DOC《铜冶炼渣包冷却制度的建立》

铜冶炼渣包冷却制度的建立 李思勇 (紫金铜业有限公司,福建上杭 364204) 摘要:从安全生产、选矿工艺、不同渣型、同种渣型不同含铜量及水冷时间对渣包冷却制度要求进行分析探讨.

结果表明,正常含铜闪速炉渣包及转炉渣包自然缓冷时间分别为10 h、28 h,总冷却时间分别为60 h、78 h;

含铜高的闪速炉及转炉渣包自然缓冷时间分别为28 h、48 h,总冷却时间分别为78 h、90 h,并且所有渣包的渣包壁温度达到50 ℃以下再进行倒渣,能使倒渣中红包个数大大减少,减少渣包放炮事故的发生,优化后续选矿工艺指标. 关键词:铜冶炼;

铜渣;

渣包冷却 中图分类号:TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2017)11-0000-00 Establishment of Cooling System of Slag Ladle in Copper Smelter LI Si-yong (Zijin Copper Co. Ltd., Shanghang 364204, Fujian, China) Abstract:Requirement of cooling system for slag ladle was analyzed in terms of safe production, flotation process, slag type, copper content of slag, and duration of water-cooling. The results show that natural cooling time for flash smelting slag ladle and converter slag ladle with normal copper in slag is

10 h and

28 h respectively with total cooling time of

60 h and

78 h respectively. On the other hand, natural cooling time for flash smelting slag ladle and converter slag ladle with copper with higher content in slag is

28 h and

48 h respectively with total cooling time of

78 h and

90 h respectively. Deslagging operation upon external wall temperature of slag ladle of

50 ℃ below can reduce molten slag, prevent blasting accidents, and facilitate subsequent process index optimization. Key words:copper smelting;

copper slag;

ladle cooling 铜渣作为一种重要的二次金属资源,含有大量的有价元素,回收这部分铜资源是铜冶炼渣处理的主要目标[1].铜冶炼渣缓冷工艺使熔融冶炼渣中的铜硫化物和金属铜结晶颗粒长大,有利于后续进行浮选法选铜.缓冷工艺中的冷却制度建立及生产操作,关系着生产的安全,并直接决定着铜浮选工艺的生产指标.

1 渣包冷却制度的建立 炉渣排入渣包后运至渣包缓冷场,自然缓冷一定时间后再进行水冷至完全冷却[2].自然缓冷时间和水冷时间之和称为总冷却时间,铜冶炼渣包冷却制度需要对各项时间做出具体要求. 1.1 自然缓冷时间 1.1.1 安全生产对自然缓冷时间的要求 熔炼产出的熔融状态炉渣,必须经过合适时间的自然缓冷后才能加水冷却.因为冷却水流入未凝结渣铜熔体,在产生大量水蒸气的同时,还会发生产生H2S和H2的反应,H2S和H2再遇空气中的氧气发生反应.在高温状态下,以上放热反应、增容反应速度极快,反应产生热能的速度也极快,而体系内热能无法在有效的时间散出,造成汽化膨胀和反应中产生的高压气体大量堆积,当压力使气体以极快的速度扩散时,就会产生高温高压气流喷出的现象,俗称渣包放炮.已冷却凝固的大块炉渣夹杂着未凝结的高温渣铜熔体,在爆炸产生的冲击波中飞溅而出,威胁生产现场作业人员的安全,并严重损坏周围设备和设施,甚至造成火灾,危害极大[3]. 炉渣表面在经过一定时间的自然缓冷后会凝结成固体,进行加水冷却时,已凝结的固体炉渣就避免了冷却水与液态炉渣的直接大量接触,避免了放炮.但若自然缓冷时间不够,炉渣表面没有形成足够厚度的凝结层时,水很容易沿着炉渣裂缝进入渣包内部,与未凝结的渣铜熔体接触,导致渣包放炮的发生.所以自然缓冷时间是确保渣包冷却过程中安全生产的必要条件. 收稿日期:2017-06-30 基金项目:江西省教育厅科学技术研究项目(GJJ14413);

福建省自然科学基金项目(2016J01252) 作者简介:李思勇(1988-),男,福建武平人,助理工程师. 1.1.2 选矿工艺对自然缓冷时间的要求 炉渣中铜铁的赋存状态及嵌布粒度直接决定了炉渣的可浮选性.通过不同的选矿工艺才能充分回收铜渣中的有价金属[4].而晶粒大小又完全取决于渣包冷却过程中的缓冷时间.表1是在不同冷却速度下所获得的炉渣浮选试验结果.结果表明,同一炉渣在缓慢冷却时的选别指标要比快速冷却高,说明冷却速度对铜相分子聚集长大有密切联系.而粗大的晶粒又给选别效果带来了很大的好处[5].通过设立合适的渣包缓冷时间,控制炉渣缓慢冷却速度,能够优化入选炉渣有用金属的粒度嵌布,实现了铜颗粒粒度过程控制,有利于浮选指标的提高. 表1 不同冷却速度下炉渣浮选试验结果 Table

1 Slag flotation test results under different cooling speed /% 冷却速度/(℃・min-1) 产品 铜品位 产率 铜回收率

1 炉渣 3.65 100.0 100.0 尾矿 0.23 85.81 5.41 铜精矿 24.33 14.19 94.59

3 炉渣 3.40 100.0 100.0 尾矿 0.26 86.77 6.64 铜精矿 24.00 13.23 93.36

5 炉渣 3.20 100.0 100.0 尾矿 0.30 87.31 8.19 铜精矿 23.16 12.69 91.81

10 炉渣 3.16 100.0 100.0 尾矿 0.42 88.18 11.72 铜精矿 23.60 11.82 88.28 1.1.3 不同渣型对自然缓冷时间的要求 闪速熔炼―PS转炉吹炼―回转式阳极炉精炼 工艺流程会产生闪速炉渣与转炉渣两种渣型,两种渣型主要成分见表2.两种渣型在自然缓冷过程中冷却速率也不同.图1a是5组闪速炉渣自然缓冷20 h渣包壁温度变化情况,图1b是5组转炉渣自然缓冷20 h渣包壁温度变化情况. 表2 闪速炉渣与转炉渣成分 Table

2 Composition of flash smelting slag and converter slag /% 类别 Cu S Fe SiO2 CaO+MgO 闪速炉渣 2.0 1.53 37.82 26.5 1.82 转炉渣 4.5 1.10 42.46 20.5

0 图1 闪速炉渣包(a)和转炉渣包(b)自然缓冷渣包壁温度变化曲线 Fig.1 Temperature change curves of external wall of flash slay ladle (a) and converter slay ladle (b) in natural cooling time 转炉渣与闪速炉渣缓冷过程中冷却速度不同,主要是由于转炉渣的含铜明显高于闪速炉渣,而炉渣含铜高,渣包内炉渣热焓高,热量聚积,热量散发慢.所以转炉渣缓冷时间需长于闪速炉渣,否则会导致渣包放炮的发生.表3是国内部分冶炼厂不同渣型的自然缓冷时间. 表3 国内部分冶炼厂不同渣型的自然缓冷时间 Table

3 Natural cooling time of different slag types in some domestic Smelters 公司 渣型 含铜品位/% 自然缓冷时间/h 大冶有色 电炉渣 0.8

0 转炉渣 5.0

24 江西铜业 闪速炉渣 1.3

4 转炉渣 4.0

20 铜陵有色 电炉渣 0.75

2 转炉渣 4.5

30 1.1.4 同种渣型不同渣含铜对自然缓冷时间的要求 炉况直接决定炉渣性质,炉况差时炉渣中容易夹带冰铜或未反应完全的精矿,炉渣冷却速度较慢[6],而炉况好时炉渣一般好冷却.所以即使同种渣型,由于炉况影响,也有可能造成炉渣含铜的不同,在缓冷中需要区别对待,具体参见表4. 表4 不同含铜量同种渣型对自然缓冷速度的影响 Table

4 Effects of copper content on natural slow cooling rate 缓冷时间/h 正常铜含量 闪速炉渣包/℃ 高含铜 闪速炉渣包/℃

0 205

240 4

346 354

8 300

312 12

248 261

16 125

181 20

103 145 1.2 水冷时间 在现场试验中,发现并不是自然缓冷时间越长越好,也必须具备合适的水冷时间.表5是在生产现场将闪速炉渣缓冷时间由10 h延长至24 h,而后进行加水冷却后形成的倒包结果.试验前(1月1日至22日,缓冷时间10 h,倒包温度20~45 ℃)红包数和锢铍数均为0,而在试验后(1月23日至2月13日,缓冷时间24 h,倒包温度30~55 ℃),红包数和锢铍数分别为116和76. 表5 自然缓冷时间延长试验结果 Table

5 Results of natural cooling time extension 日期 倒包结果 红包数 锢铍数 1月23日001月24日001月25日201月26日001月27日741月28日751月29日881月30日841月31日002月1日442月2日432月3日232月4日002月5日002月6日002月7日712月8日722月9日12

3 2月10日19

12 2月11日510 2月12日13

7 2月13日11

4 总计

116 70 从表5可知,闪速炉渣延长缓冷时间至24 h后,所倒出渣含锢铍、红包数明显增多.锢铍数目的增加,造成液压锤工作量增大的同时,使得中间库存进一步增加.而倒渣红包,容易造成液态红包与大量水反应,发生放炮,同样影响生产安全. 发生此现象的原因主要是生产现场缓冷场的渣包位数是固定的,在炉渣量不变的情况下,各渣包的总冷却时间一定,如果炉渣的缓冷时间越长,则造成水冷时间的缩短,炉渣得不到充分的冷却,翻包温度高于正常的翻包值,渣包内的炉渣还存在熔融炉渣,强行倒包,造成液态熔融炉渣与水反应发生放炮.

2 应用效果 综上所述,结合现场摸索,参考同类型冶炼厂相关的冷却制度,紫金铜业有限公司建立了较为完善的渣包冷却制度,具体操作如表6所示. 表6 紫金铜业有限公司渣包冷却制度 Table

6 Cooling system for slag in Zijin Copper Co., Ltd. 项目 高含铜渣包 正常渣包 闪速炉渣 加水条件 自然缓冷28 h且温度低于240 ℃ 自然缓冷10 h且温度低于330 ℃ 倒包条件 总冷却时间不小于78 h且温度低于50 ℃ 总冷却时间不小于60 h且温度低于50 ℃ 转炉渣 加水条件 自然缓冷40 h 自然缓冷28 h 倒包条件 总冷却时间不小于90 h且温度低于50 ℃ 总冷却时间不小于78 h且温度低于50 ℃ 通过现场运行检验,此项冷却制度在2015年替换原有制度施行以来,符合现场生产实际,倒渣中红包的出现大大减少(缓冷制度更改前,2014年

7、

8、

10、11月红包发生个数分别为

71、

171、49和163;

缓冷制度更改后2016年

7、

8、

10、11月红包发生个数分别为

14、

15、

11、12),也减少了渣包放炮事故的发生(2014年缓冷制度更改前,渣包内放炮、倒错放炮、倒渣放炮次数分别为

1、

2、12次;

2016年缓冷制度更改后,渣包内放炮、倒错放炮、倒渣放炮次数均为0),而且使得后续选矿工艺指标也得到优化(见表7). 表7 近4年浮选指标变化情况 Table

7 Flotation indexes in recent

4 years /% 年份 原矿铜品位 铜精矿品位 铜尾矿品位 铜回收率 2013年3.09 25.95 0.259 92.54 2014年2.63 25.19 0.256 91.19 2015年2.86 23.45 0.243 92.46 2016年3.22 23.00 0.220 92.93

3 结论 正常含铜闪速炉及转炉渣包自然缓冷时间分别为10 h、28 h,总冷却时间分别为60 h、78 h;

含铜高闪速炉及转炉渣包自然缓冷时间分别为28 h、48 h,总冷却时间分别为78 h、90 h,同时所有渣包的渣包壁温度达到50 ℃以下才能进行倒渣.通过现场运行检验,此项冷却制度符合现场生产实际,使得倒渣中红包个数的出现大大减少,也减少了渣包放炮事故的发生,而且使得后续选矿工艺指标得到优化. 参考文献 [1] 江明丽,李长荣. 炼铜炉渣的贫化及资源化利用[J]. 中国有色冶金,2009,38(3):57-58. [2] 何峰. 某铜冶炼厂缓冷场工艺设计浅谈[J]. 有色冶金设计与研究,2015,36(4):30-35. [3] 左池舟. 炉渣缓冷爆炸分析及研究[J]. 有色冶金节能,2013,10(5):16-20. [4] 王国红. 铜冶炼炉渣缓冷技术研究与生产实践[J]. 铜业工程,2014(4):27-30. [5] 魏明安. 铜转炉渣选矿回收技术........