浅析铜冶炼渣缓冷场设计应注意的几个问题论文_丁中秋

摘要：本文针对国内已建成的渣缓冷场生产实践中存在的通病，在新建项目设计中做了部分改进，总结出渣缓冷场设计时需要关注的几个问题，以期为铜冶炼厂渣缓冷场的工程设计提供有益借鉴。

关键词：渣缓冷场；防渗膜；地面腐蚀和开裂；铸钢板铺设；排水；喷淋系统

铜冶炼炉渣是铜精矿经冶炼加工后剩余的残渣，其中蕴含丰富的铜、金、银等有价金属【1】，采用缓冷-磨浮工艺对冶炼渣进行综合回收，选矿后弃渣含铜品位通常可降至0.25-0.3%之间【2】，具有铜、金、银的回收率高，能耗低【3】、效益好的优势。因此，缓冷-磨浮工艺在国内大型铜冶炼企业得到广泛运用，近年来相继建成若干座大型铜冶炼渣缓冷场。

渣缓冷场作用在于将熔融态炉渣冷却为固态炉渣，然后将固态炉渣经过翻包摔渣、破碎、堆存，最终运输至粗破碎车间进入渣选矿生产流程。渣缓冷场处于熔炼车间和渣选车间承上启下的位置【2】。

鉴于渣缓冷场对铜冶炼生产的重要性，在我公司负责HL铜冶炼厂设计过程中，对国内部分已建成的渣缓冷场生产实践中存在的问题进行了调研，并在本次工程设计时有针对性的加以改进，特总结出如下几点体会，以期为今后类似工程设计时提供些许参考：

1.新建缓冷场应特别注意铺设HDPE防渗膜

渣包喷淋冷却水及炉渣淋溶水呈弱酸性并含有少量重金属，会沿着缓冷场混凝土面层局部开裂缝隙渗至地下，造成一定污染。根据环保需要，渣缓冷场设计时十分必要在混凝土结构层下铺设HDPE防渗膜。调研发现，受早期公众环保认识不足的局限，国内已建成的部分渣缓冷场没有铺设防渗膜，如后期增加防渗膜花费代价太高，很少有企业再进行补救的，致使土壤和地下水的污染无法终止。随着公众环保意识的提高，在新建渣缓冷场设计阶段，设计人员有责任说服业主做好渣缓冷场的防渗工程。

在HL铜冶炼厂设计时，渣缓冷场全范围均铺设了HDPE防渗膜。HDPE膜铺设顺序自下而上为：粘土地基夯实、400g/m2无纺土工布、2.0mm厚光面HDPE膜、6.0mm复合土工排水网、400g/m2无纺土工布、300mm厚粗砂保护层。缓冷场混凝土结构层在粗砂保护层上铺砌。

铺膜设计应注意：1）铺膜前地基处理时，应尽量选用透水性差的粘土适当换填，膜下800mm深度范围的地基压实系数不应小于0.90，与膜接触的地基表面应设置0.5-0.8%汇水坡度。2）缓冷场应分区域设置一定数量的渗流收集沟或收集池，收集池内埋设D650mmHDPE管道，用于渗漏观测和抽取残液，见图1。3）HDPE膜上铺设6.0mm复合土工排水网、粗砂保护层，利用粗砂渗透性强和土工排水网的导流作用，将渗流液能顺利导流排向收集池。

图1 渗漏液收集池

2.混凝土地面应注意采取防止腐蚀和开裂的措施

由于循环喷淋水带有弱酸性，并且缓冷场内行驶的抱罐车满载时荷载大多120t以上，致使缓冷场混凝土地面出现腐蚀和开裂现象严重，这是国内铜冶炼企业缓冷场的通病之一。图2a、2b为FZJ铜冶炼厂地面腐蚀和开裂现象。

渣缓冷场混凝土面层设计时应注意：1）合理制定混凝土面层、基层、垫层的厚度、抗折强度、压实度等控制指标，并要求业主在施工过程中严把质量关。如采用360mm厚C35混凝土、抗折强度≥5.0MPa，基层、垫层压实度不小于0.95。2）在混凝土中增加10-12%抗酸腐蚀剂，减小混凝土面层腐蚀。3）混凝土面层中增加双向受力钢筋网或掺入钢纤维等，提高混凝土抗拉、抗折强度。图2c为增加抗酸腐蚀剂后地面抗酸效果。

SFY冶炼厂采用铺设铸钢板块代替预埋钢板的做法收到较好效果。具体做法为：在混凝土地面上部铺设100mm厚粗砂，粗砂上再铺设1000x800x80mm铸钢板，铸钢板之间采用嵌套拼接，个别铸钢板损坏后更换比较方便。但在生产实践中，上述改进仍存在一定缺陷，即：翻包摔渣工作时，被冲击铸钢板下部粗砂受到挤压，引起周边其他铸钢板弹跳，拼接钢板的平面出现凹凸不平，影响铲车铲取炉渣；同时下部粗砂受到挤压后颗粒会逐渐变细，透水能力降低，粗砂缓冲层内残留水不能及时排出。

图5 HL铜冶炼厂摔渣口地面铸钢板铺设施工图

HL铜冶炼厂为寒冷地区建设项目，缓冷场摔渣口地面铺设在SFY做法的基础上做了局部改进：1）将粗砂厚度增大至205mm；2）铸钢板下铺设HW175x175H型钢及30mm减震垫。3）粗砂缓冲层下设置复合土工排水网和排水沟。详见图4、图5。通过改进，使H型钢和粗砂同时承受炉渣冲击，可减少铸钢板弹跳和粗砂受挤压变细，可使渗入缓冲层的水及时排出，使其不出现冬季结冰现象。

4.应特别注意缓冷场雨水排除系统设计合理性。

缓冷区地面排水设计的重点为缓冷喷淋水的收集和循环系统，一般需要在缓冷区地面设置一定汇水坡度用于收集喷淋水，使缓冷喷淋水自流至循环水池。但在夏季暴雨期，缓冷区地面雨水也会通过地面坡度汇流至循环水池，往往会使循环水池溢流造成污染，因此在设计时必须考虑好多余雨水分流问题，控制好循环水池最高水位，既不使水池发生溢流又能保证喷淋作业时循环水量。

渣场区雨水排水方向应特别注意。调研发现，个别已建成的缓冷场雨水和渣包残留水排水设计时，错误地将雨水排向摔渣挡土墙下排水沟，致使摔渣口局部出现积水，当高温和液态炉渣的红包翻包时出现放炮现象，威胁作业人员和设备安全。图6为SFY冶炼厂出现渣包放炮瞬间照片。在HL铜冶炼厂设计时，我们优化了雨水排除方向，雨水排水沟布置远离摔渣口，在渣包摔渣口地面设置2%较大排水坡度，使雨水能迅速排离摔渣区，以避免发生放炮事故。参见图4。

图6 SFY冶炼厂红包放炮事故

5.寒冷地区渣缓冷场设计需要注意的几个特殊问题

渣缓冷场全部生产均为露天作业，炉渣经过自然冷却后采用采用喷淋水来实现缓冷，喷淋作业受气候影响较大，尤其在北方严寒地区，缓冷场设计应处理好以下几个特殊问题。

1）严寒地区一般伴随大风天气，因熔融渣自然冷却阶段不宜骤冷，因此渣缓冷场周围宜设置防风拟尘网来降低风速，可以为熔融渣自然冷却创造相对稳定的环境。

2）从图3照片可以发现，南方温暖地区建设渣缓冷场，渣包存放区域一般为平坡，见图7，喷淋作业会产生地面积水；北方严寒地区建设缓冷场，渣包存放区域应同行车区域一样设置0.5-0.8%排水坡度，有利于喷淋水及时收集至排水沟，可以避免地面结冰。

3）严寒地区喷淋水管道水平段设计时，应设置与喷淋水流方向相反的泄水坡度和泄水管道，待喷淋完成后及时将管道内积水排出，防止冬季冻结。管道内残留水冻结成冰后，经过1000°C以上熔融渣的高温辐射烘烤后，冰融化水可沿着反坡溜走，避免流入高热渣包内发生爆炸事故。详见图7。

图8 HL铜冶炼厂喷淋水系统图

4）翻包摔渣时渣包内残留少量喷淋水，冬季翻包时残留水同样会沿着铸钢板拼接缝隙进入粗砂缓冲层，在铸钢板地面和混凝土基础顶面设置2%排水坡度，可使残留喷淋水迅速排走，减少粗砂缓冲层和渣场地面结冰。见图5。

综上所述，通过对生产实践中通病的设计改进，以及对寒冷地区特殊问题采取针对性措施的介绍，希望能丰富渣缓冷场设计经验，为同类企业提供更好设计服务。

参考文献：

[1]杨银辉 冯国刚. 国内大型站选矿缓冷场设备配置及选型探讨.有色设备，2012年第3期：9

[2]何峰.某铜冶炼厂缓冷场工艺设计浅谈.有色冶金设计与研究，2015年8月第36卷第4期：30-35

[3]王国红.铜冶炼炉渣缓冷技术研究与生产实践.铜业工程，2014年总第128期第4期：27-30

论文作者:丁中秋

论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期

论文发表时间:2018/12/16

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