貴冶渣選指標的影響因素及分析

徐國華

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

江銅貴冶渣選礦車間是國內第一家閃速爐渣選礦廠，車間有兩個選別系列，一系列于2005年10月建成投產，二系列于2008年4月建成投產，雙系列日處理量6000t，銅精礦品位24%，尾礦含銅為0.26%，每年從冶煉廢渣中回收銅金屬量超過 8000t。

2 爐渣的基本性質

貴冶渣選處理的爐渣共計有四種，分別為緩冷貧化電爐渣、鑄造轉爐渣，以及緩冷閃速爐渣和緩冷轉爐渣。選別過程中，以上四種爐渣按照一定的比例混合而成，密度約3.7g/cm,混合渣中的銅金屬礦物主要有單質銅、類斑銅礦、輝銅礦、黃銅礦和鐵礦物包裹銅，以及硅酸鹽包裹銅；鐵礦物主要以磁鐵礦為主，另外還有微量的金屬鐵單質；混合渣物料中還有少量的磁黃鐵礦、黃鐵礦、方鉛礦、閃鋅礦等；脈石礦物主要為鐵橄欖石和非晶相物質，其中非晶相物質的物質組成極其復雜，礦物質地堅硬，易碎難磨，且嵌布粒度比較細［1］，具體見表1。

根據生產的實際物料配比取樣分析銅礦物的化學物相，結果如表2所示。

表1 混合渣主要化學元素分析結果

表2 銅爐渣銅的化學物相分析結果

數據顯示，銅物相主要是以單質銅、原生硫化銅、次生硫化銅為主，鐵礦物包裹銅和硅酸鹽包裹銅為輔。從相關科研院所的有關研究結果以及實際的生產實踐可以得出鐵礦物包裹銅和硅酸鹽包裹銅幾乎不能實現分離富集。因此，渣選的重點是盡可能回收單質銅、原生硫化銅、次生硫化銅中的銅金屬。

3 影響渣選指標的因素及分析

貴冶長期的生產實踐過程中，在選礦工藝不變，爐渣銅品位大致相同的情況下，渣選指標的波動較大，其根本原因是影響渣選指標的因素發生了改變，通過分析對比，歸納渣選指標的影響因素主要有以下幾個方面。

3.1 冶煉原料的影響

冶煉系統需要處理不同性質的銅精礦，具體包括硫化銅精礦、氧化銅精礦、渣選銅精礦、混合銅精礦（指一些難以用選礦方法富集的低品位銅精礦和高品位銅精礦混合到一起的銅精礦），以及其他冶煉或化工過程中二次提取的銅精礦。實踐表明，冶煉處理的原料由于性質的不同，最后會影響到渣選的選別效果，其中硫化銅精礦冶煉后的爐渣可選性較好，氧化銅精礦和渣選銅精礦次之，而摻有低品位難以用選礦方法富集的銅精礦和其他冶煉或化工過程中二次提取的銅精礦由于本身就不具有可選性，在冶煉造渣后的分選效果依然較差，說明冶煉原料對渣選指標有一定的影響。

在冶煉過程中，由于冶煉以及后續電解的工藝要求，在原料進入閃速爐之前，必須進行配料，對硫、銅、硅、鐵進行按比例添加，同時考慮其他元素對后續電解工藝的影響，如砷、碲、鉍等的含量也有要求，但是冶煉工序一般不會綜合考慮配料對后續渣選的影響，而原料中有部分元素在渣選中會對渣選指標產生一定的影響。如鉛、鋅等元素在渣中的含量雖然也有要求，但是范圍控制不如其他元素要求高，如果渣中含量過高，則會影響到渣選的浮選效率，特別是對渣選精礦品位產生影響。

另外，在緩冷制度不變的情況下，爐渣中Cu、SiO、Zn、CaO、Fe304等成分含量的變化，均會對緩冷效果生產影響，如緩冷效果差，則可能造成爐渣倒包時出現紅心、整包、粘包等現象，甚至出現渣包爆炸風險［2］，同時對渣選指標生產不利影響，所以在實際生產過程中，必須根據爐渣性質的變化及時調整相應的緩冷制度，保證緩冷效果。

3.2 不同爐渣品種的可選性差異

貴冶正常處理的是由四種不同的爐渣配比而成的混合渣，為了確定四種爐渣的單獨選別效果，對四種爐渣分別進行了開路浮選小型試驗，結果見表3。

表3 四種爐渣分別浮選結果

通過浮選試驗，可以大致確定，轉爐渣由于品位較高，浮選效果相應變差，其中一系統鑄造轉爐渣較二系統緩冷轉爐渣難選，主要原因是一系統轉爐渣采用鑄渣機鑄造，有用銅礦物結晶粒度細的原因造成，而閃速爐渣和電爐渣由于均采用緩冷處理，浮選效果大致相當，說明在貴冶處理的四種爐渣中，轉爐渣是影響渣選指標的重點因素，而鑄造轉爐渣對渣選指標的影響最大，主要原因是鑄造轉爐渣沒有經過自然緩冷過程，冷卻速度過快，冰銅與爐渣的分離效果惡化，致使銅礦物結晶粒度細而分散，并以較細的粒度嵌布于樹狀或針狀的其它礦物之中，且大部分與鐵礦物密切共生，還未形成相對集中的獨立相結晶體就與鐵及硅形成超細粒級的混合礦物，導致銅礦物可浮性降低［3］。

為了查明鑄造轉爐渣對指標影響的具體原因，通過取樣外送轉爐渣進行銅物相分析，結果如表4。

表4 一系統轉爐渣分析結果

分析結果顯示，在轉爐渣中銅的主要分布形式為硫化銅、氧化銅、金屬銅和鐵酸銅，其中硫化銅和金屬銅的可浮性較好，在正常浮選過程中，回收率一般在90%以上，氧化銅天然回收率較差，經過硫化和加強浮選捕收能力，回收率一般在70%左右，在所有銅當中，鐵酸銅最難選，根據目前掌握的資料顯示，鐵酸銅在自然界并不存在，屬于人造化合物，其浮選性質和銅的其他化合物完全不同，在目前條件下，沒有浮選藥劑可以對其進行捕收，即鐵酸銅的浮選回收率理論上為零，可以確定鐵酸銅是影響尾礦指標的重要因素。

為了驗證鐵酸銅的回收情況，我們對車間尾礦樣品取樣進行物相分析，結果如表5。

表5 渣選尾礦分析結果

對比礦轉爐渣的分析結果，以及結合現場生產指標情況分析，車間按正常比例進行配礦，即配礦比例為一系列比二系列7∶5，一系列電爐渣比轉爐渣4∶1計算，原礦中鐵酸銅的平均品位為0.11%左右，（不排除其他爐渣中也可能含有一部分鐵酸銅，但由于沒有分析，不作計算），尾礦中依然含有0.10%的鐵酸銅，再次證明鐵酸銅不具有分選效果，從而表明轉爐渣較其他爐渣更為難選。

3.3 冶煉爐況

生產實踐顯示，影響爐渣選礦指標的關鍵因素之一，就是冶煉爐況，有一些冶煉爐渣好選（在緩冷條件和品位相同的情況下），而有的很難選，對比他們之間的物相組成，區別主要在含硫品位的變化比較明顯，在銅品位相同的情況下，硫品位高則好選，品位低則難選，現在我們以S/Cu之間的比值來判斷爐渣的可選性，一般比值小于0.4以下，爐渣很難選，硫含量較高時更容易和銅結合生成次生硫化銅，所以比較好選，而硫較低時可能生成的硫化銅比例低或銅可能與氧結合生成氧化銅。根據上述內容，可以發現，當硫銅比很小時，銅金屬的氧化率會提高，相應浮選指標下降，表6是各種不同硫銅比條件下的浮選開路試驗結果。

表6 爐渣硫銅比對尾礦含銅的影響

從表6中可以得出結論，隨著硫銅比的下降，尾礦指標呈上升趨勢，當硫銅比＞0.4時，銅的氧化率相對較低，尾礦含銅品位比較低，有利于金屬銅的回收。

3.4 緩冷效果

正常情況下，爐渣通過排渣溜槽排入渣包中,用專用運輸車輛將熱渣包運輸到渣包緩冷場,放置在渣包位進行自然緩冷后,開冷卻水進行水冷至爐渣完全冷卻后進行翻包作業,自然緩冷時間和水冷時間之和稱為緩冷時間［4］。

目前爐渣選礦工藝，一般二段球磨細度在-0.043mm（即-325目），只要銅锍顆粒長大到這個數量級，在球磨后銅锍顆粒的表面就可暴露出來，在浮選藥劑的作用下，會上浮成礦化泡沫成為銅精礦，因此爐渣選別回收效果的關鍵取決于爐渣冷卻過程中礦物顆粒聚集的大小，而爐渣中晶粒的大小與爐渣的冷卻速度有著密切的關系，爐渣冷卻過程中，爐渣熔體的初析微晶可通過溶解、沉淀，長成結晶，同時有用礦物聚集并長大成相對集中的獨立相，但是此過程需要足夠的時間，所以要取得較好的渣選指標，就必須對爐渣進行緩冷處理。緩冷速度快，銅相晶體細小分散，而緩冷速度慢，銅相晶粒粗大集中，緩冷溫度區間在1080～1140℃之間較為適宜，在此區間溫度盡量保持足夠長的時間，可使晶粒聚集長大最好。

因此，延長爐渣液態緩冷時間，可以增加渣中機械夾雜的小銅锍顆粒相互吸引和長大的機會，便于在爐渣選礦中加以回收，而且銅锍顆粒的長大還可以降低渣選礦球磨的電耗和鋼球消耗（磨礦是為了使銅锍顆粒表面暴露在浮選藥劑下，銅锍顆粒越大，磨礦粒度就可以越粗，即可以少磨），提高爐渣中銅、金、銀的回收率。

但液體爐渣的緩冷是在自然條件下進行的，現實中不可能對渣包實施保溫措施，為了提高緩冷效果，應盡量選用較大容積的渣包。同時由于爐渣品種的不同，需要的自然緩冷時間也不一樣，并且隨著環境溫度的變化，緩冷時間也需要做相應的調整，為了最大程度地保證緩冷效果，就必須根據現場的實際情況來確定最佳緩冷時間，一般爐渣的自然緩冷效果隨著時間的推移而下降，銅顆粒聚集的速度減緩，最終達到平衡，效果最佳的時間段是在0～10h，在20～30h以后，銅結晶顆粒停止聚集長大，此時再延長自然緩冷則沒有如何效果，同時隨著銅品位的上升，需要的自然緩冷時間相應上升，并且當環境溫度發生變化時，自然緩冷時間相應的發生變化，氣溫上升則自然緩冷時間延長，下降則自然緩冷時間縮短，這主要和爐渣的自然冷卻速度有關，此外爐渣渣型的變化，如鐵、硅等含量變化以及造渣反應的程度均會影響到最佳自然緩冷時間。

綜上所述，在實際緩冷過程中，自然緩冷并不需要達到理論最大的自然緩冷時間，而應該根據不同渣的品種、品位、渣型、環境溫度以及經濟性能來綜合考慮，在合適的時間及時終止自然緩冷，進行噴淋快速冷卻，達到最佳的緩冷效果。

3.5 磨礦粒度

磨礦的主要作用是實現有用礦物的單體解離，以及提供合適后續選別的粒度，欠磨會使目的礦物的解離度不充分，造成有用礦物的流失，過磨則會導致礦物泥化，引起金屬流失［5］。在渣選過程中，我們一般將浮選原礦入選粒度控制在-325目占80%左右，在近幾年的生產實踐過程中，通過對原礦的粒度分析發現，同樣在-325目含量不變的前提下，車間指標變化較大，主要原因是存在明顯的過磨情況，物料中-10μm物料的含量過高，分析結果顯示，當物料中-10μm物料的含量超過30%時，將直接導致兩個后果，一是由于浮選過程-10μm物料的含量過高，物料的選擇性下降［6］，導致尾礦品位上升，同時精礦品位下降嚴重；二是由于細微顆粒沉降效果差，精礦濃密機溢流水跑渾嚴重，含有細粒級銅精礦的溢流水作為回水進入浮選系統，惡化了浮選指標。所以在渣選過程中，我們既要保證-325目含量達標，使礦物充分解離，又要控制10μm物料的含量在合理范圍，才能保證渣選指標。

4 結語

（1）渣選選別指標和冶煉原料之間存在一定的關系，不同的冶煉原料經冶煉之后其浮選特性不同，同時原料中的其他元素如鉛、鋅的含量會對渣選指標造成影響；

（2）不同品種的爐渣具有不同的浮選性能，品位高的爐渣相對品位低的爐渣，金屬回收率更高，但是尾礦品位也會相應上升，轉爐渣較閃速爐渣更為難選，主要是因為轉爐渣中銅礦物氧化率、以及爐渣中的鐵礦物包裹銅含量較高，會直接影響渣選品位；

（3）冶煉爐況對渣選指標具有明顯的影響，不同的爐況條件下產生的爐渣性質變化較大，其中最明顯的是由于冶煉反應的程度變化，爐渣中硫的含量波動較大，隨著硫銅比的變化，渣選指標波動較大；

（4）實施爐渣緩冷，延長自然緩冷時間是提高渣選指標的一個關鍵措施，在實際操作中，應該根據不同的渣性、品位、環境溫度等條件綜合確定最佳自然緩冷時間，取得最好的技經指標；

（5）磨礦粒度對渣選指標影響較大，在磨礦過程中既要保證有用礦物的單體解離，為后續提供合適選別的粒度，又要防止過磨導致礦物泥化。

［1］薛春華,鄭永興,董天龍. 銅渣浮選試驗研究[J].礦產綜合利用,2017(4):95-97.

［2］逢偉波.祥光銅業閃速熔煉爐渣選礦生產實踐與改進[J].有色冶金設計與研究, 2014(12):35-37.

［3］黃紅軍. 含銅爐渣晶相調控浮選新工藝研究[J].有色金屬(選礦部分), 2012(6):16-19.

［4］王國紅.銅冶煉爐渣緩冷技術研究與生產實踐[J].銅業工程,2014(4):27-30.

［5］段希祥,肖慶飛.碎礦與磨礦[M].北京:冶金工業出版社, 2012:1-5.

［6］韓偉,秦慶偉.從冶煉爐渣中提取銅鐵的研究[J].礦業工程, 2009,18(2):9-12.