汪金良 周 瑞 劉 遠 劉彥青 羅仙平4

（1.江西理工大學材料冶金化學學部，江西贛州341000；2.西部礦業(yè)集團科技發(fā)展有限公司，青海西寧810006；3.青海銅業(yè)有限責任公司，青海西寧810006；4.江西理工大學資源與環(huán)境工程學院，江西贛州341000）

銅冶金在有色金屬行業(yè)占有重要地位，由于銅礦原礦品位不斷降低，礦產開采難度越來越大，精礦成分日益復雜，國家對環(huán)境法規(guī)更加嚴格，對銅冶煉提出了越來越嚴格的要求，研究開發(fā)高效節(jié)能的強化煉銅方法是未來發(fā)展的主要方向［1-3］。目前富氧底吹熔煉法是我國具有完全自主知識產權的新一代熔池強化熔煉技術，該技術具有高氧濃、高熔煉強度、高氧壓、高負壓、自熱程度高、資源利用水平高等特點［2，4-5］，具有節(jié)能、高效、投資少、環(huán)境友好等優(yōu)勢，不僅提高了資源的利用率，增加了社會經濟效益，還符合國家節(jié)能減排、科學發(fā)展的要求。因此氧氣底吹熔煉的相關理論研究成為重要的應用理論課題。

青海銅業(yè)是我國較早引進雙底吹連續(xù)煉銅工藝的企業(yè)之一，年產陰極銅10萬t，然而在生產過程中由于物料多雜，返塵偏多，造成底吹熔煉渣含銅偏高（5%～8%），明顯高于底吹爐設計渣含銅量（≤3.5%），而渣含銅高的問題與爐渣組成、冶煉工藝、熔渣性質、渣型的選擇等因素密切相關。目前研究多集中在反射爐和頂吹爐等傳統(tǒng)的熔煉渣中銅賦存狀態(tài)［6-9］、爐渣渣型研究［10-11］，轉爐吹煉渣礦相特征研究［12-14］，對雙底吹連續(xù)煉銅熔煉渣研究還比較少。王親猛等［15-18］對氧氣底吹銅熔煉中冰銅對渣中銅的影響、多組元造渣行為及渣型優(yōu)化、渣中各組元含量之間的映射關系等進行了深入研究，結果表明爐渣中Cu、Fe、S等組元造渣行為具有相互關聯性，渣中SiO2含量和Fe含量對Cu含量耦合作用明顯，通過渣型優(yōu)化，得到了流動較好的渣型；劉柳等［19］分析了底吹熔煉過程產物，重點通過產物的微觀物相分析底吹熔煉過程機理；趙體茂等［20］和邊瑞民等［21］從雙底吹連續(xù)煉銅工藝實踐對渣中銅損失方式的影響，及生產過程中降低渣含銅方面所采取措施進行了總結。以上研究均未對底吹熔煉渣有價金屬的礦物相嵌布特征進行詳細分析。

本研究以青海某銅業(yè)公司底吹熔煉渣為研究對象，通過XRF、XRD、SEM、EDS和BPMA自動礦物分析系統(tǒng)等手段研究熔煉渣中各礦物組成、賦存狀態(tài)、嵌布粒度以及主要含銅礦物相解離度特征，研究結果對指導企業(yè)回收銅渣中的有價金屬和提高銅的直收率具有重要意義。

1 熔煉渣試樣性質

1.1 熔煉渣主要化學成分

試驗樣品為高海拔地區(qū)青海某銅業(yè)公司底吹熔煉爐放渣口扒出的熔煉渣，該熔煉渣是在熔煉溫度為1 180℃、氧濃度為75%的條件下產出。各成分在渣中的含量與生產過程中工藝參數動態(tài)變化有關。采用XRF檢測該熔煉渣主要化學成分，結果見表1。由表1可知，該冶煉廠產出的熔煉渣主要有價金屬為Cu、Fe、Pb、Zn等，雜質成分主要為SiO2。

1.2 熔煉渣礦物組成及銅物相分析

熔煉渣中礦物組成比較復雜，對其進行XRD、礦物組成及銅物相分析，結果分別見圖1、表2、表3。

由圖1和表2可知，熔煉渣中主要礦物為冰銅、鐵橄欖石、鐵酸鹽和玻璃相，另有少量或微量未反應的黃銅礦、氧化銅、金屬銅、石英、云母和長石等；熔煉渣中含銅礦物主要有冰銅、金屬銅、黃銅礦和氧化銅等，以冰銅含量最高。

由表3可知，熔煉渣中銅主要以冰銅（Cu2S）形式存在，其分布率達92.69%，同時含有少量的金屬銅。

2 渣中主要礦物相賦存狀態(tài)

2.1 冰銅

由熔煉渣化學物相分析結果可知，冰銅是熔煉渣中礦物含量最大的含銅礦物（相）。對冰銅多個區(qū)域進行能譜分析，結果見表4。

由表4可知，冰銅含銅較高，成分分布比較均勻，部分冰銅成分含有微量Al。

為確定冰銅與其他礦物相之間的嵌布關系，對熔煉渣進行掃描電鏡分析（SEM），結果見圖2。

由圖2可知，熔煉渣中冰銅粒度分布不均勻，主要呈粗細不等的粒狀或圓點狀分布于渣中，與硫化鉛、鐵橄欖石、玻璃相、鐵酸鹽等礦物嵌布關系密切。圖2（a）表明冰銅與鐵酸鹽包裹或連生；圖2（b）表明冰銅與鐵酸鹽和鐵橄欖石連生邊界具有明顯的裂縫，在后續(xù)磨礦過程中有助于冰銅的解離；圖2（c）表明冰銅呈圓粒狀嵌布于玻璃相中；圖2（d）表明冰銅內部包裹白色的微粒硫化鉛和多金屬合金。圖2（e）表明冰銅包裹或連生白色的硫化鉛相；圖2（f）表明冰銅內部包裹Cu-Sb合金；圖2（g）表明冰銅包裹或連生金屬銅、硫化鉛。在硅酸鹽和鐵橄欖石包裹的細冰銅顆粒度大多小于0.010 mm，這部分微細冰銅難以被回收，約占6.67%?？偠灾?，冰銅在熔煉渣中嵌布關系非常復雜，粒度分布不均，難以全部回收。

2.2 金屬銅

金屬銅（銅基合金）是熔煉渣中礦物量僅次于冰銅的含銅礦物（相），含量為0.13%，熔煉渣中的金屬銅主要由Cu組成，部分含微量的Fe、Sb、S、Al、Mg元素。為確定金屬銅的形態(tài)及其礦物間的嵌布關系，對其進行掃描電鏡分析（SEM），結果見圖3。

由圖3可知，熔煉渣中金屬銅主要呈長粒狀和圓粒狀，產出的多數金屬銅被鐵酸鹽、鐵橄欖石、玻璃相等礦物包裹或連生。圖3（a）表明金屬銅包裹于鐵酸鹽中；圖3（b）表明熔煉渣中鐵酸鹽、玻璃相、金屬銅相互緊密共生；圖3（c）表明金屬銅內部包裹白色點狀硫化鉛、Cu-Sb合金顆粒；圖3（d）表明渣中鐵橄欖石內部包裹金屬銅；圖3（e）表明金屬銅、Cu-Sb合金、鐵酸鹽嵌布于玻璃相中，這部分包裹的銅解離比較困難，難以回收。

2.3 鐵酸鹽

鐵酸鹽是熔煉渣中主要礦物相之一，熔煉渣中鐵酸鹽主要由Fe、O元素組成，并含有微量的Al、Si、Mg、Zn等元素。熔煉渣中的鐵酸鹽在放大后呈葉狀雛晶，其與金屬銅和冰銅關系密切，容易與鐵橄欖石和其他硫化礦緊密共生（見圖4），在熔煉渣中，其分布在鐵橄欖石晶粒間，結晶粒度一般小于10 μm。

2.4 鐵橄欖石

鐵橄欖石是熔煉渣中主要礦物相之一，主要成分為Fe2SiO4，與玻璃相關系密切，在玻璃相中呈塊狀，放大后呈平行帶狀或柱狀結晶。在熔煉渣中，鐵橄欖石與金屬銅和冰銅關系密切，與鐵酸鹽相相互包裹、夾雜，連生組成熔渣的基底物相。

2.5 玻璃相

熔煉渣中除鐵酸鹽和鐵橄欖石外還有一種礦物量較大的非晶態(tài)硅酸鹽礦物，呈膠水狀，稱為玻璃相，是渣相中最晚結晶出來的部分［19］，它主要充填于鐵酸鹽、鐵橄欖石、金屬銅、冰銅粒間起膠黏作用，其礦物量為25.74%。除含較高的Si、O、Fe、Al、Ca外，玻璃相中還含一定量的Zn。

3 熔煉渣中主要含銅礦物粒度分布及單體解離度

3.1 主要含銅礦物粒度分布

熔煉渣選別工藝的確定與渣中主要礦物嵌布粒度有直接關系［22-24］，本研究采用BPMA中最小夾長粒度參數表征熔煉渣的粒度。采用BPMA工藝礦物參數自動測量系統(tǒng)對熔煉渣中主要含銅物相（冰銅和金屬銅）的粒度進行測量和統(tǒng)計，結果見圖5。

由圖5可知，冰銅和金屬銅在熔煉渣中的嵌布粒度差異較大，金屬銅顆粒多數分布在0.053 mm以下，平均粒徑為0.030 mm，嵌布粒度較細，屬細粒嵌布。相比較金屬銅，冰銅嵌布粒度較大，分布于0.053 mm粒級以上的冰銅達到18.28%，通過浮選工藝易于回收，對于多數分布在-0.038+0.020 mm粒級內的冰銅在較細磨礦條件下可浮選回收，-0.015 mm粒級的冰銅很難單體解離，大部分銅將損失于尾礦中?；谝陨戏治隹芍?，熔煉渣的銅回收工藝需要在適宜的磨礦細度條件下進行，保證有用礦物的單體解離。

3.2 主要含銅礦物單體解離度測定

保證冰銅、金屬銅的有效解離是提高銅回收率的關鍵。為進一步了解熔煉渣中冰銅、金屬銅在磨礦過程中的單體解離特性，測定了其在不同粒度下的解離度，結果分別見表5、表6。

由表5可知，熔煉渣中冰銅解離度為46.13%，在-0.074 mm+0.044 mm粒級范圍內有51.58%單體解離，冰銅在-0.038 mm粒級也僅有30.11%單體解離，說明有部分冰銅嵌布粒度非常細，冰銅有一部分被鐵橄欖石、鐵酸鹽或玻璃相包裹。冰銅在熔煉渣中主要與鐵橄欖石或者玻璃相連生，其和鐵橄欖石或玻璃相連生量分別為14.20%和35.55%。其次是與鐵酸鹽連生，連生量約為4.12%。

由表6可知，金屬銅的解離較冰銅差，雖然-0.044+0.038 mm粒級單體含量達到61.55%，但在-0.038 mm粒級也未完全解離，金屬銅總體單體解離度僅33.81%，對金屬銅的回收極為不利，需要細磨才能單體解離，連生或者被包裹部分較多，其在熔煉渣中基本不與冰銅、黃銅礦等連生，與鐵橄欖石、鐵酸鹽連生量分別為13.04%、3.35%，金屬銅與其他脈石（硫化鉛）在粗粒級連生量較大。因此，在回收銅方面，對粗粒冰銅和金屬銅進行回收的同時，也應注重細粒冰銅和金屬銅的回收。

4 結 論

（1）熔煉渣主要由冰銅、鐵橄欖石、玻璃相、鐵酸鹽組成，冰銅和金屬銅是熔煉渣中主要銅礦物相，其中冰銅分布率達92.69%。

（2）熔煉渣中冰銅主要呈粒狀產出，部分冰銅顆粒被鐵橄欖石、玻璃相、鐵酸鹽、锍化鉛等礦物相包裹或連生，冰銅與鐵酸鹽和鐵橄欖石邊界有明顯裂隙，有助于冰銅的解離，其單體解離度為46.13%；熔煉渣中金屬銅平均粒徑0.030 mm，多數分布在-0.038 mm+0.020 mm粒級內，其銅單體解離度為33.81%。從粒度和嵌布狀態(tài)看，冰銅較金屬銅易于回收。