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銅冶煉渣的資源化利用

文檔作者：張體富鄧戈解琦文檔來源：云銅冶煉加工總廠		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月24日
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冶金能源
ENERGY FOR METAI上URGICAL INDUS_TRY
V01．31 No．5
SepL 2012
銅冶煉渣的資源化利用
張體富 鄧 戈 解琦
(云銅冶煉加工總廠)
摘要介紹了銅冶煉渣的資源現(xiàn)狀，分析了其化學(xué)組成和礦物學(xué)性質(zhì)，從化學(xué)利用和物理
利用兩方面闡述了銅冶煉渣的資源化利用方法和途徑，根據(jù)當(dāng)前銅冶煉渣的資源化現(xiàn)狀，對
其利用前景和利用中存在的問題進行了分析。
關(guān)鍵詞銅渣有價金屬資源化利用
Resource utilization of copper slag
Zhang Tifh Deng Ge Xie Qi
(Yunnan Copper Smelting and Processing Complex)
Abstract The resource status of copper s1ag was introduced，chemical compositions and mineralogy
prope rties of copper slag were analyzed，and methods and ways of resource utiHzafion of copper slag
were summarized from chemical utilization and physical utilization．According to resource utilization
status of copper slag，utilization prospects and existing problems for copper sl8g were analyzed．
Keywords copper slag valuable metal resource utilization
我國目前銅礦資源儲量為7156．9萬t? ，已
開發(fā)4100萬t，其余尚未利用的儲量中，貧礦多、
富礦少，中小型礦多、大型礦少，采選難度大、生產(chǎn)
成本高 J。隨著我國煉銅工業(yè)的快速發(fā)展，銅礦
資源日趨枯竭，目前含銅0．2％ ～0．3％ 的銅礦已
被開采利用。與之相反，銅冶煉過程產(chǎn)出的銅含
量在0．5％ 以上的爐渣卻未得到有效利用 J。銅
冶煉渣中除含大量銅外，還含有Fe、zn、Pb、Co、Ni
等多種有價金屬和少量的貴金屬Au，Ag等 J，其
中鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠高于我國鐵礦石29．1％的平
均工業(yè)品位 。由此可見，有效地回收銅冶煉渣
中的有價組分，實現(xiàn)銅渣資源化，是當(dāng)前銅冶煉可
持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
1 銅渣的資源現(xiàn)狀
近年來，全球銅冶煉產(chǎn)量增長迅速，1998
年世界精煉銅總產(chǎn)量1394萬t，2010年達到
1925萬t，增幅達38．09％。與世界銅產(chǎn)量增速
相似，我國銅產(chǎn)量從2005年的260萬t迅速增
收稿日期：2012—05—08
張體富(1978一 )，工程師；650102 云南省昆明市。
至2010年的457萬t，總產(chǎn)量已位居世界第一。
當(dāng)前世界上80％的銅是通過火法冶煉生產(chǎn)
的，只有約20％是采用濕法冶煉獲得，我國銅
產(chǎn)量的97％ 以上來自火法冶煉工藝 J。銅冶煉
渣主要來自火法冶煉過程，根據(jù)產(chǎn)渣設(shè)備不同可
分為反射爐渣、轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣等；根據(jù)工藝流
程可分為熔煉渣、吹煉渣等；根據(jù)爐渣冷卻方式
不同又可分為水淬渣、自然冷卻渣、保溫冷卻渣
等。火法冶煉生產(chǎn)1t銅將產(chǎn)出2—3t渣 J，2008
年我國銅產(chǎn)量達到378萬t，以此計算將產(chǎn)出
756—1134萬t銅渣，其中含有400～500萬t的
鐵和近1萬t的銅。目前，我國銅渣已累計超過
2500萬t，大部分堆存渣場，既占用土地又污染
環(huán)境，更是資源的巨大浪費。僅云南某銅冶煉廠
渣場目前堆存量就近700萬t。渣場的環(huán)境治理
也是銅冶煉廠當(dāng)前面臨的最主要環(huán)保工作之一。
2 銅渣的性質(zhì)
銅渣的典型成分為Fe 30％ ～4o％ ，SiO2
35％ ～40％ ， A1203≤ 10％ ， CaO ≤ 10％ ， Cu
0．5％ 2．1％ [引
。不同的冶煉方法其組成有所差
別，表1列出了不同熔煉方法產(chǎn)出的銅渣組成。
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銅渣的主要礦物成分是鐵橄欖石(2FeO ·
SiO )、磁鐵礦(Fe，O )及一些脈石組成的無定
形玻璃體 引，其中銅主要以輝銅礦(Cu：S)、金
屬銅、氧化銅形式存在，鐵主要以硅酸鹽的形式
存在，鈷、鎳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。
表1 典型熔煉爐渣的化學(xué)成分 ％
3 銅渣的資源化利用
3．1 化學(xué)利用
(1)提取有價金屬
①火法
電爐貧化是從銅渣中火法提取有價金屬的傳
統(tǒng)方法，但其存在金屬回收率低、能耗高的缺
點。因此，研究者持續(xù)開展銅渣貧化新方法的探
索。張林楠等 人研究了煉銅爐渣加炭粉、通
惰性氣體攪拌選擇性還原貧化過程，結(jié)果表明，
通過選擇性貧化過程，銅渣中殘余銅含量可由
5％降低到0．35％ 以下。王學(xué)文等¨訓(xùn)人在真空條
件下研究了真空度、溫度、處理時間、渣型及添
加硫精礦對銅渣含銅量的影響。銅渣經(jīng)真空處理
后均能使含銅量降至處理前的50％左右。陳海
清等人研究了還原一硫化一攪拌一提溫的火法強
化貧化銅渣新工藝，在貧化爐最優(yōu)結(jié)構(gòu)前提下，將
貧化爐爐膛溫度升至1300~C，然后加入一定的黃
鐵礦和碎煤，采取鼓風(fēng)攪拌以及澄清等措施，可使
渣含銅量由1．277％下降至0．466％。渣桶法主
要利用渣的潛熱來實現(xiàn)銅滴的沉降和晶體的粗
化，智利的煉銅廠使返回到熔煉爐去沉淀的渣的
含銅量降低0．5％ 以上¨¨。R G Reddv等 人
采用兩步還原法處理鼓風(fēng)爐銅渣，溫度在900℃
時，加入固體碳對固態(tài)CuO進行預(yù)還原，盡量限
制FeO被還原，實現(xiàn)第一步還原；當(dāng)溫度達到
1300~C時，液態(tài)的混合物進行第二次還原，反應(yīng)時
間2h，金屬銅的回收率達到85％以上。
②濕法
濕法處理銅渣可以綜合提取有價金屬，與火
法相比，濕法過程能耗較低，對環(huán)境污染較小，
該方法具有良好的分離選擇性，適合于處理低品
位銅渣。濕法可分為直接浸出和間接浸出兩種。
張忠益等¨ 采用硫酸浸出方法處理濕法煉
鋅過程中產(chǎn)出的銅渣，分別進行了銅渣的液固
比、浸出時間、酸度和壓力對銅浸出富集的試驗
研究。銅渣中銅浸出率達98．10％ ，銅浸出液經(jīng)
凈化后所產(chǎn)粗銅富集渣品位大于70％。A N Ban．
za等 用“氧化浸出一萃取”法從銅渣中回收
有價金屬，在常壓下用H2sO．和H2O2混合溶液
對銅渣進行氧化浸出，再用萃取劑分步萃取浸出
液得到有價金屬，Cu、CO Zn回收率分別達到
80％、90％、90％。蔣鏡宇等人采用碳銨一氨水
體系浸取黃銅熔煉渣，黃銅熔煉渣經(jīng)稀堿洗滌
后，在碳銨一氨水體系中浸出，銅、鋅的浸出率
均達85％ 以上，在浸出液中加適量堿后使銅、
鋅初步分離¨ 。Ayse等【l郇采用氯氣浸出的方法
處理銅轉(zhuǎn)爐渣，氯氣可以促進銅的溶解，在最佳
條件下，銅、鐵和鋅的浸出率分別為98．5％、
8．97％和25．17％。鄧彤等m 研究了鎳锍選擇性
氧化浸出產(chǎn)生的銅渣，在硫酸介質(zhì)中氯離子參與
下的氧氣氧化浸出，考察和比較了氯化物用量、
氧氣流量、硫酸濃度、溫度等因素對銅和鎳浸出
的影響，確認(rèn)了在硫酸介質(zhì)中加入少量氯化物即
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可在常壓下，用氧氣有效地浸出主要由輝銅礦或
類似的硫化銅礦物組成的銅渣。馬育新¨副針對
新疆阜康冶煉廠銅渣，采用“硫酸化焙燒一酸
浸”工藝完成了試驗研究。確定了新疆阜康冶
煉廠銅渣硫酸化焙燒的適宜條件，取得了銅、
鎳、鐵渣的浸出率及總脫硫率分別為99．37％ 、
79．43％、12．86％及99．16％ 的良好指標(biāo)。王治
玲等【】 處理含硫為22％的銅渣，采用“氧化焙
燒一浸出一電積”工藝生產(chǎn)陰極銅，銅渣中的
銅最大限度地被浸出，而貴金屬抑制在浸渣中，
可以產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)的陰極銅。Ewa Rudnik等 在還
原條件下對轉(zhuǎn)爐渣進行焙燒，產(chǎn)出Cu—Co—Fe—
Pb合金在氯化銨和氨水混合溶液中進行電解，合
金不能完全溶解，大多數(shù)的Cu和co進入溶液，
并在陰極依次析出，cu、co的回收率分別為
99．9％ 、92％ ，F(xiàn)e以沉淀物形式進入殘渣。
③選礦法
銅渣作為一種人造礦石，通過浮選和磁選分
離富集，可以提取銅渣中有價金屬，浮選是目前
常用的方法。
邱廷省等 u利用浮選法探索了不同捕收劑
對廢渣中銅及金、銀回收的影響規(guī)律，進行了中
礦再磨再選、載體浮選、磁場強化浮選等工藝方
案的試驗，選用合理的工藝流程能獲得含銅量
16％以上的銅精礦，并可進一步回收其中的有價
金屬。魏明安 對國內(nèi)某轉(zhuǎn)爐渣選礦回收技術(shù)
進行了研究，總結(jié)了轉(zhuǎn)爐渣的一般特點和選礦的
一般規(guī)律，提出了處理該轉(zhuǎn)爐渣的適宜技術(shù)條件
為粗選濃度45％ ～50％、浮選機充氣量
3．3L／rain和階段磨階段選流程，取得了銅精礦銅
品位30％ 一82％、回收率90．05％的實驗室閉路
試驗指標(biāo)。宋溫等人研究從銅冶煉轉(zhuǎn)爐渣中回收
銅的浮選工藝，浮選采用一次粗選、一次精選和
二次掃選的流程，藥劑采用丁基黃藥、松醇油，可
獲得銅精礦品位29．82％ ，銅回收率93．58％的浮
選指標(biāo) 】。此外，貴冶借鑒國外爐渣處理的經(jīng)
驗，通過緩冷電爐渣的浮選試驗，最終確定了轉(zhuǎn)爐
渣和電爐渣混選工藝流程。大冶爐渣選礦廠采用
“兩段一閉路破碎、兩端磨礦兩段選別”的工藝流
程回收銅，金、銀則隨同礦物自然富集到銅精礦
中，銅精礦中cu、Au、Ag的回收率分別達到
94．18％ 、80．67％ 和69．89％?？夏峥铺毓咎?
理猶他煉銅廠諾蘭達反應(yīng)爐渣，將渣由渣罐緩冷
后送浮選廠三段破碎兩段磨浮，產(chǎn)出含銅40％的
銅精礦，銅回收率95％ ，銅尾礦含銅0．42％。澳
大利亞芒特艾薩礦業(yè)公司選礦廠周期性地處理銅
轉(zhuǎn)爐渣，將轉(zhuǎn)爐渣磨至一0．074mm占80％ ，混入
原礦選別系統(tǒng)并浮選，渣浮選指標(biāo)是給料含銅
3．1％ ，精礦含銅48．5％ ，尾礦含銅0．62％ J。
銅渣中鐵主要分布在橄欖石相和磁性氧化鐵
礦物中，可以用磁選的方法得到鐵精礦。鈷、鎳
在鐵磁礦物中相對集中，銅在非磁相，因而磨細(xì)
結(jié)晶良好的爐渣可作為預(yù)富集的一種手段。日本
的Et立冶煉廠最早用磁選方法回收了轉(zhuǎn)爐渣中的
鐵。貴溪冶煉廠以轉(zhuǎn)爐渣作為原料進行選別作
業(yè)，回收其中的金屬銅，渣尾礦中除SiO：的含
量超標(biāo)外，完全符合鐵精礦要求 J。
(2)用作催化材料
由于銅渣中含有Fe，Cu，Zn，Co，Ni等多種有
價金屬，礦相主要以鐵橄欖石為主，據(jù)此，趙魯梅
等【2 以熱處理的銅渣為催化劑，開展了生物質(zhì)催
化熱解試驗研究。銅渣催化劑的使用可明顯降低
生物質(zhì)熱解的活化能，隨煅燒溫度的升高催化劑
活性會隨之提高。探索出一種生物質(zhì)氣化和通過
控制反應(yīng)人為地促進銅渣中有價金屬的遷移、析
出和富集，達到人工成礦的目的，為提高銅渣中有
價金屬的回收利用提供了一種新思路。
3．2 物理利用
(1)制造水泥
銅渣可以代替鐵粉作礦化劑、鐵質(zhì)校正劑生
產(chǎn)硅酸鹽水泥熟料、銅渣水泥，符合GBL64—
82275的275號和325號標(biāo)準(zhǔn)。以煉銅水淬渣為
主要原料，摻人少量激發(fā)劑(石膏和水泥熟料)和
其它材料細(xì)磨而成。與其它品種水泥相比，它具
有后期強度高、水化熱低、收縮率小、抗凍性能好、
耐腐蝕和耐磨損等特點。生產(chǎn)工藝簡單，銅渣用
量多(用渣量約占水泥的60％ ～70％)，可節(jié)省投
資50％ ，可降低能耗50％【3 J。產(chǎn)品適用于抹灰砂
漿，低標(biāo)號混凝土及空心小型砌塊等制品。
(2)制造混凝土
銅渣代替普通砂配制混凝土可以參照《普
通混凝土配合比設(shè)計技術(shù)規(guī)定》JGJ55—200O的
理論方法進行。銅渣碎石混凝土比銅渣卵石混凝
土力學(xué)性能優(yōu)，力學(xué)性能也隨銅渣混凝土標(biāo)號的
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增加而成比例提高。銅渣混凝土和普通混凝土相
比，用水量對和易性的影響極為敏感，滿足和易
性要求的用水量允許的波動范圍很小。銅渣吸水
率低，微集料吸水率大，不同的微集料配制混凝
土用水量不同，碾細(xì)銅渣微集料配制混凝土用水
量比規(guī)定用水量低1％ 一10％。利用銅渣代替普
通砂配制混凝土，減少了廢渣對環(huán)境的污染，降
低了工程成本，取得了比較好的經(jīng)濟效益 ]。
(3)制造建筑防腐除銹劑
煉銅水碎渣是在1250—1300℃ 的高溫下，
經(jīng)過復(fù)雜的造渣反應(yīng)，結(jié)合成十分穩(wěn)定的2FeO
· SiO2、CaO·FeO·SiO2、2CaO·SiO2鹽的共
熔體，沒有游離的SiO ，冷卻后硬度高、含灰
量低，性能比常用作防腐除銹的黃砂好。只要進
行干燥和粉碎篩分加工即為成品，是船舷、橋
梁、石油化工、水電等部門很好的除銹材料，這
種磨料在國內(nèi)外市場上有廣闊的應(yīng)用前景【2引。
(4)制造玻璃基復(fù)合材料
用銅渣和廢玻璃為主要原料，采用燒結(jié)復(fù)合
工藝可以制備出具有優(yōu)良性能的玻璃基復(fù)合材
料，影響這種材料性能的主要因素有銅渣的粒度、
配方、成型壓力、燒結(jié)工藝。在這種材料中，顆粒
的強化作用是主要的，而在熱處理過程中，材料強
度有所提高。銅渣玻璃基復(fù)合材料具有較好的物
理力學(xué)性能，制備過程簡單，成本低廉，可作為裝
飾材料、耐腐蝕材料、耐磨材料，在建筑、化工、冶
金、物料輸送、市政建設(shè)行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用 J。
(5)修筑路基
依據(jù)銅渣自身理化特性的優(yōu)勢，銅渣廣泛應(yīng)
用于修筑道路路基，但必須摻配一定量的膠結(jié)材
料。這種銅渣路基具有較強的力學(xué)強度，較好的
水穩(wěn)定性，而且施工操作方便，受雨水侵蝕不會
翻漿，板體性強，特別適用于多雨潮濕的南方地
區(qū)，如上海至宜興、常州至漕橋的公路用鼓風(fēng)爐
水淬渣作基層比原來的泥結(jié)碎石結(jié)構(gòu)好。由于水
淬渣的松散容量為1．82g／m ，密度3．69，吸水
率0．2％ ，因此，用其鋪設(shè)的道床具有滲水快、
不腐蝕枕木、道床不長草、成本低等優(yōu)點L3】。
(6)生產(chǎn)劈離磚
劈離磚是一種用于內(nèi)外墻或地面裝飾的建筑
裝飾瓷磚。選取白泥、園林細(xì)沙、石粉、紅泥四
種原料進行配比，將銅渣球磨，噴霧干燥，以粉
料的形式加入，可調(diào)整坯體呈色。銅渣的加入量
為10％ 一25％ ，細(xì)度控制為250目篩余8％ 一
10％ ，合理的燒成制度是最高燒成溫度為
1112c【=、燒成周期為26h。該產(chǎn)品附加值高，具
有廣闊的市場前景 加。。
4 云銅冶煉渣的利用現(xiàn)狀
自原云南冶煉廠建立以來，云南銅業(yè)股份有
限公司冶煉加工總廠(以下簡稱總廠)已堆存
了約700萬t的銅渣，2002年5月艾薩爐投產(chǎn)
后，電爐渣含銅品位由原來的0．3％ ～0．4％提
高到現(xiàn)在的0．7％ 一0．9％ ，年產(chǎn)出約6O萬t銅
渣。受土地制約，目前總廠銅渣無法采用緩冷方
式冷卻，而是采取驟冷的方式進行冷卻產(chǎn)生水淬
渣。由于水淬渣性質(zhì)不同于緩冷渣，決定了其較
差的浮選性。目前總廠18％的水淬銅渣銷往企
業(yè)周邊的水泥廠及建筑工地，剩余大部分爐渣在
渣場堆存，如能對這些銅渣中的有價金屬進行提
取，將使企業(yè)經(jīng)濟環(huán)保雙收益。
緩冷渣目前的處理工藝為：銅渣運至渣選廠
緩冷40h后用冷水噴淋，然后對銅渣進行三級破
碎(一般破碎、鱷式破碎和錐式破碎)，破碎的
銅渣采用球磨機對銅渣進行分級，其中一級粒度
小于200目，二級粒度小于400目。分級后的渣
再進行三段浮選，一段精礦含量為28％ ～29％ ，
二段精礦含量為24％ 一25％ ，三段精礦含量為
18％ ～19％。浮選出的精礦通過磁選進行Fe、
Cu礦分離，尾礦漿進入濃密機得到尾礦。銅精
粉品位20％ 一22％ ，回收率90％；鐵精礦粉品
位58％ ～6o％ ，其中含硅14％ ～15％ ，含銅
0．3％ ，回收率50％；尾礦含銅0．27％以下。銅
渣浮選后得到的銅精粉返回金峰熔煉系統(tǒng)，鐵粉
外賣煉鐵廠，尾礦部分外賣水泥廠。
5 銅渣資源化利用前景
銅渣資源化利用可以分為兩類，一是銅渣化
學(xué)性質(zhì)的利用，二是銅渣物理性質(zhì)的利用?；鸱?
和選礦法提取技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，其中電爐
貧化法和浮選法已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化。許多專家、
學(xué)者正在解決濕法利用存在的問題，濕法實現(xiàn)工
業(yè)化的道路也指日可待。在物理利用方面，銅渣
制造水泥、混凝土、防腐除銹劑已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)
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冶金能源
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化生產(chǎn)，銅渣制造玻璃基復(fù)合材料、劈離磚也將
在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。隨著礦產(chǎn)資源的日益
枯竭和環(huán)保要求的不斷提高，銅渣資源化利用的
前景光明。
盡管在銅渣資源化利用方面取得了可喜的成
果，但仍存在一些問題需要不斷解決，如：銅渣
的組成和結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于有價金屬的提取，有價
金屬的回收率較低，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)有一定的難
度；在銅渣資源化利用方法中有些還存在著經(jīng)濟
性不好、資源利用率不高的現(xiàn)實問題；銅渣資源
化利用的理論研究工作還不夠深入，尤其在熱力
學(xué)和動力學(xué)方面研究甚少，對關(guān)鍵性問題仍沒有
有效解決。因此，當(dāng)前要實現(xiàn)銅渣的資源化利
用，必須綜合考慮經(jīng)濟、節(jié)能、綜合利用、環(huán)境
保護等因素，合理地選擇或開發(fā)適合企業(yè)自身銅
渣物性要求的處理方法和工藝。
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趙艷編輯

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