铜熔炼渣缓冷工艺管理及改进

何桂荣

（铜陵有色设计研究院有限责任公司，安徽 铜陵 244000）

随着铜冶炼技术的发展，尤其是现代炼铜工艺采取强化熔炼等措施，炉渣含铜品位特别高，比如闪速熔炼炉渣含铜一般在1.5%～2%，因此，将熔炼炉渣进行回收利用成为铜冶炼企业的必然选择。目前铜熔炼渣处理主要采用渣选矿工艺，此工艺需建设渣缓冷场，占地面积大，一次性投资高，但尾矿含铜可以控制在0.25%以内，所以，通过渣选矿可大大提高铜的回收率，提高资源综合利用率，增加企业的经济利益［1～3］。

铜熔炼炉渣作为一种人造矿石，其选矿工艺较自然矿石选矿多了一道渣缓冷工序。虽然渣缓冷是渣选矿的配套部分，但是对渣选矿指标却有直接的影响，因此，研究渣缓冷工艺对优化渣选矿指标有着积极的意义。

1 渣缓冷工艺及主要设施

1.1 渣缓冷工艺

铜熔炼炉产出的炉渣通过渣溜槽排入渣包中，渣包装好炉渣后，用专用的渣包车运到渣缓冷场进行冷却，经2～8 h（根据天气状况以及渣含铜情况进行判断）自然缓冷后，开启冷却水进行喷淋冷却，再水冷50～55 h，渣包外壁温度低于50℃，缓冷过程结束。缓冷完毕后的炉渣通过渣包车倾倒至堆渣场，自然跌落高差约为3 m，缓冷以后的炉渣约80%物料块度不大于1 000 mm，大块物料主要为渣包壳，装载机将常温状态下的炉渣送入粗矿仓格筛，对渣场未摔碎的大块物料利用自由行走的液压锤碎机将其碎至450 mm以下，使其通过格筛，落入粗矿仓。铜熔炼渣缓冷工艺流程如图1所示。

图1 渣缓冷工艺流程图

冷却水由给水泵输送到喷淋主管网，再经过喷淋管直接向盛渣的渣包喷淋，喷淋水从渣包溢流出后经过地沟返回到配水井，再到回水池，最后到达冷水池，冷水池的水经过回水泵打到冷却塔，水经过冷却后再由给水泵输送至缓冷管网，冷却水不断循环使用。当然在使用过程中有部分水会蒸发而消耗，所以需要根据回水池液位适时补给新水。

1.2 渣缓冷主要设施

以国内某年产40万t矿产阴极铜冶炼厂为例，每年产出熔炼渣约115万t，其渣缓冷系统主要设备见表1。

表1 渣缓冷系统主要设备及参数

目前用于铜熔炼渣缓冷的渣包主要有铸造渣包和球底焊接渣包两种类型，两种渣包底部均设计了地脚，有利于渣包散热。球底焊接渣包是近10 a才投入铜冶炼缓冷系统的新型渣包。以每个渣包采购价约25万元进行计算，某冶炼厂400个渣包的费用约1亿元，由此可见，渣包的初期投入资金比较高。因此，要从渣包的装入率、渣包装入量、缓冷时间以及渣包的安全使用等方面综合考虑，确定合理的渣包使用数量。

渣包所盛炉渣的温度高达1 280℃，而渣包盛渣和喷淋这种急热急冷的过程，对渣包的损伤特别大，因此需要对渣包进行及时点检维修。用于铜熔炼渣缓冷的铸造渣包开裂主要是因为渣包内的应力集中导致，目前国内有些冶炼厂采取的做法是在渣包使用一段时间后尤其是渣包维修后放置在自然环境中空置足够长的时间，一般在1个月以上，用于消除残余应力。

图2 喷淋桥架示意图

缓冷场水蒸汽较大且水质偏差，对喷淋桥架、冷却塔钢结构等设施的腐蚀非常严重。国内某冶炼厂喷淋桥架如图2所示，喷淋桥架全部为钢结构且点检维修通道位置偏高，气动阀分散布置在喷淋桥架上部区域。正常生产过程中，出于安全考虑一般不安排除锈防腐，只有在大修或中修时才有机会对喷淋桥架进行除锈防腐加固，使用几年以后喷淋桥架因腐蚀严重而存在较大的安全隐患，当维修损坏的气动阀时或点检作业时，人员走在点检通道上极度不安全。

国内有些冶炼厂采用混凝土结构，把喷淋管固定在混凝土柱子上，气动阀集中布置，分布在每排喷淋系统的两侧，这样既减少了除锈防腐作业，又方便了气动阀的维修，同时大大降低了人员在现场点检作业时带来的安全风险。另外，每排供喷淋水的主管道，尽量不要全部焊接在一起形成一根超长管道，最好设计成每根管道5～6 m，管道之间用法兰连接，当管道腐烂以后，无需考虑吊车进入缓冷场进行吊装作业，可对腐烂的管道随时进行部分更换且维修非常方便。

2 渣缓冷技术特点、存在的问题及对策

2.1 渣缓冷技术特点

闪速熔炼处理的铜精矿绝大部分为硫化矿，经过高温强化熔炼后产出含铜约68%的冰铜以及含铜1.5%～2%的炉渣，炉渣的温度一般在1 280℃左右，铁硅比在1.35左右。缓冷以后的铜熔炼渣是一种坚硬、耐磨的块状物料，主要为铁橄榄石、磁铁矿、非晶质钙铁硅酸盐、铁铝硅酸盐以及少量硫化物和金属合金。

熔炼炉渣作为一种人造矿石，可以通过对其形成过程进行控制，使其特性朝着有利于渣选矿的方向发展。渣选矿指标的好坏，很大程度上取决于对影响渣选矿因素的控制，比如铜矿物颗粒的大小，而铜矿物颗粒的大小又取决于缓冷方式、缓冷速度，因此，熔炼炉渣的缓冷方式、缓冷速度对提高渣选矿指标至关重要［4～6］。熔炼渣中的铜含量很少，自然条件下集聚很快，形成的颗粒细小且分散，如果用水急冷颗粒更细，而且会形成非晶质结构，很难选别出来。在渣包中保温缓冷，集聚的铜矿物颗粒借助扩散、凝聚作用会逐渐变大，冷却速度越慢，铜矿物颗粒越大，越有利于单体解离，但自然缓冷的时间不宜过长，否则会导致炉渣的硬度提高，不利于破碎和磨矿，合理的炉渣缓冷速度为每分钟下降1℃。

2.2 渣缓冷存在的问题及对策

铜熔炼渣在缓冷过程中存在放炮事故的隐患，渣包放炮时飞溅出的炉渣会损坏周边的设备、设施并极易引发火灾，尤其是威胁在炉渣飞溅范围内点检维修人员的人身安全。渣包放炮的主要原因是渣型不好以及未冷却好的液态炉渣接触到大量的水等。渣型不好导致放炮的危险性比较大，一般集中发生在两个阶段，即自然缓冷结束后开启喷淋水冷的10 h以内和倒渣作业时。未冷却好的液态炉渣导致放炮事故主要集中在自然缓冷结束后刚下水时以及倒渣作业时。减少渣包放炮的主要措施有：一是要控制好熔炼炉炉况，加强熔池管理，禁止排放的炉渣夹带铜锍；二是缓冷班组要加强与炉前班组的沟通交流，及时掌握炉渣含铜的情况，对于个别炉渣含铜较高的渣包延长自然缓冷时间；三是严格执行倒包前的渣包外壁温度检测工作，一般要求渣包外壁温度小于50℃方可进行倒渣作业。

铜熔炼渣经常在倒渣作业时出现“红心包”现象，即倒出发红的炉渣或未冷却好的液态炉渣。发红的炉渣如果直接进入破碎系统，会损坏破碎系统的运输皮带，未冷却好的液态炉渣与大量的水接触会发生放炮事故。导致“红心包”问题的主要因素是渣型、渣包缓冷时间、冷却水温度和水质等方面。一般在高温季节，为了满足熔炼系统的生产需要，渣包缓冷时间会相应减少，同时冷却水因蒸发量大导致水中钠离子等盐分富集阻止冷却水向炉渣内部渗透，从而产生“红心包”。减少“红心包”的主要措施有：一是控制好熔炼炉炉况，在炉况较差的高温季节，可以考虑适当降低熔炼炉的投料量来确保安全生产；二是尽量保证足够的渣包；三是喷淋水冷的初期要保证足够的冷却水量，炉渣急速降温会产生大量裂纹，可以使冷却水进入炉渣内部，提高缓冷速度；四是倒包前做好渣包控水工作，同时渣堆场地面铺设一层炉渣，防止倒渣作业时发生放炮事故。

缓冷场水蒸汽较多，尤其是冬季气温低时更为显著，整个缓冷场视线较差，所以要尽量减少人工操作，采用自动化程度较高的在线监控装置，通过温度传感器、控制器、气动阀等实现缓冷系统的自动控制和管理。一般将控制器设置在渣包上方，渣包外壁设有温度传感器，喷淋管上设有气动阀，通过温度传感器连接控制器和气动阀。生产过程中，红外测温仪对渣包温度进行在线监测，将温度信号传递给控制器，达到要求的温度时，控制器发出气动阀开启的信号，从而实现喷淋系统自动喷水，不仅避免了操作人员频繁进入缓冷场带来的安全风险，而且大大降低了操作人员的劳动强度。

3 结 语

铜是国民经济发展中重要的原材料，我国作为铜消费大国，铜资源却相对匮乏，对外依存度高。铜熔炼渣的回收利用不仅提高了有价金属的回收率，而且具有良好的经济效益。铜缓冷工艺对渣选矿选别指标的影响比较大，虽然这些年已经取得了很大进步，但还有进一步提升的空间，有些问题有待于继续探索：

1.缓冷制度的优化，研究不同渣型在不同气温条件下的自然缓冷时间、喷淋水冷时间以及喷淋水量等，确定较优的炉渣缓冷速度，使炉渣缓冷朝着有利于选别指标的方向发展，同时在确保安全的前提下尽量缩短冷却时间，提高渣包使用率。

2.缓冷场水蒸汽较大，白色污染较重，尤其是气温低时现场视线较差，虽然可以通过自动控制系统减少作业人员频繁进入缓冷场点检操作的劳动强度，但离绿色、智能、安全、环保的要求还有一定的差距。因此，如何解决缓冷场的水蒸汽问题，是冶炼厂所面临的共同难题，需要不断进行技术革新，确保缓冷工艺的生产安全可控。