铜熔炼渣贫化方法及技术经济分析.pdf

1 4 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m 玑c n 2 0 1 2 年3 期 d o i l O ．3 9 6 9 ／j ．豇I s n ．1 0 0 7 7 5 4 5 ．2 0 1 2 ．0 3 ．∞5 铜熔炼渣贫化方法及技术经济分析 边瑞民，袁俊智，陈俊华 东营方圆有色金属有限公司，山东东营2 5 7 0 9 1 摘要基于铜熔炼渣的物化特征，阐述了现代铜冶炼行业通常采用的渣贫化方法的工艺原理，尤其是通 过对广泛认可与采用的电炉和选矿法贫化工艺的技术经济参数与收益进行了分析比较。结果表明，采 用选矿法处理熔炼渣符合现代铜冶炼行业渣贫化技术的发展趋势，有利于企业效益的提高与长期发展。 关键词铜熔炼渣；贫化；技术经济；分析 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 2 0 3 一0 0 1 4 一0 4 D e p l e t i o no fC o p p e rS m e l t i n gS l a ga n dT e c h n o l o g i c a lE c o n o m yA n a l y s i s B I A NR u i m i n ，Y U A NJ u n _ z h i ，C H E NJ u n - h u a D o n g y i n gF a n g y u a nN o n f e r r o u sM e t a l sc o ．，L t d ，D o n g y i n g2 5 7 0 9 1 ，S h a n d o 唱，C h i n a A b s t r a c t T h ep r i n c i p l eo fs l a gd e p l e t i o np r o c e s sa p p l i e do nm o d e r nc o p p e rs m e l t i n gi n d u s t r yw a sp r e s e n t e d b a s e do nt h ep h y s i c a lc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so fc o p p e rs m e l t i n gs l a g ．T h ea n a l y s i sa n dc o m p a r i s o nw e r e s p e c i a l l yf o c u s e do nt h et e c h n i c a le c o n o m i cp a r a m e t e r sa n dp r o f i t so fe l e c t r i cf u r n a c ea n dm i n e r a lp r o c e s s i n gd e p l e t i o np r o c e s sw h i c hw e r ew i d e l ya c c e p t e da n du s e d ． T h er e s u l t ss h o wt h a tm i n e r a lp r o c e s s i n g p r o c e s si si na c c o r d a n c ew i t ht h ed e v e l o p i n gt r e n do fs l a gd e p l e t i o ni nm o d e r nc o p p e rs m e l t e ri n d u s t r y ，a n d i ti sa I s ob e n e f i c i a lt oe n t e r p r i s ed e v e l o p m e n ta n dl o n g t e r mi n t e r e s to fe n t e r p r i s e ． K e yw o r d s c o p p e rs m e l t i n gs l a g ；d e p l e t i o n ；t e c h n 0 1 0 9 i c a le c o n o m y ；a n a l y s i s 随着铜冶炼产能的逐渐扩张，铜矿资源变得愈 加紧缺，很多矿山的开采品位降到了o ．6 ％以下甚 至更低。因此，开发利用二次资源成为实现可持续 发展的重要途径。铜熔炼渣是铜的重要二次资源， 提高铜冶炼回收率，降低弃渣含铜，已经成为专家和 技术人员的共识。近年来国内外对铜冶炼渣的处理 与综合利用方法主要集中在以下两方面一是有效 提取渣中有价金属，并提高其回收率[ 1 - 3 3 ；二是生产 化工产品和制备建筑材料[ 4 - 6 ] 。现代炼铜工艺多采 用高氧浓、高冰铜品位等强化熔炼方法，倾向于提高 劳动生产率的发展方式，导致渣中残余的铜及有价 元素含量增加。所以，选择一种合理有效的渣贫化 方法提取其中的有价金属，尾矿经深度处理后全部 得到综合利用显得尤为重要。铜渣的贫化方法有很 多种，本文结合工厂实际生产情况，仅对行业广泛采 作者简介边瑞民 1 9 5 9 ． ，男，山东沾化人．高工，剐总工程师． 用的电炉贫化和缓冷选矿法进行比较分析。 1 铜熔炼渣的物化特征 炼铜炉渣主要成分是铁硅酸盐、磁性氧化铁、铁 橄榄石 2 F e O S i O 。 、磁铁矿 F e 。0 。 及一些脉石 组成的无定形玻璃体。机械夹带和物理化学溶解是 金属在渣中的两种损失形态。一般而言，铜在渣中 的损失随炉渣的氧势、锍品位、渣F e ／S i o 。比的增大 而增大。熔炼渣中的铜主要以冰铜或单纯的辉铜矿 C u S 状态存在，几乎不含金属铜。多见铜的硫化 物呈细小珠滴形态不连续分布在铁橄榄石和玻璃相 问。尽管铜熔炼方法不同，但所产生的炉渣中都含 有大量的铁和少部分的铜。 渣样的X R D 图谱如图1 所示。图1 表明，渣中 主要物相为铁橄榄石 5 0 ．3 ％ ，其次是冰铜 万方数据 2 0 1 2 年3 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 5 2 1 ．9 ％ ，再次是磁铁矿相 1 6 ．2 ％ 和石英石 1 1 ．6 ％ 。这与电子显微镜的观察结果相吻合啪。 ● ‰血 一 虮。淑玑瓿融赫瓣、 l O1 52 02 5 嗣J3 5钡Jt 捕5 ‘l5 5 “J6 57 07 58 08 5 舶H 。 图1炉渣X R D 图谱 F i g ．1 X R Dp a t t e mO fs l 赡 2 贫化原理及工艺流程 2 ．1 电炉贫化原理 电炉贫化是电流通过电极在炉渣中产生热量， 保证在12 5 0 ℃左右的高温下，使铜熔炼渣的黏度 降低，并创造熔体相对平静等良好的物理沉降条件， 使熔炼渣和铜锍充分分离、分层。另外在直流电场 的作用下，熔炼渣中的铜锍液滴产生电毛细运动，从 而有利于铜锍液滴的凝聚长大，加速与熔炼渣分离。 铜锍液滴的电毛细运动与电场电位、表面电荷密度 及铜锍液滴直径成正比，与熔炼渣黏度成反比。 2 ．2 电炉贫化工艺流程 熔炼炉放出的热态熔炼渣直接进入贫化炉，在 通电加热的情况下静置，使炉渣和铜锍充分分离、分 层。定期放出炉渣和炉底冰铜。贫化渣水淬后出 售，冰铜返回吹炼，烟气经收尘、脱硫后排空。 2 ．3 选矿法原理 选矿法贫化主要是根据有价金属赋存相的表面 亲水及亲油性质、磁学性质和渣中各相密度的差别， 通过浮选、磁选和重选分离富集有价金属。铜冶炼 行业渣选矿工艺主要是浮选法。通过添加起泡剂和 捕收剂来捕集炉渣中的铜等有价金属。在浮选过程 中，当磨矿粒度一定时，如果捕收剂用量偏低，则只 能捕收含铜较高的连生体炉渣颗粒，获得的渣精矿 铜品位较高，但铜回收率降低；相反，若捕收剂用量 过大，则渣精矿铜品位降低，铜回收率有所提高L 7 ] 。 由于选矿贫化法铜的回收率高，并可以通过磁选回 收渣中磁性铁矿，资源能够得到充分利用。因此，在 炼铜工业渣处理方面已广泛应用。 2 ．4 选矿法工艺流程 熔炼炉渣缓冷后运至渣选厂，通过三级破碎后 再经过磨细处理，粒度合格的炉渣首先进行一次浮 选。一次浮选能选出大部分金属铜。浮选剩余尾矿 再经球磨后进行二次浮选，使铜金属及其他贵金属 充分回收。图2 是方圆公司渣选矿工艺流程。 炉渣 翅缝芝翌丝垦筻 返底吹炉 出售至水泥厂 图2 方圆公司渣选矿工艺流程 F i g ．2 P r o c e s sn o w so fm i n e r a lp r o c e s s i n g i nF a n g y u a nC o m p a n y 3 技术经济指标与收益的比较分析 3 ．1 技术经济指标 电炉贫化采用低硅渣型，磁铁渣含量要根据控 制条件进行调控，此方法对于上一工序的技术指标 有一定限制，但是经过长期生产改造，目前电炉贫化 技术指标较为稳定且差别不大 表1 。而选矿法贫 化炉渣较为灵活，其处理原矿宜为高硅渣，并对渣型 的要求较低，弃渣含铜低 表2 。我国内蒙包头华 鼎铜业公司采用氧气底吹熔炼工艺，其炉渣应用电 炉贫化法，通过几个月的生产实践和不断创新，调整 渣F e ／S i 0 1 ．1 ～1 ．3 ，冰铜品位为4 5 ％～5 5 ％，控 制熔体温度为12 4 0 ℃左右，并通过对放渣、放铜以 及电极高度调节等手段，有效地控制了渣含铜，使电 炉贫化渣含铜平均达到了O ．6 0 ％的良好水平。而 同样采用氧气底吹工艺的东营方圆有色金属有限公 司，其熔炼渣采用高铁硅比 1 ．6 ～2 ．O ，通过选矿法 贫化炉渣，严格控制渣缓冷时间、磨矿粒度和浮选药 剂的加入量等关键操作技术参数，使弃渣 尾矿 含 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l - b g r i m 札c n 2 0 1 2 年3 期 铜达到平均O ．3 ％的世界先进水平。 表l电炉贫化技术经济指标 T a b l e1T ∞h n i c a l ∞o n o m i ci n d e x 鹤o fe I e c t r i cf u m a c ed e p l e t i o np r o c e 豁 表2 铜炉渣选矿的技术经济指标 T a b l e2T ∞h n i c a le c 蚰o m i ci n d 饯髑o fm i n e r a Ip m c 骼s i n gd e p l e t i o np 眦e 豁 对比表1 和表2 可以看出，电炉贫化的弃渣含 铜难以达到选矿法的水平，随着资源的愈加贫乏和 铜价持续走高，这种差异显得越来明显，已成为铜冶 炼行业科研人员和投资者不得不反复斟酌的课题。 另外电炉贫化的高电耗也直接导致其能耗上升，使 其在成本控制方便的灵活性远低于选矿法。 3 ．2 收益分析 电贫化炉投资少，占用场地少，操作工序简单， 在大小冶炼厂较容易实现，铜的直收率高，但回收率 低；选矿法铜的回收率高，但占用场地大，一次性投 资较高、工艺流程长，用人多，操作相对复杂。在吨 渣能耗方面，电炉贫化平均1 0 0k W h ，选矿法约4 0 k W h 。加上水耗、人员成本、电极、药剂等，贫化电 炉处理每吨渣成本约比选矿法付多出2 5 元。 选矿法的一次性投资高于贫化炉，一套日处理 熔炼渣6 0 0t 的选矿系统投资约35 0 0 万元左右。 而一座同等处理能力的电贫化炉投资则只需要5 0 0 万元左右。但是电炉贫化多损失约o ．3 个百分点的 铜，多回收的铜创造的经济收益却十分可观。以一 个年产5 万t 铜的企业为例。其年产熔炼渣约1 2 万t 。以同为底吹熔炼的东营鲁方和包头华鼎生产 数据为参考，选矿法弃渣率约8 3 ％，弃渣含铜 O ．3 ％；电贫化炉弃渣率约为8 5 ％，弃渣含铜0 ．6 ％； 设铜价为5 ．5 万元／t 。则 选矿法比电炉贫化多回收的铜的收益为 a 8 5 ％0 ．6 ％一8 3 ％0 ．3 ％ 1 2 万t 5 ．5 万元／t 选矿法年运营少付成本 b 1 2 万t 2 5 元／t 选矿法系统循环占用成本 以7 天为循环周期， 银行利率6 ％ c 1 2 万t ／3 3 0 天 7 天3 ％5 ．5 万元／t 6 ％ 渣精矿熔炼成本 回炉炼成冰铜成本以1 5 0 元／t 计算 d 一1 2 万t 1 0 0 ％一8 3 ％ 1 5 0 元／t 设备折旧相差 e 35 0 0 万元一5 0 0 万元 1 0 ％ 因此，选矿法每年比电炉贫化多收益 w a b c d e 13 9 1 ．4 万元 万方数据 2 0 1 2 年3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 以上计算结果表明，采用选矿法处理铜熔炼渣， 虽然一次性投资高于电贫化工艺，但由于弃渣含铜 低带来的收益远高于电炉贫化，并可在2 ～3 年内就 能收回相比贫化炉多投入的资金。而且随着生产规 模变大，这种差异就愈加明显。 4结论 工厂在场地、资金等条件允许的情况下，采用选 矿贫化法处理铜熔炼渣能为企业带来更大的经济性 与灵活性。符合现代铜冶炼行业渣贫化技术的发展 趋势，有利于企业效益的提高与长期发展。但随着 铜冶炼渣深度贫化及其资源综合利用的不断研究创 新，电炉贫化法也将成为铜冶炼行业炉渣处理的一 种有效途径。 参考文献 [ 1 ] A t s l a mC ，A r s l a nF ．R e c o v e r yo fC o p p e r ，C o b a l t ，a n d Z i n cf r o mc o p p e rs m e l t e ra n dC o n v e r t e rS l a g s [ J ] ．H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 2 ，6 7 1 l - 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J a b r iKs ，e ta 1 ．E v a l u a ‘ t i o no fC 0 n t r o l l c dL o wS t r e n g t hM a t e m l sc o n t a i n i n g I n d u s t r i a lB y p r o d u c t s [ J ] ．B u i l d i n ga n dE n v i r o n m e n t ， 2 0 0 7 ，4 2 9 3 3 6 6 3 3 7 2 ． [ 7 ] 边瑞民，黄有英，杜武钊．氧气底吹炉铜熔炼渣的分析研 究与选矿实践[ J ] ．资源再生，2 0 1 1 8 5 8 6 1 ． 上接第3 页 [ 8 ] 邵建广。曾桂生，李慧，等．炼锑砷碱渣中锑硒分离及动 a n dk i n e t i c so fb i 0 1 e a c h i n g [ J ] ．M i n e r a lE n g i n e e r i n g ， 力学研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 2 2 5 8 ． 1 9 9 9 ，1 2 4 3 8 3 3 9 2 ． [ 9 ] H e mJD ，R o b e r s o nCE ．c h e m i c a lm o d e l i n go fa q u e o u s s y s t e m s Ⅱ[ J ] ． A m e r i c a nc h e m i c a ls o c i e t y ，1 9 9 0 3 3 4 3 0 一4 4 6 ． [ 1 0 ] B r e e dAw ，H a n sF o r dGS ．s t u d i e so nt h em e c h a n i s m [ 1 1 ] 杨显万，邱定蕃．湿法冶金[ M ] ．北京冶金工业出版 社，1 9 9 8 1 7 0 1 7 4 ． [ 1 2 ] 陈珍娥．原子荧光光谱法测定精锑中的砷[ J ] ．湖南有 色金属，2 0 1 0 ，2 6 1 6 3 6 6 ． 万方数据