分較難回收。

為進(jìn)一步探索爐渣磨礦后不同粒級(jí)銅的分布情況，對(duì)原礦磨至 -0.045 mm 占 80% 進(jìn)行篩分，結(jié)果如表 3 所列。

由表 3 可知，磨至 -0.045 mm 占 80% 的原礦不同粒級(jí)中銅的品位差別較大，-0.045 mm 粒級(jí)銅品位為1.57%；粒級(jí) -0.074 +0.045 mm 銅品位為 2.64%；粒級(jí) +0.074 mm 銅品位為 6.86%，產(chǎn)率為 2.95%，但分布率高達(dá) 10.59%。這主要是金屬銅較難磨細(xì)，+0.074 mm 粒級(jí)金屬銅占比大，導(dǎo)致品位升高。

表3 不同粒級(jí)下原礦中銅的分布Tab.3 Distribution of various-sized copper in raw ore

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試樣性質(zhì)表明該爐渣成分較復(fù)雜，鐵、二氧化硅及氧化鋁雜質(zhì)含量較高，氧化銅含量高。為確定該爐渣最佳回收條件，對(duì)其進(jìn)行粗選條件試驗(yàn)和開(kāi)路、閉路試驗(yàn)。

2.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度對(duì)銅冶煉渣的回收影響較大，細(xì)度不夠，有用礦物未充分單體解離，影響回收率；細(xì)度過(guò)細(xì)，導(dǎo)致泥化和有用礦物流失，影響精礦品位和回收率。以丁基黃藥和 Z-200 (用量分別為 80、20 g/t) 為組合捕收劑、松醇油為起泡劑 (20 g/t)，進(jìn)行磨礦細(xì)度試驗(yàn)，探索磨礦細(xì)度對(duì)浮選指標(biāo)的影響，并確定最佳磨礦細(xì)度。試驗(yàn)流程如圖 1 所示，試驗(yàn)結(jié)果如圖 2所示。

圖1 浮選條件試驗(yàn)流程Fig. 1 Process flow of flotation conditions test

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig. 2 Results of test for grinding fineness

由圖 2 可知：隨著磨礦細(xì)度 -0.045 mm 由 70%增加到 85%，浮選回收率和粗精礦品位均上升；當(dāng)細(xì)度大于 85% 后，回收率變化不大，粗精礦品位呈降低的趨勢(shì)。綜合考慮粗精礦品位和回收率，確定最佳磨礦細(xì)度為 -0.045 mm 占 85%。

2.2 藥劑種類(lèi)及配比試驗(yàn)

浮選回收捕收劑主要以丁基黃藥、Z-200 和 2 號(hào)油為主，對(duì)銅冶煉渣浮選捕收劑種類(lèi)和配比進(jìn)行探索試驗(yàn)。粗選試驗(yàn)流程如圖 1 所示。試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度 -0.045 mm 占 85%，松醇油用量為 20 g/t，捕收劑用量為 100 g/t。試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所列。

表4 捕收劑種類(lèi)試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of test for collector type

由表 4 可知：組合捕收劑的回收率高于單一捕收劑；隨著丁基黃藥用量的減少和 Z-200 用量的增加，粗精礦品位和回收率呈現(xiàn)先上升后減少的趨勢(shì)。當(dāng)丁基黃藥和 Z-200 按 4∶1 組合 (用量分別為 80、20 g/t) 用藥時(shí)，粗精礦品位和回收率均最高，分別為12.06% 和 81.40%。丁基黃藥對(duì)硫化礦捕收能力強(qiáng)，選擇性差；Z-200 選擇性強(qiáng)，同時(shí)兼具有起泡性能，對(duì)金屬銅能形成較穩(wěn)定的礦化泡沫，有利于金屬銅的回收。綜合考慮捕收劑采用丁基黃藥和 Z-200 按4∶1 組合用藥。

2.3 藥劑用量試驗(yàn)

捕收劑用量對(duì)選礦指標(biāo)影響較大，捕收劑用量不足，導(dǎo)致有用礦物不能充分回收，影響回收率；捕收劑用量過(guò)大，增加脈石等雜質(zhì)的上浮。在最佳磨礦細(xì)度為 -0.045 mm 占 85%，起泡劑松醇油用量為 20 g/t，丁基黃藥和 Z-200 按 4∶1 組合的條件下，進(jìn)行捕收劑用量試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如圖 3 所示。

圖3 捕收劑用量試驗(yàn)結(jié)果Fig. 3 Results of test for collector dosage

由圖 3 可知，隨著捕收劑用量的增加，回收率先快速上升，當(dāng)捕收劑用量大于 120 g/t 后，回收率增幅緩慢；粗精礦品位隨著捕收劑用量增加逐漸下降。綜合考慮回收率和粗精礦品位，粗選捕收劑用量選取 120 g/t，其中丁基黃藥和 Z-200 用量分別為 96、24 g/t。

2.4 不同緩冷條件浮選試驗(yàn)

爐渣的緩冷時(shí)間對(duì)爐渣中銅的回收影響很大，目前爐渣主要采用渣包緩冷工藝，熱液態(tài)熔融爐渣在渣包中充分緩冷，有利于爐渣中硫化態(tài)銅和金屬態(tài)銅顆粒遷移、聚集和長(zhǎng)大，有利于含銅礦物的單體解離。對(duì)試樣開(kāi)展不同自然緩冷時(shí)間的對(duì)比試驗(yàn)，轉(zhuǎn)爐渣選取自然緩冷 36 h 的試樣，側(cè)吹自然緩冷時(shí)間分別按 4、8、12 h 后進(jìn)行浮選對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果如表 5所列。

表5 側(cè)吹渣不同自然緩冷時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Results of test for side-blown slag at various natural slow cooling duration

由表 5 可知：隨著側(cè)吹渣自然緩冷時(shí)間的增加，粗精礦中銅的品位和回收率均升高，但上升幅度逐漸減小；自然緩冷 12 h 后，銅的回收率僅比自然緩冷 8 h 高 0.5 個(gè)百分點(diǎn)。綜合考慮生產(chǎn)渣包數(shù)量和浮選指標(biāo)，側(cè)吹渣自然緩冷時(shí)間選擇 8 h。

側(cè)吹渣自然緩冷 8 h，轉(zhuǎn)爐渣自然緩冷時(shí)間分別按 24、36、48 h 后進(jìn)行浮選對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表6 所列。

由表 6 可知：隨著轉(zhuǎn)爐渣自然緩冷時(shí)間的增加，粗精礦中銅的品位和回收率均升高，增幅逐漸減小；自然緩冷 36 h 以上，銅的回收率增幅減小。綜合考慮生產(chǎn)渣包數(shù)量和浮選指標(biāo)，轉(zhuǎn)爐渣自然緩冷時(shí)間選擇36 h。

表6 轉(zhuǎn)爐渣不同自然緩冷時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Results of test for converter slag at various natural slow cooling duration

綜上，不管是側(cè)吹渣還是轉(zhuǎn)爐渣，隨著自然緩冷時(shí)間的延長(zhǎng)，浮選粗精礦中銅的品位和回收率均逐漸升高，達(dá)到一定時(shí)間后增幅變小。這主要是因?yàn)樽匀痪徖鋭傞_(kāi)始時(shí)爐渣溫度較高，高于相變溫度，爐渣以熔融狀態(tài)存在，可通過(guò)溶解-沉淀形成結(jié)晶較好的半自形晶或自形晶，此時(shí)有利于含銅礦物遷移和聚集形成相對(duì)集中的獨(dú)立相，進(jìn)而有利于爐渣的單體解離和浮選回收；隨著自然緩冷時(shí)間延長(zhǎng)，渣包內(nèi)爐渣溫度降低，當(dāng)溫度低于相變溫度時(shí)，增加自然緩冷時(shí)間對(duì)浮選指標(biāo)的影響不大。

2.5 開(kāi)路試驗(yàn)

在上述粗選條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行浮選開(kāi)路試驗(yàn)，開(kāi)路試驗(yàn)流程和浮選條件如圖 4 所示，開(kāi)路試驗(yàn)結(jié)果如表 7 所列。

圖4 浮選開(kāi)路試驗(yàn)流程Fig. 4 Process flow of flotation open-circuit test

由表 7 可知，采用一粗二精二掃的開(kāi)路流程可獲得回收率為 68.91%、品位為 23.48% 的銅精礦產(chǎn)品，尾礦銅品位為 0.20%。

表7 浮選開(kāi)路試驗(yàn)結(jié)果Tab.7 Results of flotation open-circuit test %

2.6 閉路試驗(yàn)

在開(kāi)路試驗(yàn)中，對(duì)一精和掃選產(chǎn)生的中礦合并后進(jìn)行粒級(jí)分析，分析結(jié)果如表 8 所列。

表8 不同粒級(jí)下中礦中銅的分布Tab.8 Distribution of various-sized copper in middling

由表 8 可知：一精和掃選組成的中礦 -0.045 mm 粒級(jí)產(chǎn)率僅為 64.42%；+0.074 mm 以上粒級(jí)占比13.43%，品位為 4.83%，金屬分布率為 37.67%?？梢?jiàn)，粗粒級(jí)銅含量和金屬分布率較高。

在開(kāi)路試驗(yàn)條件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，分別開(kāi)展中礦不再磨和中礦再磨兩組閉路試驗(yàn)。閉路試驗(yàn)流程和浮選條件如圖 5 所示，試驗(yàn)結(jié)果如表 9 所列。

圖5 浮選閉路試驗(yàn)流程Fig. 5 Process flow of flotation closed-circuit test

表9 浮選閉路試驗(yàn)結(jié)果Tab.9 Results of flotation closed-circuit test %

由表 9 可知：閉路試驗(yàn)中，中礦再磨比中礦不再磨浮選指標(biāo)好，中礦再磨可獲得銅品位為 21.35%、回收率為 90.01% 的銅精礦；相比中礦不再磨，銅精礦品位和回收率分別提高了 0.25、1.97 個(gè)百分點(diǎn)。

3 結(jié)論

(1) 某冶煉爐渣分為側(cè)吹渣和轉(zhuǎn)爐渣，側(cè)吹渣銅含量為 1.09%，轉(zhuǎn)爐渣銅含量為 5.98%，側(cè)吹渣和轉(zhuǎn)爐渣按 5∶1 配礦后銅含量為 1.91%；銅除了主要以硫化物和銅金屬的形式存在，還存在部分氧化銅，鐵和二氧化硅含量較高。磨至 -0.045 mm 占 80% 后，粗粒級(jí)部分銅明顯富集，較難磨細(xì)的金屬銅在粗粒級(jí)中占比大。

(2) 側(cè)吹渣和轉(zhuǎn)爐渣按 5∶1 配礦，原礦銅含量為1.91%，磨礦細(xì)度在 -0.045 mm 占 85% 的條件下，經(jīng)過(guò)一粗二精二掃和中礦返回再磨，可獲得銅品位為 21.35%、回收率為 90.01% 的銅精礦。

(3) 磨礦細(xì)度和自然緩冷時(shí)間對(duì)選別指標(biāo)影響很大，一定范圍內(nèi)增加磨礦細(xì)度后，精礦品位和回收率均上升；隨著自然緩冷時(shí)間的增加，精礦品位和回收率均上升；丁基黃藥和 Z-200 組合捕收劑浮選效果優(yōu)于單一捕收劑；中礦再磨相比中礦不再磨回收效果好。