1 銅冶煉渣的種類

在火法銅冶煉過程中，一般經(jīng)過熔煉、吹煉、精煉三個工序產(chǎn)出粗銅或陽極銅，陽極銅經(jīng)過電解精煉成為電解銅。吹煉渣返回熔煉工序，精煉渣返回吹煉工序;熔煉渣、吹煉渣有的工廠根據(jù)工藝需要配置火法貧化工序，因此會產(chǎn)生貧化渣。熔煉爐采用的傳統(tǒng)設(shè)備為鼓風爐、反射爐、電爐等，新建的現(xiàn)代化大型銅冶煉廠多采用比較先進的工藝，歸納起來有兩類，一類是懸浮熔煉工藝，比如祥光銅業(yè)的旋浮熔煉、奧托昆普的閃速熔煉、INCO氧氣閃速熔煉和德國KHD公司的CONTOP連續(xù)頂吹熔煉等;另一類是熔池熔煉工藝，比如諾蘭達熔煉法、三菱法、瓦紐科夫法、艾薩法和白銀法等。吹煉爐以采用臥式轉(zhuǎn)爐為主，少數(shù)采用虹吸式轉(zhuǎn)爐、三菱法吹煉爐和連續(xù)吹煉爐。由奧托昆普和肯尼科特共同研發(fā)的閃速吹煉、祥光銅業(yè)研發(fā)旋浮吹煉已經(jīng)成功用于工業(yè)化生產(chǎn)，正逐步發(fā)展成為主流趨勢。精煉廣泛采用回轉(zhuǎn)式精煉爐，只有極少數(shù)采用反射爐。

銅冶煉渣又稱銅渣，按處理方法不同分為火法銅冶煉渣和濕法銅冶煉渣，火法銅冶煉渣又稱銅冶煉爐渣或銅冶金爐渣，濕法銅冶煉渣又稱銅浸出渣或銅浸渣。按照火法冶煉工藝又分為熔煉渣、吹煉渣、精煉渣和貧化渣，按照設(shè)備不同分為鼓風爐渣、閃速爐渣、電爐渣、轉(zhuǎn)爐渣和反射爐渣等。根據(jù)渣冷卻方式不同，分為水淬渣、自然冷卻渣、保溫冷卻渣、渣包緩冷渣和鑄渣機鑄渣等。

銅冶煉爐渣的貧化采用火法貧化和選礦貧化，火法貧化多采用電爐法和反射爐法，此外還有真空貧化法、渣桶法、熔鹽提取法等?；鸱ㄘ毣a(chǎn)生的爐渣即為棄渣。熔煉渣采用火法貧化的較多，只有少數(shù)采用選礦貧化。而吹煉渣采用選礦貧化的較多，許多工廠不再返回熔煉爐。近年來，由于銅冶煉爐渣選礦貧化工藝具有成本低、效果好、節(jié)能環(huán)保等非常明顯的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，已經(jīng)逐漸呈現(xiàn)出取代火法貧化工藝的發(fā)展趨勢。目前采用選礦貧化的爐渣有熔煉渣、吹煉渣、貧化渣。

2 銅冶煉渣的性質(zhì)與物相組成

銅冶煉爐渣是火法冶金的一種產(chǎn)物，其組成主要來自礦石、熔劑、還原劑灰分中的造渣成分，成分非常復雜。但總的來說，爐渣是各種氧化物的熔體，這類氧化物在不同的組成和溫度條件下可以形成化合物、有少量硫化物、氮化物、硫酸鹽等。這些鹽有的來自原料，有的是作為助熔劑加入的。

通常情況下，吹煉渣含銅品位較高，其次是熔煉渣，熔煉渣經(jīng)過貧化的貧化渣品位最低，一般在1%以下。銅冶煉爐渣多呈黑色或是褐色，表面有金屬光澤，內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本上為玻璃體，結(jié)構(gòu)致密、硬而脆，化學成分比較復雜，爐渣中以鐵、二氧化硅、氧化鈣、氧化鋁的含量較高，占60%以上。由于銅礦來源不同，除了含銅外，還含有鈷、鎳等有價元素，通常還含有鉛、鋅、金、銀等有價金屬，但含量較低。從含量范圍來看，鐵含量約為30～45%，銅含量有的在低于1%，屬于貧銅礦范圍，有的介乎于1～2%，屬于中等銅礦范圍，有的在2%以上，屬于富銅礦范圍。礦物組成中絕大多數(shù)是鐵橄欖石，其次是磁鐵礦，還有少量脈石組成的玻璃體;其中的銅礦物，由于冶煉工藝不同，則以氧化銅、硫化銅、金屬銅、化合銅等形式以及不同的含量分布于爐渣之中。此外，個別冶煉廠因處理的銅礦石原料特殊，產(chǎn)生的爐渣中含有金、銀、鈷等可以回收的有價金屬。

銅冶煉渣從廣義上看是一種“人造礦石”，它的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)是隨冶煉過程的條件不同而有所不同。銅冶煉渣是一種組成較為復雜的物質(zhì)，一般含有5～6種或更多種氧化物及各種硫化物、硫酸鹽以及其他微量成分。外觀一般為黑色或黑綠色、致密堅硬，比重約為4，渣中含量最多的是鐵和硅，主要礦物為鐵橄欖石和磁鐵礦及少量的磁黃鐵礦，硅大部分造渣生成鐵的硅酸鹽，并有少量的硅呈硅灰石及不透明的玻璃體;其次為銅的硫化物、金屬銅和少量的氧化銅等;還含有極少量的金、銀、鎳、鈷等有價成分，主要分布在磁性鐵化合物和鐵的硅酸鹽中，以亞鐵硅酸鹽或硅酸鹽形式存在。

爐渣中的銅多呈硫化物形態(tài)存在，主要有似方輝銅礦、輝銅礦、黃銅礦、似斑銅礦和金屬銅等。銅礦物在渣中常與鐵橄欖石基體和磁鐵礦嵌布在一起，或呈球狀被磁鐵礦所包裹。有的則是銅鐵礦物共同形成斑狀結(jié)構(gòu)與鐵橄欖石基體中，或數(shù)種銅礦物嵌布共生。銅渣中的銅礦物和鐵礦物的粒度大小則隨爐渣的冷卻條件和爐渣組分不同而有著很大的差異。爐渣中鐵與氧有較強的親和力，形成氧化鐵，其中一部分與渣中的二氧化硅形成低熔點的鐵橄欖石，即爐渣的基體，占爐渣總鐵量的28%以上，其余部分則是Fe304,占爐渣總鐵量的30%以上，尚有少量Fe2O3、FeS。渣中二氧化硅除與FeO形成鐵橄欖石外，還與CaO等形成少量的硅灰石和玻璃相。

銅冶煉渣的典型成分為Fe：29～40%、SiO2：30～40%、Al2O3: ≤10%、CaO: ≤11%、Cu: 0.42～4.6%;不同的冶煉方法其組成有所差別，不同熔煉爐渣中銅、鐵物相組成和含量也各不相同。熔煉爐渣銅品位處于0.76～4.58%、鐵品位40.92～45.99%之間。銅熔煉渣銅物相中主要以硫化銅為主，絕大多數(shù)占到總銅分布率的60%以上，最高達到87.13%，其次為氧化銅和金屬銅，氧化銅則處于5～60%之間，最高可達56.55%;金屬銅則處于9～25%之間，金屬銅高達20.31%;個別爐渣其它銅達到10%以上。鐵物相中以鐵橄欖石和磁鐵礦為主，二者之和占到總鐵分布率的80%以上;其中鐵橄欖石處于8～65%之間，最高達62.14%;磁鐵礦則處于33～45%之間，最高達44.09%;個別赤褐鐵礦分布率較高，達到57.43%。

吹煉爐渣以轉(zhuǎn)爐渣為主，轉(zhuǎn)爐渣是冰銅經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉而產(chǎn)出爐渣。轉(zhuǎn)爐渣外觀成黑色和黑中透綠，性脆、堅硬、結(jié)構(gòu)致密，密度約為4～4.5t/m3，渣中元素含量最多的是鐵和硅，它們都以化合態(tài)形式存在于渣中，主要成分是鐵橄欖石和磁鐵礦。水淬銅渣是一種黑色、致密、堅硬、耐磨的玻璃相，外觀呈粒狀和條狀，夾雜有少量的針片狀，表面有金屬光澤，顆粒形狀不規(guī)則，棱角分明，密度3.3～4.5t/m3，松散密度為1.6～2.0 t/m3。，孔隙率為50%左右，細度模數(shù)為3.37～4.52，屬粗砂型渣。此外，爐渣中含有微量的有毒元素、毒性有機物、放射性物質(zhì)，不具有浸出性毒性、腐蝕性、放射性及急性毒性中的任何一種以上的，為一般固體廢物，可以進行開發(fā)性研究。由于工藝條件不同，物相組成也存在一定的區(qū)別。

吹煉轉(zhuǎn)爐渣銅品位處于1.74～7.26%、鐵品位49.45～53.59%之間。銅轉(zhuǎn)爐渣銅物相中主要以硫化銅和金屬銅為主，二者之和占到總銅分布率的78%以上;其中硫化銅處于44～96%之間，最高可達90.4%;金屬銅則處于15～36%之間，最高達35.14%;氧化銅則處于10～20%之間，最高可達19.82%。鐵物相中以鐵橄欖石和磁鐵礦為主，二者之和占到總鐵分布率的50%以上;鐵橄欖石處于8～70%之間，最高可達69.88%;磁鐵礦處于26～80%之間，最高達到78.18%。

3 銅冶煉渣的選礦方法

銅冶煉爐渣在大多數(shù)情況下含有可回收的黑色金屬、有色金屬以及稀貴金屬等，往往是成分變化很大的混合物。如果想回收銅冶煉爐渣中的各種有價礦物，可以采用多種選礦方法。具體的爐渣選礦方法應(yīng)根據(jù)爐渣性質(zhì)和可回收金屬的種類而定?？偟恼f來，銅冶煉爐渣的選礦方法包括浮游選礦、磁力選礦、重力選礦、化學選礦以及聯(lián)合選礦等多種選礦方法。以上每種選礦方法又根據(jù)具體的流程和設(shè)備的不同組合分為更多的選礦方法。

含有有色金屬的銅冶煉爐渣中的礦物一般可浮性強，多采用浮游選礦法對有色金屬進行回收，比如含有銅、鉛、鋅等金屬的冶煉爐渣均采用浮選方法。有的爐渣含有氧化銅、金屬銅、金、銀礦物，除了浮選外，根據(jù)銅、金、銀等礦物比重差異和化學特性則可以選用重選或者化學選礦的方法進行處理。有的銅冶煉爐渣中含有鐵和鈷礦物，因為均具有較強的磁性，可以選擇磁選方法進行回收。含有稀貴金屬礦物的冶煉爐渣一般根據(jù)金屬礦物的比重差異和化學特性多采用重力選礦和化學選礦回收。比如含金爐渣可以用重選方法回收爐渣中的金，也可以用混汞或化學浸出等化學選礦方法回收，也可以利用含金礦物的可浮性用浮選進行回收，一般多采用聯(lián)合選礦方法。

目前世界范圍內(nèi)，根據(jù)銅冶煉爐渣的性質(zhì)，應(yīng)用于生產(chǎn)實踐的、成熟的選礦工藝，基本上以銅、鐵為主要回收對象。根據(jù)礦物學爐渣性質(zhì)特征，通常采用浮選和磁選的選礦方法。對于含有稀散金屬礦物、難選礦物的爐渣，要采用化學選礦或聯(lián)合選礦工藝來進行綜合回收處理。

4 銅冶煉渣選技術(shù)的重要價值和未來發(fā)展前景

銅冶煉渣選礦技術(shù)是一種節(jié)能環(huán)保型技術(shù)，具有非常重要的經(jīng)濟價值和環(huán)保價值。

過去，銅冶煉轉(zhuǎn)爐渣返回熔煉爐重新熔煉時，由于熔煉爐渣黏性增大，使冰銅和爐渣分離條件變壞，導致冶煉綜合指標下降。后來，隨著世界銅冶金技術(shù)的不斷優(yōu)化升級，銅冶煉渣選礦技術(shù)在銅冶煉過程中得到應(yīng)用和發(fā)展，逐步取代了銅渣火法貧化工藝后，渣返回量少，大大減少爐床占用面積，消除了四氧化三鐵對熔煉的不利影響。

采用電爐貧化工藝， 棄渣銅含量高達0.5% ～0.6%，耗電到達145kW.h/t，環(huán)境污染嚴重。芬蘭奧托昆普公司1996年以前采用電爐貧化法處理閃速熔煉渣和吹煉渣，棄渣含銅為0.5% ～0.7%，銅回收率為77%，而改用選礦法后，渣中含銅量為0.3～0.35%，銅回收率提高至91.1%。大冶諾蘭達爐試生產(chǎn)時，諾蘭達熔煉渣用反射爐貧化，棄渣含銅平均為0.73%，而改用選礦貧化后，渣含銅降到0.35%以下。銅回收率高達94%以上。奧托昆普公司，用電爐貧化時的電耗為90kwh/噸渣，而選礦法為44.2kwh/噸渣。在節(jié)能和提高銅回收率方面，渣選礦技術(shù)與比常規(guī)火法相比，具有節(jié)能、回收率高等突出優(yōu)點。

在環(huán)境保護和資源化方面，選礦貧化技術(shù)與火法貧化相比，無論是在基建投資還是設(shè)備維護上都較為低廉?；鸱ㄘ毣a(chǎn)生低濃度的SO2煙氣，不能經(jīng)濟地處理而直接排放到大氣中，嚴重污染環(huán)境。而選礦法一般在常溫常壓及弱堿介質(zhì)中進行，只要解決好浮選廢水的處理及回用問題，就可以做到對環(huán)境的“零污染”?；鸱ㄘ毣に噧H限于對銅金屬的回收， 而渣選礦技術(shù)不僅可以作為銅渣的貧化工藝，回收其中的銅礦物，還可以資源化回收銅渣中的其它有價資源。使銅冶煉渣資源化、無害化，減少占地和促進企業(yè)可持續(xù)發(fā)展是我國保證企業(yè)健康發(fā)展的基本國策，也是當今世界發(fā)展的時代潮流。自2006年我國實行銅冶煉行業(yè)準入制度后，基本確立了渣選礦貧化技術(shù)在銅冶煉行業(yè)的重要地位，使我國銅冶煉企業(yè)的渣貧化工藝逐步走上了選礦貧化技術(shù)之路。因此，銅冶煉渣選礦技術(shù)取代火法貧化工藝是時代潮流，勢不可擋。

我國是銅消費大國和銅進口大國，自改革開放以來，銅產(chǎn)量始終呈迅猛增長勢態(tài)，2000年我國銅產(chǎn)量達到132萬噸，超越智利躍居世界第一，2010年我國銅產(chǎn)量增加到479萬噸，2020年猛增到1003噸，2020年產(chǎn)銅冶煉渣產(chǎn)量達到約3000多萬噸。國內(nèi)銅冶煉渣選礦技術(shù)已經(jīng)取得了巨大進步，可將銅冶煉渣含銅品位降低到0.25%以下，達到世界領(lǐng)先水平。按照每年國產(chǎn)銅冶煉渣3000多萬噸計算，通過銅冶煉渣選礦技術(shù)處理，每將銅渣品位降低0.1個百分點，按照銅現(xiàn)價58000元/噸計算，將會多創(chuàng)造約17.4億元的經(jīng)濟效益;銅渣中含有近40%左右的鐵，如果多回收1個百分點的鐵，其創(chuàng)造的財富也相當可觀。

在銅冶煉爐渣中含有銅、鐵、鈷、鎳、鉛、鋅和硅等大量的有價元素。目前國家的銅資源嚴重不足，對國外礦產(chǎn)形成嚴重依賴，我國鋼鐵工業(yè)發(fā)展迅速，對鐵礦石需求激增，而國內(nèi)供給卻遠不能滿足鋼鐵工業(yè)的需求。國際市場上鐵礦石價格連續(xù)幾年暴漲，影響了我國鋼鐵工業(yè)的健康發(fā)展。近年來，我國科技人員已經(jīng)做了大量的研究工作，在銅渣改性綜合回收合格品位的鐵精礦、鐵合金及附屬金屬方面，已經(jīng)取得了可喜成果。因此，不難預測銅冶煉渣選礦技術(shù)將會有非常較好的應(yīng)用前景。

我國渣選礦技術(shù)已進入全面發(fā)展階段，《銅冶煉渣選礦》專著應(yīng)運而生，及時滿足了我國銅冶煉發(fā)展的理論和學習的需要，受到銅冶煉行業(yè)廣大技術(shù)人員和管理人員的好評。

銅冶煉渣選礦技術(shù)目前主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣或二者的混合渣以及閃速熔煉爐渣;渣選礦后的尾渣個別企業(yè)憑借區(qū)域優(yōu)勢，以水泥填料形式出售給水泥廠，實現(xiàn)了無尾化生產(chǎn);但多數(shù)偏遠企業(yè)受到區(qū)域限制，尾渣仍然以固廢形式堆存。伴隨著世界銅冶金工業(yè)的發(fā)展和資源日益貧化的緊張局勢，人們更多地考慮了資源利用程度、冶煉經(jīng)濟效益和人類生存環(huán)境等問題;我國是世界上人均占有資源最少的國家，隨著我國經(jīng)濟的繁榮和騰飛，我國的資源危機就會越來越嚴重，對資源化循環(huán)技術(shù)的需求就會越來越迫切。深入開展銅冶煉渣選礦和資源化技術(shù)的研究與應(yīng)用工作，將成為我國科技人員未來工作的重點。銅冶煉渣選礦技術(shù)作為銅渣貧化及資源化技術(shù)的基礎(chǔ)學科，是銅冶煉渣資源化的核心技術(shù)，學習和掌握銅冶煉渣選礦技術(shù)，在加快發(fā)展我國循環(huán)經(jīng)濟、加強環(huán)境保護、減少資源浪費和增強國家實力方面，將會產(chǎn)生非常深遠的影響。