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        廣東某含銅污泥冶煉渣富集工藝研究

        2021-06-09 12:19:06饒金山呂昊子陳志強胡紅喜
        金屬礦山 2021年5期

        饒金山 呂昊子 陳志強 胡紅喜 劉 勇 蔣 英

        (1.廣東省科學院資源綜合利用研究所,廣東廣州510650;2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室,廣東廣州510650;3.廣東省礦產(chǎn)資源開發(fā)和綜合利用重點實驗室,廣東廣州510650)

        我國每年產(chǎn)生重金屬污泥約6 000萬t,含銅0.1%~3%[1]。重金屬污泥燒結(jié)熔煉產(chǎn)量巨大,是重要的二次銅資源[2]。含銅污泥產(chǎn)生的銅渣含銅1.0%~3.0%,品位低于燒結(jié)熔煉的入爐品位(一般要求>8%),直接燒結(jié)熔煉成本高。但其中某些金屬含量是金屬礦開采品位的數(shù)倍,直接堆置不僅造成銅資源浪費,而且污染環(huán)境[3]。因此,開展銅渣的綜合利用研究,對提高銅資源的循環(huán)利用率、降低我國銅資源對外的依存率和保護生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

        目前銅渣主要采用還原熔煉貧化、熔融還原和濕法冶金等方法回收銅[1],但預(yù)先物理富集再冶金處理是更經(jīng)濟的方法,浮選是最常用方法[4-7],其次為焙燒—磁選[8-11]。含銅污泥經(jīng)過燒結(jié)熔煉后銅主要以金屬銅、銅合金和銅鐵礦形式存在,現(xiàn)有銅渣富集研究主要集中于銅精礦冶煉渣,而含銅污泥冶煉渣的研究涉及較少。為使產(chǎn)品的銅品位達到入爐品位要求,本研究以含銅污泥冶煉渣對象,開展了浮選富集工藝研究,以確定最佳的浮選藥劑制度及合理的工藝流程,為類似含銅污泥冶煉渣的綜合利用提供技術(shù)借鑒。

        1 銅渣性質(zhì)

        1.1 化學多元素分析

        該銅渣取自廣東某環(huán)保企業(yè),該企業(yè)采用鼓風爐熔煉法處理含銅污泥,得到粗銅和銅渣。對銅渣進行化學多元素分析,結(jié)果見表1。

        由表1可知,銅渣中銅品位為3.50%,遠高于硫化銅礦床銅的最低工業(yè)品位0.4%[13],具有重要的回收利用價值。

        1.2 銅渣的礦物組成

        對該銅渣進行礦物組成分析,結(jié)果見表2。

        由表2可知,銅渣主要由含銅物質(zhì)、鐵氧化物和硅酸鹽渣相物質(zhì)組成。含銅物質(zhì)以金屬銅和銅鎳錫合金為主,少量銅鐵礦;主要脈石礦物為輝石和黃長石。在硫化礦捕收劑體系下,含銅物質(zhì)與鐵氧化物、硅酸鹽基質(zhì)可浮性相差大,可直接使用硫化礦捕收劑浮選分離富集。

        1.3 含銅物質(zhì)的粒度分析

        含銅物質(zhì)的粒度分析結(jié)果見圖1。

        由圖1可知,含銅物質(zhì)在0.01~2.56 mm均有分布,但以微細粒級居多,其中-0.01 mm難選粒級占有率約為55%。

        1.4 主要含銅物質(zhì)的嵌布狀態(tài)

        為查明銅渣中含銅物質(zhì)的嵌布狀態(tài),對其進行掃描電鏡分析,結(jié)果如圖2所示。

        從圖2可以看出,金屬銅主要以2種形式存在,一種是金屬銅與銅鎳錫合金呈固溶體形式連生(圖2(a)和(b)),金屬銅粒度僅10 μm左右,銅鎳錫合金顆粒更粗;另一種是金屬銅嵌布在硅酸鹽玻璃相中,且與磁鐵礦緊密連生(圖2(c)),粒度為50 μm左右;少量針狀銅鐵礦嵌布于硅酸鹽玻璃中,并沿鉻鐵礦邊緣交代(圖2(d))。以上結(jié)果表明,含銅物質(zhì)嵌布特征復(fù)雜,通過重選或磁選難以回收。

        1.5 銅渣磨礦產(chǎn)品的粒級分析

        將銅渣磨至-0.075 mm占85.76%后進行篩分分析,結(jié)果見表3。

        由表3可知,+0.15 mm粒級的累計銅品位22.56%,超過了二級銅精礦銅品位要求,可直接作為銅精礦。

        2 試驗藥劑及設(shè)備

        試驗中所使用的藥劑包括:丁基黃藥(工業(yè)級),松醇油(工業(yè)級),鹽酸(分析純),氫氧化鈉(分析純)。

        試驗中所使用的設(shè)備包括:顎式破碎機(型號PE-150 mm×250 mm)、輥式破碎機(型號2PGX-400)、錐形球磨機(型號XMQ-240 mm×90 mm),XFD-II型掛槽式浮選機(容積為0.5 L、0.75 L、1.0 L、1.5 L),電熱鼓風烘干機(型號LU-920),礦物解離分析儀(MLA-650,內(nèi)集成了掃描電鏡)。

        3 富集工藝研究

        3.1 浮選探索試驗

        銅渣常用的捕收劑有黃藥[12-16]、黑藥[17-18]或組合捕收劑[19],起泡劑主要為松醇油[20]。本試驗以丁基黃藥為捕收劑、松醇油為起泡劑,銅渣磨細后不添加pH調(diào)整劑(粗選礦漿pH=11),采用“1粗2掃”,進行浮選探索試驗,具體流程及藥劑制度見圖3,結(jié)果見表4。

        由表4可知,粗精礦的銅品位可達11.71%,銅回收率為69.51%,表明浮選可有效回收銅渣中的銅。

        3.2 浮選條件試驗

        為進一步提升浮選指標,開展了磨礦細度、pH值、捕收劑用量等條件試驗,以確定合理的浮選工藝參數(shù),具體試驗流程見圖3。

        3.2.1 磨礦細度試驗

        在粗選丁基黃藥用量為100 g/t、松醇油用量為40 g/t、粗選礦漿pH為11的條件下,考察磨礦細度對尾礦指標的影響,結(jié)果見圖4。

        由圖4可知,磨礦細度對浮選指標有重要影響,當磨礦細度從-0.075 mm占60.52%增加到-0.075 mm占85.76%時,尾礦中銅的品位從1.29%下降到0.70%,銅回收率從27.04%下降至12.66%。當磨礦細度進一步增加到-0.075 mm占90.62%時,尾礦中銅的品位和回收率均呈上升趨勢,因此確定最佳磨礦細度為-0.075 mm占85.76%。

        3.2.2 粗選pH值試驗

        在磨礦細度為-0.075 mm占85.76%、粗選丁基黃藥用量為100 g/t、松醇油用量為40 g/t的條件下,考察粗選pH值對粗精礦指標的影響,結(jié)果見圖5。

        由圖5可知,隨著粗選礦漿pH的升高,粗精礦銅的回收率逐漸增加,而銅的品位則逐漸下降;當粗選礦漿pH值為11時(不添加pH調(diào)整劑),粗精礦銅的品位為12.33%,銅的回收率達到73.70%,繼續(xù)升高粗選礦漿pH,銅的回收率略微增加,但此時浮選泡沫變粘,不利于浮選過程。綜合考慮,確定粗選礦漿的最佳pH值為11,此時不需要外加pH調(diào)整劑。

        3.2.3 丁基黃藥用量試驗

        在磨礦細度為-0.075 mm占85.76%、松醇油用量為40 g/t、粗選礦漿pH為11的條件下,考察丁基黃藥用量對粗精礦指標的影響,結(jié)果見圖6。

        由圖6可知,當丁基黃藥用量為100 g/t時,粗精礦銅的品位為12.33%、銅的回收率為73.67%。繼續(xù)增加丁基黃藥用量,銅的回收率小幅上升,而粗精礦中銅的品位大幅度降低。綜合考慮品位和回收率,確定粗選丁基黃藥的最佳用量為100 g/t。

        3.3 浮選開路試驗

        由篩分結(jié)果(表2)可知,+0.15 mm粒級產(chǎn)品可直接作為銅精礦,為此,本試驗在最佳的磨礦條件和藥劑制度下,采用“1粗2精2掃”工藝進行了全粒級浮選和篩分—浮選的對比研究,具體藥劑制度及流程見圖7,結(jié)果見表5。

        由表5可知,全粒級開路浮選最終可獲得銅品位為20.56%、銅回收率為65.98%的銅精礦;而篩分—浮選最終可獲得銅品位15.65%、銅回收率56.52%的浮選銅精礦和銅品位22.56%、銅回收率18.63%的+0.15 mm產(chǎn)品,銅綜合回收率達75.15%,尾礦銅品位降低至0.49%,由此可知篩分—浮選流程要優(yōu)于全粒級浮選流程。

        3.4 閉路試驗

        在全粒級浮選和篩分—浮選開路試驗的基礎(chǔ)上,進行了閉路試驗,試驗流程見圖8。試驗中發(fā)現(xiàn)全粒級浮選的中礦明顯累積,導(dǎo)致閉路不穩(wěn)定、金屬量不平衡,而篩分—浮選流程閉路容易穩(wěn)定、金屬量平衡,因此,僅將篩分—浮選結(jié)果列于表6。

        由表6可知,通過篩分—浮選工藝流程可有效回收銅渣中的銅,最終+0.15 mm和浮選精礦的綜合銅回收率為85.15%、銅品位為11.90%,滿足含銅污泥回爐要求。該結(jié)果表明,通過預(yù)先篩分,可有效解決中礦累積的問題,穩(wěn)定浮選過程。

        4 結(jié)論

        (1)含銅污泥冶煉渣的銅品位為3.50%,銅主要以金屬銅和銅鎳錫合金的形式存在,嵌布粒度微細,而且含銅礦物間嵌布關(guān)系復(fù)雜。

        (2)在磨礦細度為-0.075 mm占85.76%的條件下,以丁基黃藥為捕收劑,松醇油為起泡劑,全粒級開路浮選最終可獲得銅品位為20.56%、銅回收率為65.98%的銅精礦;而篩分—浮選最終可獲得銅品位15.65%、銅回收率56.52%的浮選銅精礦和銅品位22.56%、銅回收率18.63%的+0.15 mm產(chǎn)品,銅的綜合回收率達75.15%,尾礦銅品位降低至0.49%。

        (3)全粒級閉路浮選中礦易累積,而篩分—浮選閉路試驗流程穩(wěn)定,最終+0.15 mm產(chǎn)品和浮選精礦的綜合銅回收率為85.15%、銅品位為11.90%,滿足回爐冶煉要求。

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