铜冶炼炉渣缓冷工艺技术应用实践

万为军

广西南国铜业有限责任公司 广西 扶绥县532103

摘要：铜火法冶炼炉渣选矿后返回熔炼炉，是炉渣资源综合利用的重要手段，提高全厂铜回收率；缓冷工艺是矿渣选矿前的重要工序，对缓冷效果和选矿指标有很大影响。目前，各种铜铸炉渣缓冷装置采用的技术方案各有优缺点。论述了各种炉渣缓冷装置的渣包布置、设备配置及新技术的应用实践，为铜铸渣缓冷装置方案的选择提供了参考依据，并展望了炉渣缓冷工艺技术的关键发展方向。

关键词：铜冶炼；炉渣；缓冷

引言

铜火法冶炼过程产生大量含有铜、铁、金、银等贵重金属的熔渣，并从中提取出在熔渣过程中富集的贵重金属，取得了明显的经济效益和环境效益。矿渣中铜相矿物原料的组成和形状对矿渣的选矿过程至关重要。熔融渣的冷却过程使分散的硫化铜和铜渣颗粒在凝固后逐渐增大到一定的粒度，便于粉碎过程中有用晶体的离解，提高了渣的回收率。所有选矿所得的铜精矿均返回熔炼炉进行再熔炼，提高了熔炼厂的铜回收率，以前建造的用于还原炉渣的贫化电炉基本被彻底淘汰。目前，绝大多数的铜冶炼厂安装了渣选矿厂和相应的炉渣缓冷装置，由于面积大，设备和技术多种多样，需要增设堆渣，对总体规划方案有很大影响；确定整个缓冷过程需要综合考虑系统的不同影响要素。

1.炉渣缓冷原因分析与缓冷设备

1.1缓冷原因分析

通过浮选精矿法使铜渣中的铜浓度得到富集，因为在渣冷却过程中会形成机械分离的硫化铜和金属铜颗粒，由于其表面的物理和化学性质不同，铜颗粒会从渣中分离出来。铜熔渣实际上是一种人造矿石，其颗粒大小和相组成主要取决于冷却速率，也取决于铜的回收程度。在相变温度下缓慢冷却将生长出铜矿物颗粒，并在浮选过程中提供良好的铜捕集率。

1.2缓冷设备

（1）渣包车。渣包车用于收集、运输和卸载渣包和敲包。主要由司机室和后装载车组成。目前，渣包车类型主要基于不同的装载结构，分为背包式和框架式。

（2） 渣包。渣包是铜渣缓冷的必要设备。渣包本身必须长期处于高温环境中，承受高达数十吨的负荷，经常被高温液体析出，并在卸载过程中受到撞击。大型铜铸造厂一般采用12m3渣包，框架结构关键有结构铸渣包和焊接渣包。结构铸渣包首先有两种分类。有一种是传统式结构渣包，其中包括包体、耳轴、支架、倾翻部分和支撑脚；另外一种是新型高效结构渣包，其中包括包体、耳轴、加强板组、倾翻头和多个支撑脚。两种之间的关键差别主要在于，新构造增强了倾翻凸台。焊渣包主要包含平底焊渣包和球底焊渣包。平底焊渣包状若倒锥体，壁面上设有若干环板和直角加劲肋，大体呈完整版的栅格构造。球底焊渣包底端选用半球体基本结构，壁面基本结构与平底焊渣包近似。

（3） 清水泵。清水泵指的用来向渣包供水设施，通常选用自吸泵。因为缓冷场地相对较大，渣包内缓冷区域比较少，为确保充足的冷却水，产品型号一定要相对较大。除此之外，因为循环过程渣包冷却水补给水主要为选矿厂回用废液（如铜水冷却水、硫酸处理水等），水质差，建议使用不锈钢叶轮。

2.空冷制度研究

熔渣从冶炼炉进入渣包后，炉渣温度约为1250～1300℃。实践和研究表明，1000℃以上炉渣的缓冷对矿渣中铜粉末的生长速度非常重要。自然冷却速率越慢，铜相粒子的固体颗粒越大，铜渣的回收利用越大。从企业安全生产的层面来讲，熔化铜渣须要自然冷却到外表面凝结后，才可淋水加快冷却了。假如直接喷在渣层外表面，会很容易引发爆破意外事故。所以，出料后，应先将渣包竖立开来，一点一点自然冷却。按照炉渣主要成分的差异，常用铸渣的空冷时间通常为6～16h，炉渣的空冷时间一般情况小于或等于24h。在例外情况下，须要延缓空气冷却时间。炉渣中铜含量越高，炉渣的焓越高，放热越低。根据炉渣中铜含量的波动情况，有必要适当调整空冷时间。文献研究表明，当炉渣粘度较大时，不利于铜颗粒在熔渣中的自由扩散和生长，从而影响结晶生长的效果；此外，钙、锌、镁等微量元素对缓冷渣的影响也不容忽视。

大多数缓冷厂的渣包风冷和水冷都是在渣包的同一位置进行的，风冷壳的位置是动态变化的。由于渣包的风冷通常是在室外组织的，在雨雪天气，渣包实际上进入了水冷阶段，没有风冷，这会影响渣的缓冷效果，有爆破的风险。

3.水冷控制技术

风冷结束后，等渣面凝固，出现相对较厚的凝固层，从渣顶用喷嘴加入冷却水，加速冷却。水冷期应尽可能缩短，以缩短总冷却时间，加快渣包周转速度，否则需要大量增加渣包数量和保持正常生产所需的面积。各公司水冷式时间的选择都不尽相同，但在中国公司大部分在50H左右吧.在某些渣包中，较经济的注水循环过程通常为2~4m3/h，循环水泵冷却水通常为工厂内工业废水，排水管长时间使用会形成结垢会影响流量，采用的截面积须要适度修缮。水冷时间结束的可见标示是炉渣壁面环境温度小于等于50℃，关键标示是炉渣彻底自然冷却。在实际厂家生产中，注意观察到渣包壁面温度不高于20℃，但渣包核心仍维持“红心”熔化状态。这是因为渣中Fe

3O4的含量很高，形成了一个致密的壳层，阻碍了渣体主体与含有熔融渣的外部空气或冷却水之间的热交换，在接触水的情况下，会发生爆炸。因此，为了保证实际生产中的安全，通常分两个阶段进行缓冷，第一阶段是入水，第二阶段是在干燥的卸渣地点。此外，当炉渣中的CaO含量超过6%或超过4%时，出现“红芯”的可能性会增加。研究实践表明，控制合理的炉料用量和炉况，可有效减少“红心”的产生。目前判断水冷完成的主要方法取决于系统计时和人工测温的结合，因为渣包有可能发生放炮，人工测温通过冷却场时有一定的安全风险。采用固定红外温度计测量炉渣外壁温度，间接反映炉渣内部温度，可达到非常高的准度，但其在炉渣堆放位置的精度要求非常高，且每堆炉渣均需设置测温计，导致制作成本高。

4.渣包制造工艺

渣包制造工艺包括两种铸造渣包和焊接渣包，其中大部分目前在运行中的炉渣缓冷装置都为铸造渣包，其材料多为ZG230-450渣体。将热渣倒入渣包中后，渣侧壁温度呈现逐渐升高，然后连续降低的变化趋势；针对缓慢冷却模式下铸造渣包的温度场和热疲劳研究发现，在渣包的急冷或加热下，温度梯度过大是影响渣包寿命的主要外界原因；通过优化渣包体结构、材料和生产工艺，可以最大限度地消除应力裂缝的形成。翟恒东等人发明了焊接渣包，解决了铸渣包的功耗高、焊接性比较低的问题，渣包采用合金强度低的板材制成，在使用过程中不易产生结构变化，据悉，在抗应力方面性能较好。目前，就项目建设投资成本方面而言，与铸造渣包相比，焊接渣包的成本更高。从总体布置来看，缓冷渣场应尽可能布置在人员较少的区域，并注意避开附近的道路和人口密集区。渣壳寿命的日常管理和定期监测对安全生产也非常重要。

结语

铜冶炼渣的缓冷工艺围绕着高利用率、安全性、可靠性、智能性和高效性方向不断发展，形成了多种独特的工艺。可以通过对不同技术组合的分析和优化来选择或重新设计的缓冷工艺，使其得到最佳利用。炉渣冷却技术的应用对提高铜炉渣综合提取效率具有重要作用，但仍存在一系列理论和技术问题阻碍了更高质量的发展。

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