銅爐渣緩冷工藝試驗研究

摘要：銅冶煉渣的緩冷過程至關重要，對后續浮選工藝的影響很大。試驗對銅爐渣緩冷場相關工藝指標進行研究，找出影響緩冷時間的關鍵因素，從而優化現行緩冷制度，縮短渣包緩冷時間。初步試驗結果顯示，噴淋水量是影響渣包緩冷效果的重要因素之一，噴淋水溫和水質也會影響緩冷效果。因此，要優化噴淋工藝參數，改進渣包結構與材質，有效提高渣包的緩冷效率和產品質量。

關鍵詞：銅爐渣；緩冷工藝；噴淋水量；噴淋水質；噴淋水溫

中圖分類號：TD952 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2025）02-000-03

Experimental Study on Slow Cooling Process of Copper Slag

DU Yuyang

（Gansu Vocational amp; Technical College of Nonferrous Metallurgy， Jinchang 737100， China）

Abstract： The slow cooling process of copper smelting slag is crucial and has a significant impact on the subsequent flotation process. In this experiment， the research is conducted on the process indicators related to the slow cooling field of copper slag， and the key factors affecting the slow cooling time are identified， so as to optimize the current slow cooling system and shorten the slow cooling time of slag ladles. Preliminary experimental results show that the spray water volume is one of the important factors affecting the slow cooling effect of slag ladles， and the spray water temperature and quality also affect the slow cooling effect. Therefore， it is necessary to optimize the spray process parameters， improve the structure and material of slag ladles， and effectively enhance the slow cooling efficiency and product quality of slag ladles.

Keywords： copper slag; slow cooling process; spray water volume; spray water quality; spray water temperature

銅的用途十分廣泛，一直是電氣?輕工?機械制造?交通運輸?電子?郵電和軍工等行業不可缺少的原材料[1]。近40年來，世界銅需求量和產量迅速增長[2]，作為銅消費和進口大國，我國97%以上的銅由火法冶煉生產[3]，冶煉后產生的銅渣數量巨大，逐年增加，其中含有大量可利用的金屬礦物。銅冶煉渣進入渣選礦流程前，必須對熔融狀態的銅爐渣進行冷卻[4]。銅爐渣的冷卻方式對渣中銅礦物的選礦回收指標起著決定性作用[5]。研究表明，爐渣的冷卻作業作為銅渣選礦生產中極其重要的工序，直接影響爐渣中銅礦物的可磨性、渣選流程的穩定性及選礦回收的指標[4]。簡而言之，緩冷工藝是對高溫爐渣進行保溫緩冷處理，促使爐渣中的銅礦物緩慢冷卻時晶粒逐漸增大，物相結構發生有利變化。緩冷效果好，含銅礦物結晶顆粒粗大，嵌布粒度粗，銅物相與脈石礦物易于單體解離，有利于含銅礦物的富集；反之，將嚴重影響浮選效果，降低回收率，甚至無法富集出合格的銅精礦。

某選礦企業原設計的渣包緩冷時間為56 h（含自然緩冷、噴淋）。然而，在實際生產中，受冶煉工藝、渣型等因素的影響，銅冶煉渣緩冷時間按56 h進行控制時出現紅芯包的可能性極大，特別是閃速爐渣紅芯包出現比例較高，存在重大安全風險。為了解決這個問題，該選礦企業通過不斷的試驗和優化，最終確定更為合理的緩冷時間，即閃速爐渣的緩冷時間調整為68 h，轉爐渣的緩冷時間調整為80 h。這一調整雖然增加緩冷時間，但有效降低紅芯包現象的發生率，提高緩冷效果，保障安全生產。在當前的生產條件下，銅渣的年產生量有近60萬t。按照現有的緩冷制度，渣緩冷作業基本可以滿足生產要求。然而，隨著該選礦企業新爐的即將投產，新渣的產出量將大幅增加至近130萬t。因此，要對銅渣緩冷場進行改造擴建，進一步優化緩冷工藝，使得緩冷能力滿足生產需求。針對上述問題，試驗開展銅爐渣緩冷場安全提產擴能關鍵技術研究，通過緩冷方式分析影響當前緩冷時間的原因，并通過系統的條件試驗（如緩冷過程的噴淋水量、水質、時間等）對現行的緩冷制度進行優化，以期縮短渣包緩冷時間，提升銅渣緩冷場處理能力，同時確保不影響渣系統浮選指標。這一目標的實現對于提升緩冷場整體的安全生產能力和選礦企業渣選系統的提質增效具有重要意義，也對冶煉環節的順暢生產具有積極作用，特別是為企業新爐投產后爐渣的及時緩冷提供保障，避免爐渣無法及時排放而制約冶煉生產。

1 試驗部分

1.1 試驗目標

試驗目標主要有4點。一是找出影響緩冷時間的關鍵因素，力求縮短緩冷時間，緩解當前渣包緊張的問題；二是考察噴淋水量對渣包冷卻效果的影響；三是了解不同水質、空冷時間對渣包冷卻效果的影響；四是根據條件，開展噴淋水溫對渣包緩冷效果的影響研究。

1.2 試驗方法

選取渣包位，通過選定渣包位上的噴淋水管的電磁閥或手閥來控制水量。緩冷過程按照緩冷操作規程進行渣包緩冷試驗，目前，試驗均保持空冷時間6 h，之后進行水冷。試驗開始后，多點測定渣包外壁溫度并做好記錄。為保證測溫數據的準確性，每組試驗均做重復性驗證。

2 試驗結果與分析

2.1 緩冷時間試驗

為了探索縮短緩冷時間的可能性，在現場緩冷條件不變的情況下，將閃速爐渣的緩冷時間由72 h直接壓縮至65 h，轉爐渣和事故爐渣的緩冷時間由82 h壓縮至75 h。通過跟蹤監測渣包外壁溫度變化，考察翻包情況。

2.1.1 閃速爐渣緩冷試驗

選取5個閃速爐渣包進行閃速爐渣緩冷試驗。試驗發現，渣包放置于渣包位后，隨著爐渣的持續散熱，渣包外壁溫度呈現先升高再降低的趨勢。閃速爐渣緩冷時間為3～5 h時，渣包外壁的最高溫度一般集中在390～450 ℃。閃速爐渣緩冷時間為6 h，空冷后開始水冷，渣包外壁溫度快速降低，閃速爐渣緩冷時間為13～15 h，渣包外壁溫度小于100 ℃，如圖1所示。此后，渣包外壁溫度變化極為緩慢。此過程受渣包老化程度、實際噴淋水量、渣包放置位置等因素的影響，存在較為明顯的個體差異。

試驗選取5個閃速爐渣包，緩冷65 h后翻包，有3個渣包位出現紅芯包現象，總體緩冷效果不佳。試驗表明，在不改變緩冷條件的情況下，單純壓縮緩冷時間的做法是不可行的。特別是在翻包環節，具有較大的不安全性。此外，還對閃速爐渣包的噴淋水量進行測定。結果發現，水量差別較大，最大水量為2.08 m3/h，最小水量為1.14 m3/h。經分析，原因可能為水壓隨著管路的延長而降低，或者部分管路結疤堵塞。試驗發現，紅芯包的出現與噴淋水量小具有一定的相關性，但部分渣包相關性不密切。這是因為渣包緩冷過程復雜且緩冷本身受多種因素綜合作用，存在一定的個體差異。

2.1.2 轉爐渣與事故爐渣緩冷試驗

在轉爐渣緩冷試驗中，由于其本身性質穩定且緩冷時間總體較長，其溫度變化趨勢總體與閃速爐渣近似。當緩冷時間由82 h壓縮至75 h時，3個渣包均未出現紅芯包現象。這表明轉爐渣在較短緩冷時間內也能夠保持良好的冷卻效果。在事故爐渣緩冷試驗中，2個事故爐渣包在翻包時同樣未出現紅芯包現象。但是，事故爐渣受生產影響較大，渣型不確定性明顯且產量較少。因此，事故爐渣的緩冷工藝還需要進一步的研究和探索。

2.2 噴淋水量探索試驗

當前，生產任務較重，渣包周轉存在一定困難，已經對渣緩冷生產和冶煉等環節造成一定的制約。因此，在此基礎上開展增大噴淋水用量的探索試驗。試驗發現，增大噴淋水量，可將閃速爐渣渣包緩冷時間壓縮至65 h。不同水量梯度條件下，對比不同噴淋水量的緩冷效果，如表1所示。結果發現，在一定范圍內，增大噴淋水量可以顯著降低渣包外壁溫度并縮短緩冷時間，但當噴淋水量增加到一定程度時，繼續增大水量對緩冷時間的縮短作用并不明顯。因此，在實際操作中，要合理控制噴淋水量，以達到最佳緩冷效果。

2.3 不同渣型緩冷特性的比較

對比閃速爐渣、轉爐渣和事故爐渣的緩冷特性，結果發現，閃速爐渣是緩冷的主要渣型，其緩冷時間較短；轉爐渣本身性質穩定，緩冷時間總體較長；事故爐渣受生產影響較大，渣型不確定性明顯。因此，在實際操作中，要根據不同渣型的特性，制定相應的緩冷工藝參數，以確保最佳的緩冷效果。

2.4 噴淋水質的影響

噴淋水質是影響渣包緩冷效果的重要因素。如果噴淋水含有較多的雜質或腐蝕性物質，就可能會加速噴淋設備的磨損和腐蝕，從而影響噴淋效果。此外，雜質還可能附著在渣包表面，影響熱量的傳遞和散發，進而影響渣包的冷卻速度。

2.5 噴淋水溫的影響

噴淋水溫也是影響渣包緩冷效果的一個重要因素。一般來說，水溫越低，噴淋時帶走的熱量越多，渣包冷卻速度也就越快[2]。然而，在實際操作中，水溫調節受到多種因素的制約，如環境溫度、設備條件等。因此，要在不同水溫條件下進行噴淋，觀察并記錄渣包外壁溫度的變化，分析翻包后渣包的內部結構和成分變化。這將有助于更準確地了解水溫對渣包緩冷效果的影響機制，并為制定更加科學合理的噴淋水溫控制策略提供依據。

3 結論

根據該選礦企業的銅爐渣緩冷工藝試驗結果，噴淋水量是影響渣包緩冷效果的重要因素之一，噴淋水溫和水質也會影響緩冷效果。然而，銅爐渣緩冷工藝涉及多個因素的綜合作用，未來仍需要進一步進行研究。總體來看，要優化噴淋工藝參數，改進渣包結構與材質，有效提高渣包的緩冷效率和產品質量。

參考文獻

1 朱祖澤，賀家齊.現代銅冶金學[M].北京：科學出版社，2003.

2 周松林，耿聯勝.銅冶煉渣選礦[M].北京：冶金工業出版社，2014.

3 余志翠.選礦技術在銅渣綜合利用中的應用[J].中國高新技術企業，2016（28）：157-158.

4 薛 晨，張 鈴，楊采文.銅冶煉爐渣冷卻工藝及設備研究進展[J].現代礦業，2021（5）：1-5.

5 徐 明，劉炯天.銅渣浮選回收銅的研究進展[C]//2010中國礦業科技大會.2010.

收稿日期：2024-12-03

基金項目：甘肅省教育廳2024年高校教師創新基金項目“金川銅爐渣選礦的磨礦工藝參數及浮選指標試驗研究”（2024B-389）。

作者簡介：杜宇陽（1990—），男，甘肅山丹人，講師。研究方向：礦物加工、教育教學。