代獻仁 林小鳳 袁啟東 陳 洲 劉 軍

（1.銅陵有色金屬集團股份有限公司；2.中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司）

火法冶煉是目前銅生產(chǎn)的主要工藝，世界上80%以上的銅采用火法冶煉生產(chǎn)。在我國97%以上的銅由火法冶煉生產(chǎn)，火法冶煉占據(jù)主導地位。銅火法冶煉過程會產(chǎn)大量銅渣，據(jù)統(tǒng)計，我國已存放銅渣超過1.2億t，而這個數(shù)值還在增加，按每生產(chǎn)1 t銅排放2.2 t銅渣計算，我國每年將新增銅渣超過1 000萬t［1］。

銅渣中存在大量的有價金屬，如Cu、Fe、Au、Ag、Ni等，其中銅品位在0.5%～8.0%，鐵品位在40%左右，而我國開采的銅礦石品位大部分在1%以下，鐵礦的平均品位只有29.3%［2］。堆存這些富含鐵、銅的銅渣不僅占用大量土地、污染環(huán)境，同時還造成極大的資源浪費［3-4］。目前，我國鋼鐵工業(yè)每年鐵礦石的自給率僅約50%，可見開發(fā)利用銅渣，綜合回收渣中的有價金屬元素銅和鐵，不僅具有相當可觀的經(jīng)濟效益，而且對于銅冶煉行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［5］。

1 銅渣性質(zhì)

銅渣是銅高溫火法冶煉過程中的產(chǎn)物，空氣冷卻的銅渣為黑色，外表為玻璃狀，大部分呈致密塊狀，脆而硬。隨著含鐵量的變化，密度一般為2.8～3.8 g/cm3［6］。

某銅冶煉渣的化學多元素分析及銅物相分析結(jié)果見表1、表2，銅渣XRD、SEM-EDS分析結(jié)果見圖1～圖2。

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由表1、表2可知，銅渣中的鐵含量較高，為39.37%，高于我國鐵礦鐵品位平均值，有較高的回收價值［7］；主要脈石SiO2含量很高，達31.91%，Al2O3含量4.40%，且銅含量0.85%，超過大部分銅礦石品位。銅渣中的銅主要以硫化銅和金屬銅的形式存在，含有少量氧化銅。

由圖1～圖2及銅渣面掃描可見，銅渣中的主要結(jié)晶相為磁鐵礦、鐵橄欖石，少量的圓形冰銅和輝銅礦相嵌布其中，這為浮選得到高品位的銅精礦創(chuàng)造了良好的條件。

2 銅渣選礦回收技術(shù)研究

2.1 試驗原料及方法

取一定量的銅渣，磨細至-0.15 mm，生石灰和改性劑按一定比例加入并與銅渣充分混勻，放入200 mL剛玉坩堝中。將剛玉坩堝放入通有氮氣的MoSi2馬弗爐中，升溫速率為7.5℃/min，達到設(shè)定溫度后保溫一段時間充分熔化，隨后取出坩堝至通有氮氣的鐵罐中冷卻至室溫。最后，將所得銅渣預先浮銅，選銅后尾礦磁選選鐵。

2.2 試驗結(jié)果及討論

2.2.1 堿度試驗

在熔渣溫度1 350℃，保溫時間120 min，冷卻速度1.5℃/min，緩冷終點溫度900℃的條件下；固定磨礦細度-0.045 mm90%，丁基黃藥用量200 g/t，抑制劑用量3.6 kg/t，浮選時間5 min，磁選磁場強度0.17 T；通過改變生石灰用量調(diào)節(jié)熔渣堿度，考察堿度對銅渣中銅、鐵回收效果的影響，試驗流程見圖3，試驗結(jié)果見圖4。

由圖4可見，堿度對精礦質(zhì)量有著明顯的影響，隨著二元堿度（CaO/SiO2）的增大，鐵回收率明顯增加，鐵品位升高；但銅品位和回收率則快速下降；分析認為，堿性環(huán)境有利于磁鐵礦的生成和富集，從而鐵品位和回收率提高；但隨著二元堿度的升高，阻礙了銅晶粒的聚集長大，影響后續(xù)浮選技術(shù)指標［8］；綜合考慮，選擇堿度為0.45，此時鐵精礦品位及回收率分別為56.78%、72.52%，銅精礦品位3.89%，銅回收率33.55%。

2.2.2 熔渣溫度試驗

在堿度0.45，復合改性劑用量12%，保溫時間120 min，冷卻速度1.5℃/min，緩冷終點溫度900℃的條件下；固定磨礦細度-0.045 mm90%，丁基黃藥用量200 g/t，抑制劑用量3.6 kg/t，浮選時間5 min，磁選磁場強度0.17 T；考察熔渣溫度對銅渣中銅、鐵回收效果的影響，試驗流程見圖3，結(jié)果見圖5。

由圖5可見，隨著熔渣溫度的上升，銅品位、銅回收率增加，鐵品位、鐵回收率變化不大；溫度由1 250℃升至1 350℃時，銅品位及回收率分別由7.02%、57.78%增加至11.04%、71.45%，鐵回收率略有降低，鐵品位保持56%左右；進一步提高溫度，品位及回收率變化不明顯；隨著熔渣溫度地提高，熔渣的黏度減弱，改善了冰銅的沉淀環(huán)境，有助于質(zhì)點在各相間分散，促進銅粒子聚集和生長，減小浮選難度［8］；因此，適宜的熔渣溫度為1 350℃。

2.2.3 保溫時間試驗

在堿度0.45，復合改性劑用量12%，熔渣溫度1 350℃，冷卻速度1.5℃/min，緩冷終點溫度900℃的條件下；固定磨礦細度-0.045 mm90%，丁基黃藥用量200 g/t，抑制劑用量3.6 kg/t，浮選時間5 min，磁選磁場強度0.17 T；考察保溫時間對銅渣中銅、鐵回收效果的影響，試驗流程見圖3，結(jié)果見圖6。

由圖6可見，當保溫時間達120 min時，延長保溫時間，銅、鐵精礦指標改變不大；當保溫時間低于120 min時，隨著保溫時間的縮短，銅、鐵精礦回收率減少，銅品位略有下降，鐵品位無明顯變化；減少保溫時間，磁鐵礦晶粒、冰銅晶粒聚集時間減少，各相間接觸反應時間減少，回收溶解的金屬銅、鐵難度增加，但保溫時間過長，能耗高，生產(chǎn)能力低；因而，保溫時間選擇120 min。

2.2.4 冷卻速度試驗

在堿度0.45，復合改性劑用量12%，熔渣溫度1 350℃，保溫時間120 min，緩冷終點溫度900℃的條件下；固定磨礦細度-0.045 mm90%，丁基黃藥用量200 g/t，抑制劑用量3.6 kg/t，浮選時間5 min，磁選磁場強度0.17 T；考察冷卻速度對銅渣中銅、鐵回收效果的影響，試驗流程見圖3，結(jié)果見圖7。

由圖7可見，冷卻速度對銅、鐵的回收指標有顯著影響，當冷卻速度小于1.5℃/min時，對銅、鐵的品位及回收率影響較??；當冷卻速度大于1.5℃/min時，銅品位和回收率快速減小，鐵回收率緩慢減少。研究表明，熔渣冷卻速度過快，生成較多的玻璃質(zhì)相，粒子間擴散聚集受阻；相反，減慢冷卻速度，相變溫度停留時間增加，磁鐵礦和冰銅晶粒能夠有充足的時間聚集和生長，因而有用礦物晶粒粗大、聚合，使得選礦指標較好，有價金屬可得到綜合有效回收；因而，適宜的冷卻速度為1.5℃/min。

2.2.5 緩冷終點溫度試驗

在堿度0.45，復合改性劑用量12%，熔渣溫度1 350℃，保溫時間120 min，冷卻速度1.5℃/min的條件下；固定磨礦細度-0.045 mm90%，丁基黃藥用量200 g/t，抑制劑用量3.6 kg/t，浮選時間5 min，磁選磁場強度0.17 T；考察緩冷終點溫度對銅冶煉渣中銅、鐵回收效果的影響，試驗流程見圖3，結(jié)果見圖8。

由圖8可見，當熔渣緩慢冷卻至1 000℃以下后，緩冷終點溫度繼續(xù)下降，銅、鐵回收率及品位變化不大；當緩冷終點溫度在1 000℃以上時，銅、鐵回收率隨溫度上升而減少。分析認為，熔渣的相變溫度高于1 000℃，在相變溫度范圍內(nèi)應控制冷卻速度，保證銅相粒子結(jié)晶完整，減小對銅浮選指標的影響；對于磁鐵礦，其熔點較高，具有較強的析晶能力，因而緩冷終點溫度對其回收指標影響?。灰虼耍ㄗh緩冷終點溫度為900℃。

2.2.6 復合改性劑試驗

在堿度0.45，熔渣溫度1 350℃，保溫時間120 min，冷卻速度1.5℃/min，緩冷終點溫度900℃的條件下；固定磨礦細度-0.045 mm90%，丁基黃藥用量200 g/t，抑制劑用量3.6 kg/t，浮選時間5 min，磁選磁場強度0.17 T；考察復合改性劑用量對銅渣中銅、鐵回收效果的影響，試驗流程見圖3，結(jié)果見圖9。

由圖9可見，銅品位和回收率隨添加劑用量的增加顯著提高，鐵回收率降低，鐵品位基本不變；當添加劑用量從0增加至12%時，銅品位從4.05%提高到11.04%，回收率從32.87%提高到71.45%，鐵回收率降低14.37個百分點；當添加劑用量高于12%時，隨著用量的增加，銅品位減小，鐵回收率仍呈下降趨勢；因此，適宜的添加劑用量為12%。

2.3 閉路試驗

在條件試驗及開路試驗的的基礎(chǔ)上進行銅冶煉渣選銅、鐵全流程閉路試驗，試驗條件及流程見圖10，試驗結(jié)果見表3。

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由表3可知，銅渣在采用2粗3精3掃工藝流程，可獲得銅品位21.04%、銅回收率74.22%的銅精礦；選銅尾礦磁選選鐵可獲得鐵品位56.50%、回收率61.80%的鐵精礦。

3 結(jié) 語

（1）某銅冶煉渣中銅含量0.85%，多以硫化物形態(tài)存在，含有少量氧化銅；鐵含量高達39.37%，多以磁鐵礦和鐵橄欖石礦物形式存在。堿度、冷卻速度對銅、鐵的品位和回收效果具有顯著的影響，隨堿度的增大，鐵品位及回收率明顯提升，而銅品位和回收率則明顯下降。

（2）閉路試驗結(jié)果表明，在熔渣堿度0.45，鐵復合改性劑用量12%，熔渣溫度1 350℃，保溫時間120 min，冷卻速度1.5℃/min，緩冷終點溫度900℃的條件下所得銅渣，在磨礦細度-0.045mm90%的情況下，采用2粗3精3掃工藝流程，可獲得銅品位21.04%、銅回收率74.22%的銅精礦，選銅尾礦磁選選鐵可獲得鐵品位56.50%、鐵回收率61.80%的鐵精礦。