銅熔煉渣緩冷工藝管理及改進

何桂榮

（銅陵有色設計研究院有限責任公司，安徽 銅陵 244000）

隨著銅冶煉技術的發展，尤其是現代煉銅工藝采取強化熔煉等措施，爐渣含銅品位特別高，比如閃速熔煉爐渣含銅一般在1.5%～2%，因此，將熔煉爐渣進行回收利用成為銅冶煉企業的必然選擇。目前銅熔煉渣處理主要采用渣選礦工藝，此工藝需建設渣緩冷場，占地面積大，一次性投資高，但尾礦含銅可以控制在0.25%以內，所以，通過渣選礦可大大提高銅的回收率，提高資源綜合利用率，增加企業的經濟利益［1～3］。

銅熔煉爐渣作為一種人造礦石，其選礦工藝較自然礦石選礦多了一道渣緩冷工序。雖然渣緩冷是渣選礦的配套部分，但是對渣選礦指標卻有直接的影響，因此，研究渣緩冷工藝對優化渣選礦指標有著積極的意義。

1 渣緩冷工藝及主要設施

1.1 渣緩冷工藝

銅熔煉爐產出的爐渣通過渣溜槽排入渣包中，渣包裝好爐渣后，用專用的渣包車運到渣緩冷場進行冷卻，經2～8 h（根據天氣狀況以及渣含銅情況進行判斷）自然緩冷后，開啟冷卻水進行噴淋冷卻，再水冷50～55 h，渣包外壁溫度低于50℃，緩冷過程結束。緩冷完畢后的爐渣通過渣包車傾倒至堆渣場，自然跌落高差約為3 m，緩冷以后的爐渣約80%物料塊度不大于1 000 mm，大塊物料主要為渣包殼，裝載機將常溫狀態下的爐渣送入粗礦倉格篩，對渣場未摔碎的大塊物料利用自由行走的液壓錘碎機將其碎至450 mm以下，使其通過格篩，落入粗礦倉。銅熔煉渣緩冷工藝流程如圖1所示。

圖1 渣緩冷工藝流程圖

冷卻水由給水泵輸送到噴淋主管網，再經過噴淋管直接向盛渣的渣包噴淋，噴淋水從渣包溢流出后經過地溝返回到配水井，再到回水池，最后到達冷水池，冷水池的水經過回水泵打到冷卻塔，水經過冷卻后再由給水泵輸送至緩冷管網，冷卻水不斷循環使用。當然在使用過程中有部分水會蒸發而消耗，所以需要根據回水池液位適時補給新水。

1.2 渣緩冷主要設施

以國內某年產40萬t礦產陰極銅冶煉廠為例，每年產出熔煉渣約115萬t，其渣緩冷系統主要設備見表1。

表1 渣緩冷系統主要設備及參數

目前用于銅熔煉渣緩冷的渣包主要有鑄造渣包和球底焊接渣包兩種類型，兩種渣包底部均設計了地腳，有利于渣包散熱。球底焊接渣包是近10 a才投入銅冶煉緩冷系統的新型渣包。以每個渣包采購價約25萬元進行計算，某冶煉廠400個渣包的費用約1億元，由此可見，渣包的初期投入資金比較高。因此，要從渣包的裝入率、渣包裝入量、緩冷時間以及渣包的安全使用等方面綜合考慮，確定合理的渣包使用數量。

渣包所盛爐渣的溫度高達1 280℃，而渣包盛渣和噴淋這種急熱急冷的過程，對渣包的損傷特別大，因此需要對渣包進行及時點檢維修。用于銅熔煉渣緩冷的鑄造渣包開裂主要是因為渣包內的應力集中導致，目前國內有些冶煉廠采取的做法是在渣包使用一段時間后尤其是渣包維修后放置在自然環境中空置足夠長的時間，一般在1個月以上，用于消除殘余應力。

圖2 噴淋橋架示意圖

緩冷場水蒸汽較大且水質偏差，對噴淋橋架、冷卻塔鋼結構等設施的腐蝕非常嚴重。國內某冶煉廠噴淋橋架如圖2所示，噴淋橋架全部為鋼結構且點檢維修通道位置偏高，氣動閥分散布置在噴淋橋架上部區域。正常生產過程中，出于安全考慮一般不安排除銹防腐，只有在大修或中修時才有機會對噴淋橋架進行除銹防腐加固，使用幾年以后噴淋橋架因腐蝕嚴重而存在較大的安全隱患，當維修損壞的氣動閥時或點檢作業時，人員走在點檢通道上極度不安全。

國內有些冶煉廠采用混凝土結構，把噴淋管固定在混凝土柱子上，氣動閥集中布置，分布在每排噴淋系統的兩側，這樣既減少了除銹防腐作業，又方便了氣動閥的維修，同時大大降低了人員在現場點檢作業時帶來的安全風險。另外，每排供噴淋水的主管道，盡量不要全部焊接在一起形成一根超長管道，最好設計成每根管道5～6 m，管道之間用法蘭連接，當管道腐爛以后，無需考慮吊車進入緩冷場進行吊裝作業，可對腐爛的管道隨時進行部分更換且維修非常方便。

2 渣緩冷技術特點、存在的問題及對策

2.1 渣緩冷技術特點

閃速熔煉處理的銅精礦絕大部分為硫化礦，經過高溫強化熔煉后產出含銅約68%的冰銅以及含銅1.5%～2%的爐渣，爐渣的溫度一般在1 280℃左右，鐵硅比在1.35左右。緩冷以后的銅熔煉渣是一種堅硬、耐磨的塊狀物料，主要為鐵橄欖石、磁鐵礦、非晶質鈣鐵硅酸鹽、鐵鋁硅酸鹽以及少量硫化物和金屬合金。

熔煉爐渣作為一種人造礦石，可以通過對其形成過程進行控制，使其特性朝著有利于渣選礦的方向發展。渣選礦指標的好壞，很大程度上取決于對影響渣選礦因素的控制，比如銅礦物顆粒的大小，而銅礦物顆粒的大小又取決于緩冷方式、緩冷速度，因此，熔煉爐渣的緩冷方式、緩冷速度對提高渣選礦指標至關重要［4～6］。熔煉渣中的銅含量很少，自然條件下集聚很快，形成的顆粒細小且分散，如果用水急冷顆粒更細，而且會形成非晶質結構，很難選別出來。在渣包中保溫緩冷，集聚的銅礦物顆粒借助擴散、凝聚作用會逐漸變大，冷卻速度越慢，銅礦物顆粒越大，越有利于單體解離，但自然緩冷的時間不宜過長，否則會導致爐渣的硬度提高，不利于破碎和磨礦，合理的爐渣緩冷速度為每分鐘下降1℃。

2.2 渣緩冷存在的問題及對策

銅熔煉渣在緩冷過程中存在放炮事故的隱患，渣包放炮時飛濺出的爐渣會損壞周邊的設備、設施并極易引發火災，尤其是威脅在爐渣飛濺范圍內點檢維修人員的人身安全。渣包放炮的主要原因是渣型不好以及未冷卻好的液態爐渣接觸到大量的水等。渣型不好導致放炮的危險性比較大，一般集中發生在兩個階段，即自然緩冷結束后開啟噴淋水冷的10 h以內和倒渣作業時。未冷卻好的液態爐渣導致放炮事故主要集中在自然緩冷結束后剛下水時以及倒渣作業時。減少渣包放炮的主要措施有：一是要控制好熔煉爐爐況，加強熔池管理，禁止排放的爐渣夾帶銅锍；二是緩冷班組要加強與爐前班組的溝通交流，及時掌握爐渣含銅的情況，對于個別爐渣含銅較高的渣包延長自然緩冷時間；三是嚴格執行倒包前的渣包外壁溫度檢測工作，一般要求渣包外壁溫度小于50℃方可進行倒渣作業。

銅熔煉渣經常在倒渣作業時出現“紅心包”現象，即倒出發紅的爐渣或未冷卻好的液態爐渣。發紅的爐渣如果直接進入破碎系統，會損壞破碎系統的運輸皮帶，未冷卻好的液態爐渣與大量的水接觸會發生放炮事故。導致“紅心包”問題的主要因素是渣型、渣包緩冷時間、冷卻水溫度和水質等方面。一般在高溫季節，為了滿足熔煉系統的生產需要，渣包緩冷時間會相應減少，同時冷卻水因蒸發量大導致水中鈉離子等鹽分富集阻止冷卻水向爐渣內部滲透，從而產生“紅心包”。減少“紅心包”的主要措施有：一是控制好熔煉爐爐況，在爐況較差的高溫季節，可以考慮適當降低熔煉爐的投料量來確保安全生產；二是盡量保證足夠的渣包；三是噴淋水冷的初期要保證足夠的冷卻水量，爐渣急速降溫會產生大量裂紋，可以使冷卻水進入爐渣內部，提高緩冷速度；四是倒包前做好渣包控水工作，同時渣堆場地面鋪設一層爐渣，防止倒渣作業時發生放炮事故。

緩冷場水蒸汽較多，尤其是冬季氣溫低時更為顯著，整個緩冷場視線較差，所以要盡量減少人工操作，采用自動化程度較高的在線監控裝置，通過溫度傳感器、控制器、氣動閥等實現緩冷系統的自動控制和管理。一般將控制器設置在渣包上方，渣包外壁設有溫度傳感器，噴淋管上設有氣動閥，通過溫度傳感器連接控制器和氣動閥。生產過程中，紅外測溫儀對渣包溫度進行在線監測，將溫度信號傳遞給控制器，達到要求的溫度時，控制器發出氣動閥開啟的信號，從而實現噴淋系統自動噴水，不僅避免了操作人員頻繁進入緩冷場帶來的安全風險，而且大大降低了操作人員的勞動強度。

3 結 語

銅是國民經濟發展中重要的原材料，我國作為銅消費大國，銅資源卻相對匱乏，對外依存度高。銅熔煉渣的回收利用不僅提高了有價金屬的回收率，而且具有良好的經濟效益。銅緩冷工藝對渣選礦選別指標的影響比較大，雖然這些年已經取得了很大進步，但還有進一步提升的空間，有些問題有待于繼續探索：

1.緩冷制度的優化，研究不同渣型在不同氣溫條件下的自然緩冷時間、噴淋水冷時間以及噴淋水量等，確定較優的爐渣緩冷速度，使爐渣緩冷朝著有利于選別指標的方向發展，同時在確保安全的前提下盡量縮短冷卻時間，提高渣包使用率。

2.緩冷場水蒸汽較大，白色污染較重，尤其是氣溫低時現場視線較差，雖然可以通過自動控制系統減少作業人員頻繁進入緩冷場點檢操作的勞動強度，但離綠色、智能、安全、環保的要求還有一定的差距。因此，如何解決緩冷場的水蒸汽問題，是冶煉廠所面臨的共同難題，需要不斷進行技術革新，確保緩冷工藝的生產安全可控。