銅冶煉爐渣回收選鐵的實踐和探索

謝鈿生，李帥偉

（赤峰金通銅業有限公司，內蒙古 赤峰 0240000）

1 引言

銅冶煉生產過程，會產生大量的爐渣，爐渣產量一般是銅產能的2～3倍，而且爐渣含有各類金屬元素，尤其是含銅仍較高，一般含銅0.5%～6%，甚至更高。如果直接棄渣，將造成大量銅金屬的損失，通常需要配套建設渣選礦回收銅金屬，使尾砂礦含銅控制在0.3%以下才進行棄渣［1-6］。尾礦屬于一般固廢，由于產量巨大，堆存困難。在我國南方地區，水泥廠等建材企業諸多，可以作為水泥廠等建材企業的輔料使用；在我國北方，水泥廠等建材企業分布較少，且因氣候影響，相關企業開工率低，造成銅冶煉爐渣市場需求非常有限，只能堆存，甚至額外增加成本進行處理。綜上所述，迫切需要開展爐渣綜合利用工藝研究開發。通過對爐渣的特性進行分析，結合各類回收利用資料及有關研究進展，發現爐渣除回收銅金屬外，最有可能的綜合利用方式是回收爐渣的鐵金屬。爐渣一般含鐵38%～47%，由于爐渣屬于人造礦石，且鐵金屬多以化合物的連生體特性存在，不同于礦山的原生鐵礦，爐渣極難選礦回收，這也導致當前爐渣回收選鐵技術仍停留在實驗研究階段。

銅冶煉爐渣因其特性，難以產出礦山原生鐵精礦品質，故選出的鐵精礦價格及市場仍有限。根據市場調研，爐渣生產的鐵精礦，產品品質的主要關鍵指標是含Fe品位、Zn元素含量，其中鐵精礦含量分為50%、55%、60%各點區間的不同品質，鋅為1%、2%各點區間的不同品質。

2 渣選礦工藝

金通銅業公司地處中國北部內蒙古赤峰，金通公司渣選廠設計處理能力為2000t/d，年處理爐渣約62萬t，其中熔煉渣53萬t，轉爐渣9萬t。銅冶煉火法是采用富氧側吹爐熔煉－智能數控吹煉爐吹煉－回轉式陽極爐火法精煉的生產工藝，側吹熔煉爐爐渣和智能數控吹煉爐爐渣經緩冷后渣選礦。采用SAB碎磨+中礦單獨再磨，磨礦產品經過兩次粗選、三次掃選、三次精選+中礦單獨再磨返回粗選選別工藝產出銅精礦，選銅尾礦進行磁選回收爐渣中的磁鐵礦。詳細工藝流程見圖1。

圖1 爐渣選礦工藝流程

3 爐渣特性

從元素組成看，爐渣主要由鐵、硅、氧組成，三種元素占總質量的80%以上，另外還含有銅、鋅等有色金屬元素及硫、磷、鉛、砷等有害雜質元素。從礦物組成看，銅渣的主要礦物組成是鐵橄欖石(Fe2SiO4)、磁鐵礦 (Fe3O4)及一些脈石組成的無定形玻璃體。銅渣中鐵主要存在于鐵橄欖石、磁鐵礦、鋅鐵尖晶石(ZnFe2O4)中，另有極少量以赤鐵礦、金屬鐵等形式存在［2-6］。選取2021年6月份的一批次的生產樣進行檢測分析，熔煉渣與吹煉渣按照5∶1混合選礦。

3.1 入選原礦的主要化學成分分析（表1和表2）

表1 爐渣的多組分分析結果

表2 鐵的化學物相分析結果 %

3.2 主要的礦物（相）組成及相對含量研究

原礦的X-射線衍射分析結果見圖2。由圖可知，產品中的物質主要為鐵橄欖石和磁鐵礦。

圖2 X-射線衍射分析結果（F-鐵橄欖石；M-磁鐵礦）

3.3 磁鐵礦嵌布分析

磁鐵礦是產品中主要的鐵礦物，磁鐵礦含雜較多，普遍含鋁、硅、鈦和鋅，少量含鈉、鎂、硫和鉻。磁鐵礦一般呈粒狀、不規則狀產出，部分呈魚骨狀及樹枝狀。磁鐵礦一般以單體形式產出（圖3）；此外，也有較多磁鐵礦與鐵橄欖石、玻璃質等連生（圖4和圖5），少量細粒磁鐵礦被包裹在其中；有時磁鐵礦與冰銅、硫化鉛和鋅鐵硫化物等硫化物連生（圖6）；有時磁鐵礦與鉛鐵硅酸鹽連生（圖7）。

圖3 磁鐵礦呈半自形粒狀單體產出

圖4 磁鐵礦與玻璃質、鐵橄欖石連生

圖5 磁鐵礦與鐵橄欖石、玻璃質和低冰銅連生

圖6 磁鐵礦（1）中包裹低冰銅（2）

圖7 磁鐵礦（1）與鉛鐵硅酸鹽（2）連生

3.4 爐渣中鐵的賦存狀態

鐵的元素平衡計算結果見表3。由表可知，鐵主要以鐵橄欖石和磁鐵礦的形式存在，分別占47.80%和47.73%，另有少量分布在玻璃質、硫化鐵、鋅鐵硫化物、冰銅等物質中。其中，硅酸鐵（鐵橄欖石、玻璃質和鉛鐵硅酸鹽）中的鐵占50.06%。

表3 鐵在各物質中的平衡配分 %

3.5 鐵相的解離特征研究

當浮選選銅給料細度為-0.045mm占84%時，開展鐵相的解離特征研究，測定磁鐵礦的單體解離度為50.79%，單體解離均不充分。磁鐵礦單體及與非金屬相富連生（＞1/2）部分占有率為75.33%，這部分磁鐵礦回收相對較好，測定結果見表4。同時對磁鐵礦嵌布粒度進行檢測，粒度分布均較細，集中分布在0.043mm以下，詳見表5。

表4 磁鐵礦的解離特征

表5 磁鐵礦的嵌布粒度

考慮到連生體部分是影響鐵選礦指標的重要因素，特對磁鐵礦的連生體部分的粒度進行了統計。統計結果顯示，磁鐵礦連生體集中分布在0.02～0.043mm之間，其中在-0.010mm粒級，磁鐵礦連生體的占有率高達10.53%（占總磁鐵礦5.18%）。這部分細粒銅、鐵主要與鐵橄欖石、玻璃質連生，較難單體解離。結果見表6。

表6 磁鐵礦連生體的嵌布粒度

4 渣選礦生產實踐

熔煉渣含銅為1%，轉爐吹煉渣含銅為4%，基于熔煉渣含銅低，設計了熔煉渣與轉爐渣按照4∶1進行混合選礦，采用渣緩冷和選礦工藝回收渣中的有價金屬銅。熔煉渣含鐵41%～45%，轉爐吹煉渣含鐵47%～51%，實際生產會根據兩種爐渣中主要的銅、鐵含量不同變化，采用不同配比后混選。通過對2021年1～10月的生產主要指標結合生產實際進行綜合分析，其中1～5月份為試生產階段，6月份以后轉正常生產。尾礦含銅初期設置在選鐵尾礦，指標的有效性及銅損節點不科學。6月份將尾礦含銅指標前置到選銅尾礦，經過近1年的實踐生產及優化，選銅尾礦含銅基本可控制在0.23%以下，較好保證了爐渣銅的回收率；鐵精礦品位也由最低45%提升到50%以上，且通過工藝控制優化及設備改造創新，磁選給礦鐵精礦產率達到40%以上，折算入選原礦鐵精礦產率可穩定在35%以上，主要指標詳見表7。

表7 2021年1～10月份主要生產工藝及指標

4.1 原料爐渣

通過對各班次生產數據統計發現，如果想要產出50%品位的鐵精礦：一是熔煉爐渣含鐵不應低于42%，否則混選配料下，也難以產出50%鐵精礦，且熔煉渣Fe/Si比不應低于1.5，爐渣SiO2不應高于30%；二是如果熔煉渣單選，爐渣含鐵不低于44%，否則難以產出50%品位鐵精礦。在實際生產中，熔煉渣與吹煉渣的配比，關鍵是要控制入選原礦含銅品位，不應高于3%，這樣既可以保證選銅各項指標穩定且良好；又可在此基礎上，進一步測算入選原礦含鐵品位，更加科學配料。通常入選原礦含鐵不低于43.5%，可產出50%以上品位鐵精礦，實現爐渣選礦回收銅、鐵經濟效益最大化。

4.2 濃度控制

根據磁選機設備設計要求，給礦濃度為25%～45%。在試生產階段，入磁選濃度偏高，最高達到50%，導致磁鐵礦跑尾高。雖然磁選機設計在分料箱上方有補水管，但因該位置距離入磁選滾筒距離過近，造成補水稀釋濃度不夠均勻。通過將調漿補水管改造前置到選銅尾礦溢流箱出口，提高了入磁選礦漿濃度均勻性，實際生產入磁選濃度控制為35%～45%，效果更佳。

4.3 細度控制

在試生產階段，各工藝控制條件不夠穩定，波動較大，入浮選濃度0.045mm僅占80%。6月份依據工藝礦物學研究基礎，進一步優化工藝控制，根據銅、鐵及化合物分布粒度范圍，強化磨礦濃度、適合的球比、細度指標控制，將入浮選細度提升了0.045mm占比達到84%以上，有效提高礦物解離效果。通過生產實踐，在保持成本可控條件下，制定了各磨礦環節細度控制要求：半自磨出口細度0.074mm占比50%以上，球磨機出口細度0.045mm占比75%以上，立磨機出口細度0.030mm占比90%以上，入浮選細度0.045mm占比83%以上，入磁選細度0.045占比80%以上。

4.4 磁選設備改進優化

初期使用的是CTB-1200×3000永磁筒式磁選機，其磁系由鐵氧體磁塊組成，適于分選強磁性礦物，根據各種礦物不同的比磁化系數，利用磁力進行分選。

經過近半年的生產，通過提高給礦含鐵品位，該磁選機可以產出50%品位鐵精礦，但通過試驗及比較分析可知：一是經磁選機選鐵后，尾礦含鐵仍很高，且磁性鐵含量高，表明磁鐵礦跑尾高；二是該磁選機產率偏低，通常是20%～27%，鐵回收率低。為此，在8月份開展了磁選機磁系場強試驗。研究表明該原料及工況條件下，磁系場強提升到2400GS更為適宜。8月份將磁選機的磁系場強由1500GS改造提升至2400GS，其磁系由稀土永磁磁塊組成；三是對磁選機鐵精礦卸料裝置進行技術創新改造，使磁選機高效卸料，卸料率超過99%。從9月、10月生產結果看，效果顯著，鐵精礦品位保持在50%以上，產率提升至35%以上，磁選尾礦含鐵品位也進一步降低。

4.5 優化建立完善生產管理體系

一是從生產管理著手，完善了生產管理標準、建立生產管理制度。廠部每天審批下發生產指令書，細化生產關鍵工藝控制參數的穩定性，選取合適的爐渣配比方案，保障選鐵原礦含鐵品位。二是強化生產工藝控制標準及參數設置，建立了《金通渣選廠選礦生產管理體系》手冊，精確組織生產管理。自6月份以來，持續每周開展生產分析例會，精準和系統地管控生產過程。三是強化設備預防保全管理，細化管道、泵類、磨機大型設備的維保，保障生產持續穩定運行。四是強化技術革新和科技攻關，以《爐渣選鐵提品增效綜合技術研究》課題為平臺，先后開展大量技術研究工作，強化技術方案的集智研討，提升技改效能，目前已申報2項發明專利。

5 結語

項目于2020年11月份投料試生產，采用熔煉渣與轉爐渣混選生產。經過近一年的生產實踐與優化改進，通過持續的技術攻關與優化，渣選主要技術經濟指標良好，尾礦含銅＜0.23%，爐渣混選回收選鐵效益顯著，鐵精礦品位從最低的45%提升到50%以上，產率從最初的10%不到提升到35%以上，大幅度實現尾礦減量化。按照目前鐵精礦產量及50%品位市價測算，僅鐵精礦產品為企業年增效益千萬元。

從當前的鐵精礦生產情況看，只達到鐵精礦第一階段的品質要求，根據有關資料與技術方案，結合爐渣的工藝礦物學研究，鐵精礦品質還有進一步的提升空間；另外針對轉爐渣含鐵已達到50%左右，如何在保障爐渣回收選銅各項指標下，更有效地回收選鐵與創造更高效益，還有待進一步研究、探索與實踐。