2.1 采用選礦技術(shù)提取有價金屬
通過前面的論述可知，冷卻后的銅渣實質(zhì)上是一種“人造礦石”，因此當(dāng)?shù)V石能夠達(dá)到選礦的要求后就可以通過選礦的方式去除其中的雜質(zhì)，生產(chǎn)人造銅精礦。采用選礦法分離提取銅渣中有價金屬是依據(jù)有價金屬賦存相表面親水、親油性質(zhì)及磁學(xué)性質(zhì)的差別，通過磁選或浮選得方式分離富集，從而達(dá)到回收有價金屬的目的。
2.1.1 浮選法
浮選法回收成本較低、工藝流程短、銅回收率高，能耗低（與電爐貧化相比)，與爐渣返回熔煉對比，可以將Fe3O4及一些雜質(zhì)從流程中除去，后續(xù)吹煉過程的石英用量將大為減少。銅的浮選回收率一般在90%以上，所得精礦品位大于20%，尾渣含銅在0.3%~0.5%[3]。西北礦冶研究院對白銀有色公司原來堆存的反射爐銅渣進(jìn)行了浮選研究，浮選銅回收率可達(dá)60%以上。銅陵有色公司用浮選法處理含銅大于2%的轉(zhuǎn)爐渣，使?fàn)t渣中鈷富集于銅精礦，鉆的回收率達(dá)81.4%[4]。
2.1.2 磁選法
磁選分離是利用渣中的有價金屬富集在不同的礦物中，并且礦物的鐵磁性不同進(jìn)行分選的。銅渣中的強(qiáng)磁性物相有鐵(合金)和磁鐵礦。鈷、鎳等在鐵磁性礦物中相對集中，銅則相對集中在非磁性物相中，因此，結(jié)晶良好并經(jīng)細(xì)磨的爐渣可將其作為預(yù)富集的一種手段。
日本的日立冶煉廠最早用磁選方法回收了轉(zhuǎn)爐渣中的鐵。貴溪冶煉廠選礦車間引進(jìn)日本技術(shù)和裝備，建成了一套磁選處理轉(zhuǎn)爐渣的裝置，以轉(zhuǎn)爐渣作為原料進(jìn)行選別作業(yè)，回收其中的銅金屬，渣尾礦中除SiO2的含量超標(biāo)外，完全符合鐵精礦的要求[5]。
武漢科技大學(xué)的黃自立等[6]提出了高溫脫硅—磁選工藝從煉銅水淬渣中回收鐵的工藝流程，得到品位為62.8%、鐵回收率為69.8%的高質(zhì)量鐵精礦。該工藝的核心是將難選的鐵橄欖石轉(zhuǎn)化為磁鐵礦，因此大大提高了鐵的回收率。
2.1.3 重選法
重選是根據(jù)礦物間的比重差異進(jìn)行的選礦。當(dāng)銅渣中含有粒度較粗的單體金屬銅時，磨礦工序可充分使單體金屬銅解離，但不會被磨碎。由于金屬銅粒子與銅渣中脈石礦物比重差異較大，因此，可利用二者的比重差異特性對粗粒金屬銅進(jìn)行重選回收，但是目前沒有工業(yè)化實踐的報道。
2.2采用火法冶金技術(shù)提取有價金屬
火法冶金處理銅渣主要手段是貧化處理，常用的方式有返回重熔和還原造锍，通過向高溫銅渣中加入添加劑如FeS或碳粉，降低貧化過程中的氧勢，使渣中的Fe3O4充分還原為FeO，從而改善爐渣的性質(zhì)，使其中大量夾雜的銅锍小珠能聚集成大顆粒而進(jìn)入貧锍相中，原理如下：
2.2.1 電爐貧化
電爐貧化法可以處理各種成分的爐渣，也可以處理各種返料熔體中電流在電極間的流動產(chǎn)生的攪拌作用能夠促進(jìn)渣中的銅粒子的集聚長大。電爐貧化法的最大優(yōu)點是實現(xiàn)了對鉛、鈷、鋅等易溶解于酸中金屬的回收，但電耗及碳質(zhì)電極材料消耗較高，需要向電耗更低、電極消耗更少的直流電爐改進(jìn)[7]。
2.2.2 真空貧化
昆明理工大學(xué)的杜清枝教授[8]詳細(xì)研究了爐渣真空貧化過程的物理化學(xué)原理，提出爐渣的真空貧化技術(shù)，并采用諾蘭達(dá)富氧熔煉渣進(jìn)行了實驗，成功地使渣含Cu的2/3層從大于5%降到了小于0.5%，廢渣可以直接拋棄。真空貧化的優(yōu)點是：增大了渣-锍間的界面張力，降低了渣中Fe3O4的含量，真空還有利于SO2氣泡的迅速長大、上浮，同時也對熔渣起著強(qiáng)烈的攪拌作用，極大的促進(jìn)了分散的锍滴聚合沉降的概率。但是該法存在的主要問題是成本較高，設(shè)備和操作比較復(fù)雜，距離工業(yè)化還有許多問題需要解決。
2.2.3 直流電貧化
銅渣直流電貧化由俄羅斯冶金學(xué)家最先提出。俄羅斯和德國的學(xué)者研究認(rèn)為：銅渣直流電貧化可以提高銅的回收率，降低能耗，是一種值得深入研究和發(fā)展的方法。直流電貧化法原理是，在直流電作用下，存在于熔渣中的銅锍液滴會產(chǎn)生電毛細(xì)運(yùn)動，從而加速銅锍與渣的分離。
國內(nèi)的白厚善，金哲男等進(jìn)行的煉銅爐渣直流電處理實驗結(jié)果表明[9]，在溫度1150℃、電流密度D=0.5A/cm2的條件下，10min內(nèi)渣含銅量可降至0.2%~0.3%。方立武[10]等在對電場作用下銅渣中金屬銅滴遷移行為研究中得出：隨著銅渣中銅含量的增加，在電壓為8~10V范圍內(nèi)，電壓增大，陰極區(qū)銅富集量增加，最高可達(dá)80%以上。
2.2.4 選擇性析出技術(shù)
東北大學(xué)的張林楠等[11]提出了選擇性析出的技術(shù)處理銅渣，選擇磁鐵礦作為富鐵相，并促使磁鐵礦相析出。通過對熔融銅渣的氧化處理，研究了氧化條件對磁鐵礦相析出的影響，確定了氧化過程中的限定性環(huán)節(jié)，采用適當(dāng)?shù)目販卮胧┐龠M(jìn)磁鐵礦相晶粒長大，實現(xiàn)渣中鐵組分向磁鐵礦相選擇性富集。處理后銅渣中磁鐵礦的富集度從22%提高到85%以上；控制5K/min的降溫速率，磁鐵礦平均粒度可達(dá)到80-95μm，為磁選分離磁鐵礦創(chuàng)造了有利條件；另外，張林楠還詳細(xì)研究吹碳還原并采用氣動攪拌過程中銅滴的析出和沉降行為，確定了貧化時間，為后續(xù)的工業(yè)化試驗提供了基礎(chǔ)理論指導(dǎo)。
2.2.5 兩步還原法
R·G·Reddy等[12]研究了還原法處理鼓風(fēng)爐銅渣的技術(shù)，金屬銅的回收率達(dá)到85%以上。他們采用兩步還原法回收金屬銅：溫度在1173K時，加入固體碳對固態(tài)CuO進(jìn)行預(yù)還原，同時盡量限制FeO被還原，實現(xiàn)第一步還原；當(dāng)溫度達(dá)到1573K時，對液態(tài)的混合物進(jìn)行第二次還原，時間為2h，但是未見擴(kuò)大化的試驗報道。
2.2.6 還原熔煉法
中南工業(yè)大學(xué)的孫銘良等[13]對含硫化物精礦自熱熔煉產(chǎn)出的爐渣進(jìn)行還原熔煉，在1523K和惰性氣體保護(hù)條件下，采用高溫重熔和氣體攪拌的方法可使渣含銅明顯下降，當(dāng)采用碳質(zhì)還原劑以及黃鐵礦作為硫化劑進(jìn)行貧化處理，并適當(dāng)添加SiO2、CaO等熔劑改善渣型后，可使渣含銅降低至0.17%。但此方法也存在著一些問題，至今未實現(xiàn)工業(yè)化。
2.2.7 氧化焙燒-還原生產(chǎn)粒鐵
東北大學(xué)的李鳳廉[14]等提出了銅渣磨細(xì)僅加石灰加水造球團(tuán)礦，并對球團(tuán)進(jìn)行干燥處理，干燥后的球團(tuán)礦進(jìn)行高溫氧化焙燒，氧化焙燒后的球團(tuán)礦再進(jìn)入回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行還原冶煉粒鐵的工藝，取得了較好的效果。銅進(jìn)入了粒鐵中，并作為煉鋼原料，冶煉成十六錳銅鋼、軋成圓鋼。鋅在還原冶煉粒鐵時，從煙塵中以ZnO形態(tài)回收，磁選后的尾渣可以生產(chǎn)鑄石、水泥混合料等建材。
此工藝流程雖然基本實現(xiàn)了對銅渣中鐵、銅、鋅等有價元素及尾渣的回收利用，但是也存在如下問題：
1）采用回轉(zhuǎn)窯進(jìn)行氧化焙燒、還原冶煉粒鐵，工藝流程長，生產(chǎn)控制環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)效率低；
2）還原冶煉粒鐵的過程對原料性能要求嚴(yán)格，同時窯內(nèi)溫度不能太高，否則容易發(fā)生窯內(nèi)結(jié)圈、球團(tuán)粉化等問題；
2.3 采用濕法冶金技術(shù)提取有價金屬
濕法處理銅渣，能夠?qū)︺~渣中的有價元素分別浸出，實現(xiàn)梯級利用；同時又可以避免火法冶金過程中的高能耗和大量高溫廢氣等常見缺點，是銅渣綜合利用的重要手段。
2.3.1 直接浸出
何柳等[15]采用硫酸浸出的方法處理貴溪冶煉廠的電爐渣，得到的濾液進(jìn)行萃取使銅、鐵分離，萃余液進(jìn)行沉鐵，萃取后液進(jìn)行提銅。銅的回收率為85 %，鐵的回收率為65 %。
A . N . Banza等[16]采用“氧化浸出-溶液萃取”法從銅的熔煉渣中回收有價金屬。在常壓下，用H2SO4和H2O2混合溶液對爐渣進(jìn)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回收率分別為80%、90%、90%。
在此之前，S. M. Abdel Basir等[17]分別研究了在酸、堿溶液中，用H2O2促進(jìn)有價金屬的溶解，研究對象是黃銅渣，金屬的總回收率達(dá)到98%。
蔣鏡宇等[18]采用碳氨-氨體系浸出黃銅熔煉渣，銅鋅進(jìn)入浸出液，對浸出液加熱分解沉淀銅鋅，用硫酸溶解后再用電積法實現(xiàn)銅鋅分離，銅、鋅回收率可達(dá)90%以上。
O Herreros等[19]對反射爐渣和閃速爐渣進(jìn)行了研究，提出了氯氣浸出的方法，銅的浸出率達(dá)到80%~90%，僅有4%~8%的鐵會溶解。
Ayse Vildan Bese等[20]也研究了在水溶液中，用Cl2促進(jìn)轉(zhuǎn)爐渣中銅溶解的最佳條件。在最佳條件下，銅、鐵和鋅的浸出率分別為98.35 %、8.97%和25.17%。
2.3.2 間接浸出
H. S. Altundogan等[21]采用“硫酸鐵焙燒”法提取轉(zhuǎn)爐渣中的有價金屬，經(jīng)過硫酸鐵焙燒后，再用水浸出，實現(xiàn)了有價金屬進(jìn)入溶液的目的。銅、鈷、鎳、鋅的回收率分別為93%、38%、13%和59%。
Ewa Rudnik等[22]對轉(zhuǎn)爐渣在還原條件下焙燒，產(chǎn)出Cu-Co-Fe-Pb合金，然后在氯化氨-氨水混合溶液中進(jìn)行電解溶解，由于合金不能完全溶解，F(xiàn)e以沉淀物形式進(jìn)入殘渣，大多數(shù)的Cu和Co進(jìn)入溶液，在陰極依次被析出，試驗研究表明99.9%Cu和92%Co可以從溶液中被回收。
Cuneyt Arslan等[23]采用“硫酸化焙燒”的方法處理熔煉渣和轉(zhuǎn)爐渣，銅渣焙燒之后，進(jìn)行熱分解，再用70℃熱水浸出，使有價金屬進(jìn)入溶液，過濾實現(xiàn)有價金屬的分離，銅、鈷、鋅、鐵的回收率分別為88%、87%、93%、83%。
王治玲等[24]采用“氧化焙燒-浸出-電積”工藝生產(chǎn)陰極銅，使銅渣中的銅最大限度地被浸出，而將貴金屬抑制在浸渣中，可以產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)的陰極銅。
2.3.3 細(xì)菌浸出[25,26]
由于細(xì)菌浸出能夠浸溶硫化銅，并具有一系列優(yōu)點，故發(fā)展很快。但細(xì)菌浸出的最大缺點是反應(yīng)速度慢，浸出周期長。最近的研究表明，通過加入某些金屬(如Co、Ag)可以催化加快細(xì)菌氧化反應(yīng)的速率，其機(jī)理在于用金屬陽離子取代了礦物表面硫化礦晶格中原有的Cu2+、Fe3+等金屬離子，增加了硫化礦的導(dǎo)電性，所以加快了硫化礦的電化學(xué)氧化反應(yīng)速率。
2.4 應(yīng)用于水泥及建筑行業(yè)[27]
由于水淬銅渣結(jié)構(gòu)致密，質(zhì)地堅硬，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在建筑行業(yè)得到了較多應(yīng)用，主要包括代替鐵礦粉作為礦化劑生產(chǎn)硅酸鹽水泥；代替砂石配置混凝土和砂漿；在采礦作業(yè)中代替黃砂做骨料填充到采空區(qū)；利用水淬渣具有堅固、耐磨性等特點用于水電船舶等的防銹劑；提取出其中的鐵后，直接澆鑄成鑄石，經(jīng)退火后制作板材或是管材；用作筑路路基和道渣及生產(chǎn)礦渣棉。
