吳健輝

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭364200）

銅冶煉閃速爐渣工藝礦物學(xué)研究

吳健輝

（紫金礦業(yè)集團(tuán)股份有限公司，福建上杭364200）

采用化學(xué)成分、化學(xué)物相、偏反光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜測(cè)定等分析表征手段對(duì)銅閃速冶煉渣進(jìn)行了工藝礦物學(xué)分析，查明了銅渣礦物組成及賦存狀態(tài)，對(duì)主要礦物及脈石成分的嵌布特征進(jìn)行了深入研究，為銅渣渣選工藝的制訂提供了理論依據(jù)。

銅冶煉；閃速爐渣；銅渣性質(zhì)；工藝礦物學(xué)；嵌布特征

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)對(duì)銅、鐵資源的需求量日益增大，然而當(dāng)前國(guó)內(nèi)大部分銅資源和鐵礦資源需要進(jìn)口[1-4]。近年來(lái)，閃速煉銅工藝由于其生產(chǎn)效率高、清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于火法煉銅行業(yè)，國(guó)內(nèi)約60%火法煉銅廠均采用該工藝[5-6]。2013年，國(guó)內(nèi)閃速煉銅產(chǎn)生銅渣逾15 000 kt，其中銅含量大部分在1%以上，鐵含量大部分在25%以上。由此可見(jiàn)，閃速煉銅渣是重要的銅、鐵提取二次資源[7-8]。由于火法煉銅過(guò)程原輔料多樣、反應(yīng)復(fù)雜，導(dǎo)致銅渣礦相及各相賦存形態(tài)不盡相同。因此，對(duì)閃速煉銅渣進(jìn)行工藝礦物學(xué)分析，可以為銅渣選銅工藝的制訂提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 銅渣性質(zhì)

1.1 銅渣試樣化學(xué)成分分析

銅渣樣品化學(xué)多元素分析結(jié)果如表1所示。

表1 銅渣樣品化學(xué)成分分析結(jié)果 %

從表1可以看出,所選銅渣試樣中銅含量達(dá)到6.89%，金、銀含量分別為1.00 g/t、63.20 g/t，鐵含量達(dá)到37.9%，有價(jià)金屬含量較高；主要脈石成分為CaO、MgO及SiO2。

1.2 銅渣試樣物相分析

所取銅渣試樣銅、鐵元素化學(xué)物相分析分別如表2、表3所示。

表2 試樣銅物相分析結(jié)果 %

表3 試樣鐵物相分析結(jié)果 %

由表2可知：樣品中銅主要以硫化銅形態(tài)存在，達(dá)到總銅含量的83.33%，其次金屬態(tài)銅達(dá)到總銅含量的13.94%，以氧化物形態(tài)存在的銅含量較少，僅為0.70%。由表3可知，銅渣中鐵主要以磁性鐵、鐵氧化物形態(tài)存在，分別達(dá)到總鐵含量的57.04%、32.03%，硫化鐵、硅酸鐵及金屬鐵含量較低。

2 礦石的主要礦物組成

原礦中金屬礦物較復(fù)雜，以磁鐵礦、含鐵銅硫化物、斑銅礦以及輝銅礦為主，其次為金屬銅、黃銅礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、金屬銀等。MLA未觀察到自然金顆粒。脈石礦物主要有鐵橄欖石、玻璃，其次為長(zhǎng)石、白云母。具體情況見(jiàn)表4。

表4 銅冶煉渣混砂樣品礦物組成與重量百分含量

3 銅渣中主要礦物嵌布特征

3.1 銅礦物嵌布特征

銅渣樣品偏反光顯微鏡圖像如圖1～圖4所示。由圖可知，樣品中銅礦物主要是輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物,其次是金屬銅及少量黃銅礦。輝銅礦在顯微鏡下呈灰白色,粒徑較大,約400～800 μm,如圖1、圖4所示；斑銅礦呈土黃色(圖2),且部分金屬銅嵌布于斑銅礦中(圖3);含鐵銅硫化物與磁黃鐵礦出現(xiàn)連晶現(xiàn)象(圖4)。

圖1 輝銅礦 光片10×10

圖2 斑銅礦 光片10×10

圖3 斑銅礦與金屬銅光片10×5

圖4 鐵銅硫化物與磁黃鐵礦連生 光片10×5

圖5～圖7為銅渣樣品掃描電鏡圖,由圖中可以看出輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物3種礦相存在相互交替生長(zhǎng),形成連晶結(jié)構(gòu)。其主要生長(zhǎng)形態(tài)有：輝銅礦相呈細(xì)長(zhǎng)條狀形態(tài)分布在斑銅礦中(圖5);斑銅礦呈細(xì)長(zhǎng)條狀嵌布在含鐵硫化銅中(圖6)。另外，銅礦相會(huì)與方鉛礦、磁鐵礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦構(gòu)成連晶,粒度較小的銅礦物常被鐵橄欖石或鐵硅酸鹽包裹(圖7)。

圖5 斑銅礦中的細(xì)長(zhǎng)條狀、不規(guī)則狀輝銅礦

圖6 含鐵銅硫化物中的細(xì)長(zhǎng)條狀斑銅礦

圖7 銅礦物集合體中分布的文象狀方鉛礦

對(duì)銅渣顯微觀測(cè)到輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物、金屬銅、黃銅礦等區(qū)域不同點(diǎn)進(jìn)行能譜成分測(cè)定,同相區(qū)域測(cè)多點(diǎn)取平均值,測(cè)定結(jié)果如表5所示。

表5 銅物相能譜分析結(jié)果 %

從表5可以看出，輝銅礦相在銅渣中賦存形態(tài)可分為兩個(gè)亞類：即鐵含量較低的輝銅礦(平均鐵含量0.47%)和鐵含量較高的輝銅礦(平均鐵含量4.01%)。由此推斷銅渣中輝銅礦可能主要與磁鐵礦和鐵橄欖石伴生。斑銅礦與含鐵硫化銅相嵌布交錯(cuò)分布，其中銅平均含量達(dá)到66.94%。含鐵銅硫化物主要含硫化亞銅、硫化亞鐵，呈伴生態(tài)存在于銅渣中。金屬銅主要以不規(guī)則單體形式分布，少數(shù)呈脈狀交代其它銅礦物或穿插在脈石中。根據(jù)能譜成分,金屬銅可分為兩個(gè)亞類,一類是較純的金屬銅,其中僅含少量的鐵；另一類除含少量鐵外,還含部分砷、銻,平均含量達(dá)到1.47%、2.73%。黃銅礦含量很少,主要以單體形式存在，少數(shù)與銅礦物集合體或鐵硅酸鹽連生，銅、硫、鐵平均含量分別達(dá)到34.51%、34.74%、30.41%。

3.2 磁鐵礦嵌布特征

銅渣中磁鐵礦有2種分布形式：第1種呈近等軸粒狀分布,見(jiàn)圖8(a);第2種呈骸晶狀、樹(shù)枝狀、毛刺狀分布,見(jiàn)圖8(b),非常細(xì)小,其粒度一般＜0.01 mm,這種分布形式是快速結(jié)晶的表現(xiàn)。由圖8可以看出, 2種形態(tài)磁鐵礦均與鐵橄欖石相嵌布交錯(cuò)分布。

圖8 銅渣中磁鐵礦嵌布形貌特征

3.3 脈石礦物嵌布特征

銅渣中脈石礦物主要是由鐵橄欖石、玻璃態(tài)相組成。鐵橄欖石一般呈條帶狀、脈狀及小毛刺狀、樹(shù)枝狀分布在玻璃態(tài)相中，如圖9（a）、（b）。脈石除主要包含元素Fe、Si、O外，還含有少量的Zn、Na、Mg、 Cu等。玻璃態(tài)相又可分為3類：第1類是鐵鋁含量較高玻璃態(tài)相，其中雜質(zhì)元素包含種類多，主要是Fe、Al，還包括少量的Pb、Ca、Zn、K、Na、As等；第2類是高鉛玻璃態(tài)相，其中PbO平均達(dá)34.95%，此外還包含F(xiàn)e、Zn、Al、Ca、K、Cu、Ba等元素；第3類玻璃態(tài)相成分較單一，幾乎不含其它的雜質(zhì)元素，但該玻璃態(tài)相含量較低，僅0.27%。鐵橄欖石及玻璃態(tài)物質(zhì)能譜分析結(jié)果如表6所示。

圖9 銅渣中鐵橄欖石、玻璃態(tài)相嵌布形貌特征

表6 鐵橄欖石與玻璃態(tài)相能譜成分 %

由表6可以看出，鐵橄欖石主要由Fe2O3、SiO2組成，二者含量分別達(dá)到64.13%、29.35%，另外夾帶少量重金屬氧化物及鎂、鈉氧化物；玻璃態(tài)相中SiO2含量高達(dá)52.8%，另外Fe2O3、Al2O3、PbO含量亦分別高達(dá)14.39%、11.54%、3.46%。

4 銅礦物的嵌布粒度

由上述分析可知,輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物3者常相互生長(zhǎng)構(gòu)成連晶,難以完全分離表征，故將3者合并為銅礦物集合。分別對(duì)銅礦物集合、金屬銅、黃銅礦三含銅相在不同粒徑范圍內(nèi)含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以探究各含銅物相賦存狀態(tài)與銅渣粒度的關(guān)系。銅渣中銅礦物粒度分布見(jiàn)表7。

表7 銅渣中銅礦物粒度組成 %

從表7可以看出，87.76%的銅礦物集合體分布于粒徑＞0.044 mm的銅渣中，其中粒徑＞0.25 mm的銅渣中,銅礦物集合體量達(dá)到42.3%,說(shuō)明銅礦物集合體在較大粒度銅渣中分布較廣;金屬銅在各粒級(jí)間分布較為均勻,與銅礦物集合體相比分布粒徑較小,在＞0.075 mm粒度范圍內(nèi),銅含量占全部金屬銅含量的57.4%;黃銅礦主要分布在粒徑較小銅渣中,在＜0.02 mm粒徑范圍內(nèi)黃銅礦含量達(dá)到83.88%。

5 結(jié)論

1)銅閃速爐渣銅、金、鐵等有價(jià)金屬含量較高,成分復(fù)雜,金屬礦物以磁鐵礦、含鐵銅硫化物、斑銅礦以及輝銅礦為主。脈石礦物主要是鐵橄欖石、玻璃,其次為長(zhǎng)石、白云母。

2)銅礦物嵌布粒度整體較細(xì)、賦存狀態(tài)呈多樣性。銅礦物集合體嵌布粒度+0.044 mm占87.76%,輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物相互交生構(gòu)成連晶,金屬銅主要以不規(guī)則單體形式分布,需要對(duì)銅渣進(jìn)行細(xì)磨和選擇合適的捕收劑及活化劑以提高銅的回收率。

3)磁鐵礦呈近等軸粒狀、骸晶狀、樹(shù)枝狀、毛刺狀分布，粒度細(xì)小，難于獲得高品質(zhì)鐵精礦。

[1] 周平,唐金榮,施俊法,等.銅資源現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì)分析[J].巖石礦物學(xué)雜志,2012,31(5)：750-756.

[2] 王樹(shù)新.淺談國(guó)內(nèi)銅的礦物資源采購(gòu)[J].有色礦冶,2011,27(4)：67-68.

[3] 楊長(zhǎng)華.中國(guó)銅資源保障現(xiàn)狀與未來(lái)發(fā)展[J].中國(guó)金屬通報(bào),2010 (36)：16-17.

[4] 張艷飛,王高尚,陳其慎,等.我國(guó)鐵礦石期貨市場(chǎng)未來(lái)趨勢(shì)淺析[J].中國(guó)礦業(yè),2013,22(11)：9-12.

[5] 鄧志文,黎劍華,陳靜娟.我國(guó)閃速煉銅廠的清潔生產(chǎn)[J].有色金屬(冶煉部分),2006(3)：16-22.

[6] 唐尊球.金隆銅閃速熔煉設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究, 1998(3)：7-10.

[7] 賈木欣.國(guó)外工藝礦物學(xué)進(jìn)展及發(fā)展趨勢(shì)[J].礦冶,2007,16(2)：95-99.

[8] 張忠益,匡志恩,楊鋼,等.銅渣中回收Z(yǔ)n、Cu的試驗(yàn)研究[J].云南冶金,2008,37(1)：27-29.

Mineralogical Study of Slag in Copper Flash Smelting Furnace

WU Jianhui

(Zijin Mining Group Co.,Ltd.,Shanghang,Fujian 364200,China)

Mineralogy of slag in copper flash smelting furnace was studied by analysis of chemical composition,chemical phase, polarizing microscope,scanning electron microscope and energy spectrum.Mineral composition and occurrence state of slag were ascertained,the embedded feature of main mineral and gangue was studied thoroughly,which will provide theoretical basis for flotation process of copper slag.

copper smetting;slag in flash smelting furnace;propenty of copper slag;process mineralogy;embedded feature

TD91

A

1004-4345(2014)05-0005-04

2014-08-04

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51364016)。

吳健輝(1974—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要從事有色金屬銅鋅資源選冶研究及管理工作。