铜渣是铜高温火法冶炼过程中的产物，转炉渣是冰铜经转炉吹炼而产生的渣分，其性质由入炉铜精矿性质、冶炼操作条件和炉渣冷却速度而定，其主要成分是冶炼造渣时生成的铁硅酸盐矿物和磁铁矿，其次是残留的一些硫化铜矿物、金属铜及少量的氧化铜等，性质极其复杂。特别是铜火法冶炼工艺改革以后，使铜的硫化物减少、氧化物增加，导致铜渣的性质更为复杂，再加上受到转炉渣冷却等因素的影响，造成铜渣难选[1]。我国铜冶炼炉渣数量大，截止2013年底，各种铜冶炼炉渣产量1.2×104kt/a，含铜品位在0.5%~3%之间，铜金属量在150kt左右；含铁品位38%~45%之间，铁金属量4800kt左右[2]，长期堆存，不仅占用大量耕地，还会严重污染环境。随着冶炼技术的发展，高效率熔炼炉的应用，炉渣含金属量还有上升趋势。为了利用这些宝贵的铜铁资源，开发利用铜炉渣资源具有重要意义和十分可观的经济效益，许多冶炼厂相继配套建设了铜炉渣选矿厂，获得了良好的技术指标[3]。下文拟从某铜冶炼炉渣碎磨工艺设计方案比选入手，分析探讨不同碎磨工艺对流程通畅性、生产稳定性、渣选厂经济效益等不同程度的影响。
1炉渣性质及供料方式
1.1炉渣性质
本项目为新建一处理规模为2400t/d的渣选厂。炉渣多元素分析结果见表1及表2。
1.2供料方式
熔炼炉排出的炉渣通过渣溜槽至渣包，由渣包车运至渣缓冷场进行缓冷。经60h冷却后的炉渣通过渣包车倾倒至渣堆场，自然摔落后的渣约有80%的物料块度＜1000mm，大块物料主要为渣包壳，对渣场未摔碎的大块物料利用移动式液压锤碎机将其碎至500mm以下，再用前装机将常温状态下的炉渣就近送入附近的给料斗。
2碎磨工艺设计方案的比较
本炉渣未进行磨矿功指数测定，也未进行半自磨试验。根据现有渣选厂生产资料，同时借鉴同类型渣选厂的生产实践，参照国内外技术成果和发展趋势，来拟定碎磨工艺可能采用的方案。国内外大型渣选厂碎磨工艺选择，一般主要围绕“粗碎+（半）自磨+球磨”工艺与常规碎磨工艺，即“三段（也有二段或四段）一闭路破碎+球磨工艺”进行比较[4-5]。从本炉渣特性及工艺条件来看，可供比较的碎磨工艺也是这两种，具体如下。方案Ⅰ：粗碎—半自磨—球磨流程（以下简称半自磨工艺）。半自磨技术是目前国内外冶炼炉渣选矿厂碎磨作业中广泛采用技术，该技术于20世纪60年代逐渐成长起来，20世纪70年代发展迅速，并走向成熟。尤其是半自磨设备实现大型化后，为降低基建投资和生产费用、提高劳动生产率创造了条件，使得半自磨工艺在大型矿山选矿厂得以普遍采用。半自磨工艺的优点主要有：流程简单，生产环节少；设备数量少；厂房占地面积小；操作人员少；对含泥含水多的矿石有较强的适应性，不会出现常规碎磨工艺流程不畅通的问题；对环境友好，污染小；对大多数矿石具有选择性碎磨特点，有利于有用矿物与脉石的解离，从而改善选别性能。其缺点主要有：对给矿粒度组成变化和矿石硬度变化比较敏感，处理量波动大；生产调试时间较长；单位矿石耗电量一般偏高[6-7]。方案Ⅱ：常规碎磨工艺，即三段一闭路破碎-两段闭路球磨流程（以下简称老三段碎磨工艺）。常规碎磨工艺是半自磨工艺出现之前，矿山普遍采用的生产工艺。该工艺优点是：技术成熟，容易达产，生产系统相对稳定；电耗较低；设备作业率高。但该工艺对于含泥含水多的矿石容易出现设备及矿仓、筛网及漏斗堵塞，导致流程不畅通，因而需要增加洗矿系统。其他较为明显的缺点还包括：流程复杂，生产环节多，厂房占地面积大；粉尘污染严重（处理复杂）；设备维修保养工作量大，操作人员多；总的生产成本较高；且由于该工艺的细碎设备和干式闭路筛分设备台数太多，操作管理、设备维护及除尘的难度大；并且有破碎和筛分厂房以及往返的皮带廊、除尘设施等，建构筑物多，造成土建费用高。方案比较的统一工艺参数为：1）设计规模为2400t/d；2）考虑设计波动系数为1.2；3）最终磨矿细度-200目占90%；4）年工作日314d，每天3班，每班8h（粗碎每班6h）。两种工艺方案主要设备比较见表3。两种工艺方案的可比费用比较见表4。由表4可见，两种方案费用现值非常接近。半自磨工艺比常规老三段碎磨工艺少了中细碎和筛分的环节，故工艺流程较短，生产设备故障少，设备维修率低，建筑费用低，占地面积小，建设周期短，生产管理简单，产生的粉尘少，对环境友好。由于铜冶炼炉渣物料的特殊性，渣缓冷后金属铜在渣料中的嵌布粒度粗细很不均匀，有大量的粗颗粒金属铜在半自磨工艺中更不易过磨，从而更有利于铜的回收。此外，铜冶炼炉渣物料含铁较高,物料较为坚硬，块度均匀，而半自磨正好能充分利用这些特点，减少钢球和衬板的消耗。采用半自磨+球磨工艺来控制磨矿的细度，既能解决常规破碎因铜冶炼渣性质的变化（硬度大、密度大、夹渣铜块）导致中细碎设备生产能力不稳定、运转率低的重大难题，又能实现铜炉渣的高效选择性碎磨。目前，国外铜冶炼厂的炉渣处理已广泛采用半自磨技术，如芬兰奥托昆普公司的哈利亚瓦尔塔冶炼厂、加拿大诺兰达公司的霍恩冶炼厂、罗马尼亚巴亚马雷化学冶金公司、墨西哥卡纳内阿冶炼厂和土耳其萨姆松城的米勒冶炼厂。半自磨技术在这些冶炼厂的炉渣处理中均获得了成功的应用。另外，国内的江铜贵冶、山东祥光铜业以及白银有色、甘肃金川有色、铜陵有色和广西金川有色等铜冶炼炉渣选矿厂也采用了半自磨+球磨工艺，投产后均取得良好效果。大量生产实践表明这种工艺适合铜冶炼炉渣碎磨，且比常规碎磨工艺有明显优势。综上所述，本次碎磨工艺设计采用粗碎+半自磨+球磨工艺流程。
3结论
经过上述详细的碎磨工艺方案比较，虽然半自磨工艺与常规老三段工艺费用现值非常接近，但无论是从流程结构、还是从占地面积以及生产管理等方面，半自磨工艺都具有较明显的优势，另外结合现有国内外多个渣选厂的生产实践，半自磨工艺是比较适合铜冶炼炉渣的，因此，本渣选厂的碎磨工艺设计最终确定采用半自磨工艺流程。
作者：杨斌 魏欣欣 单位：中国瑞林工程技术有限公司