某銅冶煉爐渣中銅的回收試驗研究

俞獻林，袁津津

安徽友進冠華新材料科技股份有限公司 安徽池州 247100

火 法冶煉是生產銅的主要工藝[1]，銅冶煉爐渣是火法冶煉生產銅的一種產物，每產出 1 t 銅約產出 3 t 爐渣，銅冶煉渣產量大，品位普遍高于大部分國內礦石的銅品位[2]。銅冶煉爐渣根據火法冶煉工藝不同，分為貧化渣、熔煉渣、吹煉渣等；按冶煉設備不同，分為電爐渣、鼓風爐渣、諾蘭達爐渣、反射爐渣、底吹爐渣、側吹渣、轉爐渣等；按冷卻方式不同，分為水淬渣、鑄渣機鑄渣、渣包緩冷渣等。銅冶煉爐渣作為一種“人造礦石”，其組成主要來自冶煉原料、助熔劑、還原劑，物質組成隨冶煉過程的條件不同而有較大差異，化學成分比較復雜[3-4]。爐渣多呈黑褐色，表面具有金屬光澤，內部結構致密、脆而硬，品位較高的轉爐渣表面可以看到含銅顆粒[5-6]。

大量銅冶煉渣露天堆存，造成土地占用及環境污染等問題。近幾年銅冶煉爐渣的利用率顯著提高，但綜合利用率低，銅冶煉渣高效回收對資源二次利用意義重大[7-8]。

影響銅冶煉渣回收的因素主要包括冶煉原料及工藝、渣型及渣性、冷卻方式和制度、選礦工藝等[9-10]。銅冶煉爐渣通過選礦實現綜合回收，得到銅精礦產品；尾礦含鐵較高，但主要以鐵橄欖石的形式存在，磁性鐵含量不高，回收經濟價值不大，主要銷售水泥廠作為水泥生產的原料。

1 試樣性質

試樣取自某銅冶煉廠爐渣堆場，分為側吹爐渣和轉爐渣，均采用 12 m3中冶寶鋼生產的焊接渣包進行緩冷。側吹爐渣分別按 4、8、12 h 各選擇 5 個連續的渣包進行自然緩冷，自然緩冷后，進行加水噴淋冷卻，總緩冷時間均為 62 h；轉爐渣分別按 24、36、48 h 各選擇 5 個連續的渣包進行自然緩冷，自然緩冷后，進行加水噴淋冷卻，總緩冷時間均為 96 h。將不同自然緩冷時間的爐渣分類倒渣取樣，為確保試樣的代表性，通過破碎錘破碎后采用挖取法多點取樣，所取試樣破碎篩分至 2 mm 以下，對破碎篩分好的試樣分別進行縮分裝袋備用。

取自然緩冷時間 8 h 的側吹渣和自然緩冷時間 36 h 的轉爐渣，冶煉廠側吹渣和轉爐渣產量接近 5∶1，故本試驗按側吹渣與轉爐渣 5∶1 配礦后開展試驗。為進一步了解爐渣中的元素含量，對試樣進行多元素分析，結果如表 1 所列。

表1 爐渣試樣化學多元素分析結果Tab.1 Multi-element chemical analysis results of slag sample %

由表 1 可知：側吹渣銅含量為 1.09%，轉爐渣銅含量為 5.98%；側吹渣和轉爐渣按 5∶1 配礦后銅含量為 1.91%，其他含量較高的金屬元素分別是鐵和鋅，硫含量僅為 0.98%；含量較高的氧化物為二氧化硅和氧化鋁。

為了進一步探索該爐渣試樣中銅的賦存形式，對該試樣進行銅物相分析，結果如表 2 所列。

表2 銅物相分析結果Tab.2 Analysis results of copper phase %

由表 2 可知：該爐渣試樣中銅主要以硫化態 (即冰銅) 的形式存在，分布率高達 65.63%；其次是金屬銅，分布率為 21.88%，氧化銅的分布率為 12.51%。硫化銅及金屬銅部分較好回收，氧化銅部分較難回收。

為進一步探索爐渣磨礦后不同粒級銅的分布情況，對原礦磨至 -0.045 mm 占 80% 進行篩分，結果如表 3 所列。

由表 3 可知，磨至 -0.045 mm 占 80% 的原礦不同粒級中銅的品位差別較大，-0.045 mm 粒級銅品位為1.57%；粒級 -0.074 +0.045 mm 銅品位為 2.64%；粒級 +0.074 mm 銅品位為 6.86%，產率為 2.95%，但分布率高達 10.59%。這主要是金屬銅較難磨細，+0.074 mm 粒級金屬銅占比大，導致品位升高。

表3 不同粒級下原礦中銅的分布Tab.3 Distribution of various-sized copper in raw ore

2 試驗結果與分析

試樣性質表明該爐渣成分較復雜，鐵、二氧化硅及氧化鋁雜質含量較高，氧化銅含量高。為確定該爐渣最佳回收條件，對其進行粗選條件試驗和開路、閉路試驗。

2.1 磨礦細度試驗

磨礦細度對銅冶煉渣的回收影響較大，細度不夠，有用礦物未充分單體解離，影響回收率；細度過細，導致泥化和有用礦物流失，影響精礦品位和回收率。以丁基黃藥和 Z-200 (用量分別為 80、20 g/t) 為組合捕收劑、松醇油為起泡劑 (20 g/t)，進行磨礦細度試驗，探索磨礦細度對浮選指標的影響，并確定最佳磨礦細度。試驗流程如圖 1 所示，試驗結果如圖 2所示。

圖1 浮選條件試驗流程Fig. 1 Process flow of flotation conditions test

圖2 磨礦細度試驗結果Fig. 2 Results of test for grinding fineness

由圖 2 可知：隨著磨礦細度 -0.045 mm 由 70%增加到 85%，浮選回收率和粗精礦品位均上升；當細度大于 85% 后，回收率變化不大，粗精礦品位呈降低的趨勢。綜合考慮粗精礦品位和回收率，確定最佳磨礦細度為 -0.045 mm 占 85%。

2.2 藥劑種類及配比試驗

浮選回收捕收劑主要以丁基黃藥、Z-200 和 2 號油為主，對銅冶煉渣浮選捕收劑種類和配比進行探索試驗。粗選試驗流程如圖 1 所示。試驗條件：磨礦細度 -0.045 mm 占 85%，松醇油用量為 20 g/t，捕收劑用量為 100 g/t。試驗結果如表 4 所列。

表4 捕收劑種類試驗結果Tab.4 Results of test for collector type

由表 4 可知：組合捕收劑的回收率高于單一捕收劑；隨著丁基黃藥用量的減少和 Z-200 用量的增加，粗精礦品位和回收率呈現先上升后減少的趨勢。當丁基黃藥和 Z-200 按 4∶1 組合 (用量分別為 80、20 g/t) 用藥時，粗精礦品位和回收率均最高，分別為12.06% 和 81.40%。丁基黃藥對硫化礦捕收能力強，選擇性差；Z-200 選擇性強，同時兼具有起泡性能，對金屬銅能形成較穩定的礦化泡沫，有利于金屬銅的回收。綜合考慮捕收劑采用丁基黃藥和 Z-200 按4∶1 組合用藥。

2.3 藥劑用量試驗

捕收劑用量對選礦指標影響較大，捕收劑用量不足，導致有用礦物不能充分回收，影響回收率；捕收劑用量過大，增加脈石等雜質的上浮。在最佳磨礦細度為 -0.045 mm 占 85%，起泡劑松醇油用量為 20 g/t，丁基黃藥和 Z-200 按 4∶1 組合的條件下，進行捕收劑用量試驗。試驗結果如圖 3 所示。

圖3 捕收劑用量試驗結果Fig. 3 Results of test for collector dosage

由圖 3 可知，隨著捕收劑用量的增加，回收率先快速上升，當捕收劑用量大于 120 g/t 后，回收率增幅緩慢；粗精礦品位隨著捕收劑用量增加逐漸下降。綜合考慮回收率和粗精礦品位，粗選捕收劑用量選取 120 g/t，其中丁基黃藥和 Z-200 用量分別為 96、24 g/t。

2.4 不同緩冷條件浮選試驗

爐渣的緩冷時間對爐渣中銅的回收影響很大，目前爐渣主要采用渣包緩冷工藝，熱液態熔融爐渣在渣包中充分緩冷，有利于爐渣中硫化態銅和金屬態銅顆粒遷移、聚集和長大，有利于含銅礦物的單體解離。對試樣開展不同自然緩冷時間的對比試驗，轉爐渣選取自然緩冷 36 h 的試樣，側吹自然緩冷時間分別按 4、8、12 h 后進行浮選對比試驗。試驗結果如表 5所列。

表5 側吹渣不同自然緩冷時間試驗結果Tab.5 Results of test for side-blown slag at various natural slow cooling duration

由表 5 可知：隨著側吹渣自然緩冷時間的增加，粗精礦中銅的品位和回收率均升高，但上升幅度逐漸減小；自然緩冷 12 h 后，銅的回收率僅比自然緩冷 8 h 高 0.5 個百分點。綜合考慮生產渣包數量和浮選指標，側吹渣自然緩冷時間選擇 8 h。

側吹渣自然緩冷 8 h，轉爐渣自然緩冷時間分別按 24、36、48 h 后進行浮選對比試驗，試驗結果如表6 所列。

由表 6 可知：隨著轉爐渣自然緩冷時間的增加，粗精礦中銅的品位和回收率均升高，增幅逐漸減小；自然緩冷 36 h 以上，銅的回收率增幅減小。綜合考慮生產渣包數量和浮選指標，轉爐渣自然緩冷時間選擇36 h。

表6 轉爐渣不同自然緩冷時間試驗結果Tab.6 Results of test for converter slag at various natural slow cooling duration

綜上，不管是側吹渣還是轉爐渣，隨著自然緩冷時間的延長，浮選粗精礦中銅的品位和回收率均逐漸升高，達到一定時間后增幅變小。這主要是因為自然緩冷剛開始時爐渣溫度較高，高于相變溫度，爐渣以熔融狀態存在，可通過溶解-沉淀形成結晶較好的半自形晶或自形晶，此時有利于含銅礦物遷移和聚集形成相對集中的獨立相，進而有利于爐渣的單體解離和浮選回收；隨著自然緩冷時間延長，渣包內爐渣溫度降低，當溫度低于相變溫度時，增加自然緩冷時間對浮選指標的影響不大。

2.5 開路試驗

在上述粗選條件試驗的基礎上進行浮選開路試驗，開路試驗流程和浮選條件如圖 4 所示，開路試驗結果如表 7 所列。

圖4 浮選開路試驗流程Fig. 4 Process flow of flotation open-circuit test

由表 7 可知，采用一粗二精二掃的開路流程可獲得回收率為 68.91%、品位為 23.48% 的銅精礦產品，尾礦銅品位為 0.20%。

表7 浮選開路試驗結果Tab.7 Results of flotation open-circuit test %

2.6 閉路試驗

在開路試驗中，對一精和掃選產生的中礦合并后進行粒級分析，分析結果如表 8 所列。

表8 不同粒級下中礦中銅的分布Tab.8 Distribution of various-sized copper in middling

由表 8 可知：一精和掃選組成的中礦 -0.045 mm 粒級產率僅為 64.42%；+0.074 mm 以上粒級占比13.43%，品位為 4.83%，金屬分布率為 37.67%。可見，粗粒級銅含量和金屬分布率較高。

在開路試驗條件優化的基礎上，分別開展中礦不再磨和中礦再磨兩組閉路試驗。閉路試驗流程和浮選條件如圖 5 所示，試驗結果如表 9 所列。

圖5 浮選閉路試驗流程Fig. 5 Process flow of flotation closed-circuit test

表9 浮選閉路試驗結果Tab.9 Results of flotation closed-circuit test %

由表 9 可知：閉路試驗中，中礦再磨比中礦不再磨浮選指標好，中礦再磨可獲得銅品位為 21.35%、回收率為 90.01% 的銅精礦；相比中礦不再磨，銅精礦品位和回收率分別提高了 0.25、1.97 個百分點。

3 結論

(1) 某冶煉爐渣分為側吹渣和轉爐渣，側吹渣銅含量為 1.09%，轉爐渣銅含量為 5.98%，側吹渣和轉爐渣按 5∶1 配礦后銅含量為 1.91%；銅除了主要以硫化物和銅金屬的形式存在，還存在部分氧化銅，鐵和二氧化硅含量較高。磨至 -0.045 mm 占 80% 后，粗粒級部分銅明顯富集，較難磨細的金屬銅在粗粒級中占比大。

(2) 側吹渣和轉爐渣按 5∶1 配礦，原礦銅含量為1.91%，磨礦細度在 -0.045 mm 占 85% 的條件下，經過一粗二精二掃和中礦返回再磨，可獲得銅品位為 21.35%、回收率為 90.01% 的銅精礦。

(3) 磨礦細度和自然緩冷時間對選別指標影響很大，一定范圍內增加磨礦細度后，精礦品位和回收率均上升；隨著自然緩冷時間的增加，精礦品位和回收率均上升；丁基黃藥和 Z-200 組合捕收劑浮選效果優于單一捕收劑；中礦再磨相比中礦不再磨回收效果好。