銅熔煉渣緩冷工藝管理及改進(jìn)

何桂榮

（銅陵有色設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，安徽 銅陵 244000）

隨著銅冶煉技術(shù)的發(fā)展，尤其是現(xiàn)代煉銅工藝采取強(qiáng)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(jìn)行回收利用成為銅冶煉企業(yè)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(shè)渣緩冷場(chǎng)，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(nèi)，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(yè)的經(jīng)濟(jì)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(duì)渣選礦指標(biāo)卻有直接的影響，因此，研究渣緩冷工藝對(duì)優(yōu)化渣選礦指標(biāo)有著積極的意義。

1 渣緩冷工藝及主要設(shè)施

1.1 渣緩冷工藝

銅熔煉爐產(chǎn)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(yùn)到渣緩冷場(chǎng)進(jìn)行冷卻，經(jīng)2～8 h（根據(jù)天氣狀況以及渣含銅情況進(jìn)行判斷）自然緩冷后，開啟冷卻水進(jìn)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(jié)束。緩冷完畢后的爐渣通過渣包車傾倒至堆渣場(chǎng)，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(jī)將常溫狀態(tài)下的爐渣送入粗礦倉格篩，對(duì)渣場(chǎng)未摔碎的大塊物料利用自由行走的液壓錘碎機(jī)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(wǎng)，再經(jīng)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(jīng)過地溝返回到配水井，再到回水池，最后到達(dá)冷水池，冷水池的水經(jīng)過回水泵打到冷卻塔，水經(jīng)過冷卻后再由給水泵輸送至緩冷管網(wǎng)，冷卻水不斷循環(huán)使用。當(dāng)然在使用過程中有部分水會(huì)蒸發(fā)而消耗，所以需要根據(jù)回水池液位適時(shí)補(bǔ)給新水。

1.2 渣緩冷主要設(shè)施

以國內(nèi)某年產(chǎn)40萬t礦產(chǎn)陰極銅冶煉廠為例，每年產(chǎn)出熔煉渣約115萬t，其渣緩冷系統(tǒng)主要設(shè)備見表1。

表1 渣緩冷系統(tǒng)主要設(shè)備及參數(shù)

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(shè)計(jì)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(tǒng)的新型渣包。以每個(gè)渣包采購價(jià)約25萬元進(jìn)行計(jì)算，某冶煉廠400個(gè)渣包的費(fèi)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(shí)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(shù)量。

渣包所盛爐渣的溫度高達(dá)1 280℃，而渣包盛渣和噴淋這種急熱急冷的過程，對(duì)渣包的損傷特別大，因此需要對(duì)渣包進(jìn)行及時(shí)點(diǎn)檢維修。用于銅熔煉渣緩冷的鑄造渣包開裂主要是因?yàn)樵鼉?nèi)的應(yīng)力集中導(dǎo)致，目前國內(nèi)有些冶煉廠采取的做法是在渣包使用一段時(shí)間后尤其是渣包維修后放置在自然環(huán)境中空置足夠長(zhǎng)的時(shí)間，一般在1個(gè)月以上，用于消除殘余應(yīng)力。

圖2 噴淋橋架示意圖

緩冷場(chǎng)水蒸汽較大且水質(zhì)偏差，對(duì)噴淋橋架、冷卻塔鋼結(jié)構(gòu)等設(shè)施的腐蝕非常嚴(yán)重。國內(nèi)某冶煉廠噴淋橋架如圖2所示，噴淋橋架全部為鋼結(jié)構(gòu)且點(diǎn)檢維修通道位置偏高，氣動(dòng)閥分散布置在噴淋橋架上部區(qū)域。正常生產(chǎn)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(shí)才有機(jī)會(huì)對(duì)噴淋橋架進(jìn)行除銹防腐加固，使用幾年以后噴淋橋架因腐蝕嚴(yán)重而存在較大的安全隱患，當(dāng)維修損壞的氣動(dòng)閥時(shí)或點(diǎn)檢作業(yè)時(shí)，人員走在點(diǎn)檢通道上極度不安全。

國內(nèi)有些冶煉廠采用混凝土結(jié)構(gòu)，把噴淋管固定在混凝土柱子上，氣動(dòng)閥集中布置，分布在每排噴淋系統(tǒng)的兩側(cè)，這樣既減少了除銹防腐作業(yè)，又方便了氣動(dòng)閥的維修，同時(shí)大大降低了人員在現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)檢作業(yè)時(shí)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)。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(zhǎng)管道，最好設(shè)計(jì)成每根管道5～6 m，管道之間用法蘭連接，當(dāng)管道腐爛以后，無需考慮吊車進(jìn)入緩冷場(chǎng)進(jìn)行吊裝作業(yè)，可對(duì)腐爛的管道隨時(shí)進(jìn)行部分更換且維修非常方便。

2 渣緩冷技術(shù)特點(diǎn)、存在的問題及對(duì)策

2.1 渣緩冷技術(shù)特點(diǎn)

閃速熔煉處理的銅精礦絕大部分為硫化礦，經(jīng)過高溫強(qiáng)化熔煉后產(chǎn)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(jiān)硬、耐磨的塊狀物料，主要為鐵橄欖石、磁鐵礦、非晶質(zhì)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(duì)其形成過程進(jìn)行控制，使其特性朝著有利于渣選礦的方向發(fā)展。渣選礦指標(biāo)的好壞，很大程度上取決于對(duì)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(duì)提高渣選礦指標(biāo)至關(guān)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(xì)小且分散，如果用水急冷顆粒更細(xì)，而且會(huì)形成非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，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(kuò)散、凝聚作用會(huì)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(shí)間不宜過長(zhǎng)，否則會(huì)導(dǎo)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(duì)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(shí)飛濺出的爐渣會(huì)損壞周邊的設(shè)備、設(shè)施并極易引發(fā)火災(zāi)，尤其是威脅在爐渣飛濺范圍內(nèi)點(diǎn)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(tài)爐渣接觸到大量的水等。渣型不好導(dǎo)致放炮的危險(xiǎn)性比較大，一般集中發(fā)生在兩個(gè)階段，即自然緩冷結(jié)束后開啟噴淋水冷的10 h以內(nèi)和倒渣作業(yè)時(shí)。未冷卻好的液態(tài)爐渣導(dǎo)致放炮事故主要集中在自然緩冷結(jié)束后剛下水時(shí)以及倒渣作業(yè)時(shí)。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(qiáng)熔池管理，禁止排放的爐渣夾帶銅锍；二是緩冷班組要加強(qiáng)與爐前班組的溝通交流，及時(shí)掌握爐渣含銅的情況，對(duì)于個(gè)別爐渣含銅較高的渣包延長(zhǎng)自然緩冷時(shí)間；三是嚴(yán)格執(zhí)行倒包前的渣包外壁溫度檢測(cè)工作，一般要求渣包外壁溫度小于50℃方可進(jìn)行倒渣作業(yè)。

銅熔煉渣經(jīng)常在倒渣作業(yè)時(shí)出現(xiàn)“紅心包”現(xiàn)象，即倒出發(fā)紅的爐渣或未冷卻好的液態(tài)爐渣。發(fā)紅的爐渣如果直接進(jìn)入破碎系統(tǒng)，會(huì)損壞破碎系統(tǒng)的運(yùn)輸皮帶，未冷卻好的液態(tài)爐渣與大量的水接觸會(huì)發(fā)生放炮事故。導(dǎo)致“紅心包”問題的主要因素是渣型、渣包緩冷時(shí)間、冷卻水溫度和水質(zhì)等方面。一般在高溫季節(jié)，為了滿足熔煉系統(tǒng)的生產(chǎn)需要，渣包緩冷時(shí)間會(huì)相應(yīng)減少，同時(shí)冷卻水因蒸發(fā)量大導(dǎo)致水中鈉離子等鹽分富集阻止冷卻水向爐渣內(nèi)部滲透，從而產(chǎn)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(jié)，可以考慮適當(dāng)降低熔煉爐的投料量來確保安全生產(chǎn)；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(huì)產(chǎn)生大量裂紋，可以使冷卻水進(jìn)入爐渣內(nèi)部，提高緩冷速度；四是倒包前做好渣包控水工作，同時(shí)渣堆場(chǎng)地面鋪設(shè)一層爐渣，防止倒渣作業(yè)時(shí)發(fā)生放炮事故。

緩冷場(chǎng)水蒸汽較多，尤其是冬季氣溫低時(shí)更為顯著，整個(gè)緩冷場(chǎng)視線較差，所以要盡量減少人工操作，采用自動(dòng)化程度較高的在線監(jiān)控裝置，通過溫度傳感器、控制器、氣動(dòng)閥等實(shí)現(xiàn)緩冷系統(tǒng)的自動(dòng)控制和管理。一般將控制器設(shè)置在渣包上方，渣包外壁設(shè)有溫度傳感器，噴淋管上設(shè)有氣動(dòng)閥，通過溫度傳感器連接控制器和氣動(dòng)閥。生產(chǎn)過程中，紅外測(cè)溫儀對(duì)渣包溫度進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，將溫度信號(hào)傳遞給控制器，達(dá)到要求的溫度時(shí)，控制器發(fā)出氣動(dòng)閥開啟的信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)噴淋系統(tǒng)自動(dòng)噴水，不僅避免了操作人員頻繁進(jìn)入緩冷場(chǎng)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，而且大大降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3 結(jié) 語

銅是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的原材料，我國作為銅消費(fèi)大國，銅資源卻相對(duì)匱乏，對(duì)外依存度高。銅熔煉渣的回收利用不僅提高了有價(jià)金屬的回收率，而且具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。銅緩冷工藝對(duì)渣選礦選別指標(biāo)的影響比較大，雖然這些年已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但還有進(jìn)一步提升的空間，有些問題有待于繼續(xù)探索：

1.緩冷制度的優(yōu)化，研究不同渣型在不同氣溫條件下的自然緩冷時(shí)間、噴淋水冷時(shí)間以及噴淋水量等，確定較優(yōu)的爐渣緩冷速度，使?fàn)t渣緩冷朝著有利于選別指標(biāo)的方向發(fā)展，同時(shí)在確保安全的前提下盡量縮短冷卻時(shí)間，提高渣包使用率。

2.緩冷場(chǎng)水蒸汽較大，白色污染較重，尤其是氣溫低時(shí)現(xiàn)場(chǎng)視線較差，雖然可以通過自動(dòng)控制系統(tǒng)減少作業(yè)人員頻繁進(jìn)入緩冷場(chǎng)點(diǎn)檢操作的勞動(dòng)強(qiáng)度，但離綠色、智能、安全、環(huán)保的要求還有一定的差距。因此，如何解決緩冷場(chǎng)的水蒸汽問題，是冶煉廠所面臨的共同難題，需要不斷進(jìn)行技術(shù)革新，確保緩冷工藝的生產(chǎn)安全可控。