廢銅物料冶煉爐渣的綜合回收利用研究

楊有智，鄒麗萍，曹恩源，李俊杰，管東明，曾素琴，徐文俊

湖北大江環(huán)保科技股份有限公司 湖北黃石 435005

隨著現(xiàn)代社會日新月異的發(fā)展，銅資源不斷緊缺，銅冶金行業(yè)越來越重視從爐渣中回收銅。冶煉爐渣是火法煉銅的必然產(chǎn)物，其主要來源于銅精礦、硫精礦 (可回收其中的鐵資源) 以及其他物料。一般來講，從冶煉爐渣中回收銅、鐵資源，其有效的工藝是浮選和磁選[1-4]。因此，如何對冶煉爐渣銅進(jìn)行有效的富集回收[5-6]，成為該資源能否高效利用的關(guān)鍵。

某銅冶煉廠以銅精礦為原料，生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)陰極銅 200 萬 t，年產(chǎn)爐渣 65 萬 t，為了核實(shí)爐渣中的銅、鐵有價元素，同時設(shè)計了廢銅冶煉爐渣回收工藝。根據(jù)廢銅物料冶煉爐渣的性質(zhì)，前期通過“先浮后磁”工藝和“先磁后浮”工藝做了系列的對比試驗(yàn)，獲得含銅品位為 22.51%、回收率為 79.04% 的銅精礦，含鐵品位為 63.78%、回收率為 80.14% 的鐵精礦，“先浮后磁”工藝在選礦指標(biāo)和選礦成本方面均優(yōu)于后者。因而本文將利用“先浮后磁”工藝綜合回收冶煉爐渣中的金屬銅和鐵。

1 試料性質(zhì)

1.1 化學(xué)成分分析和 X 射線衍射譜

對試料進(jìn)行了化學(xué)多元素分析和 X 射線衍射光譜，分析結(jié)果分別如表 1 所列，X 射線衍射譜如圖 1所示。

表1 試料的化學(xué)多元素分析結(jié)果Tab.1 Chemical element analysis results of test sample %

圖1 X 射線衍射譜Fig.1 X-ray diffraction spectra

從表 1 和圖 1 可以看出，冶煉爐渣中，可回收的有價金屬是 Cu、Fe，其中銅金屬含量為 2.46%，鐵金屬含量為 39.45%。

1.2 試料中銅、鐵礦物物相分析

對冶煉爐渣中銅、鐵礦物進(jìn)行了相應(yīng)的物相分析，其結(jié)果如表 2、3 所列。

表2 銅物相分析結(jié)果Tab.2 Analysis results of copper phase %

表3 鐵物相分析結(jié)果Tab.3 Analysis results of iron phase %

從表 2、3 可以看出，爐渣中銅礦物主要以硫化銅的形式存在，占總銅的 85.77%；鐵礦物主要以磁性鐵和氧化鐵的形式存在，其中磁性鐵占全鐵的 77.24%，氧化鐵占 15.74%。

2 試驗(yàn)研究結(jié)果及討論

根據(jù)冶煉爐渣性質(zhì)，采用碎礦—磨礦—浮選選銅(一粗二精二掃) —磁選選鐵工藝流程進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.1 浮選提銅工藝條件試驗(yàn)

2.1.1 磨礦細(xì)度試驗(yàn)

磨礦細(xì)度直接關(guān)系到冶煉爐渣中的含銅、鐵礦物的解離度，本組試驗(yàn)考察了磨礦細(xì)度對浮選含銅物料指標(biāo)的影響。試驗(yàn)條件：pH 值調(diào)整劑用量為 200 g/t，丁基黃藥用量為 120 g/t，松醇油用量為 100 g/t，浮選時間為 6 min。試驗(yàn)結(jié)果如圖 2 所示。

圖2 磨礦細(xì)度試驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of test for grinding fineness

由圖 2 可以看出，隨著磨礦細(xì)度的提高，銅粗精礦含銅品位和回收率均先升后降；在 -0.074 mm 含量占 90% 左右時兩者最佳。綜合考慮，確定磨礦細(xì)度-0.074 mm 含量為 90%。

2.1.2 石灰用量試驗(yàn)

pH 值對浮選含銅物料選別有較強(qiáng)的影響作用，本試驗(yàn)考察了 pH 值調(diào)整劑石灰用量分別在 100、150、200、250 g/t 時，對浮選含銅物料指標(biāo)的影響。試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度為 -0.074 mm 占 90%，丁基黃藥用量為 120 g/t，松醇油用量為 100 g/t，浮選時間為 6 min。試驗(yàn)結(jié)果如圖 3 所示。

圖3 石灰用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of test for lime dosage

由圖 3 可以看出，隨著石灰用量的加大，銅粗精礦含銅品位和回收率呈上升態(tài)勢，在用量為 200 g/t時處于波峰，而后下降。因此，確定石灰用量為 200 g/t。

2.1.3 捕收劑種類試驗(yàn)

本試驗(yàn)考察了 4 種捕收劑丁基黃藥、Z-200、LP-02、丁銨黑藥對浮選含銅物料指標(biāo)的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖 4 所示。

圖4 捕收劑種類試驗(yàn)結(jié)果Fig.4 Results of test for collector type

由圖 4 可知，捕收劑丁基黃藥對浮選含銅礦物的效果最優(yōu)。同時，該捕收劑的價格較便宜，因而確定銅物料捕收劑為丁基黃藥。

2.1.4 丁基黃藥用量試驗(yàn)

捕收劑丁基黃藥的用量大小直接關(guān)系到目的礦物回收率的高低，本試驗(yàn)考察了捕收劑丁基黃藥的用量對浮選含銅礦物指標(biāo)的影響。試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度為-0.074 mm 占 90%，石灰用量為 200 g/t，松醇油用量為 100 g/t，浮選時間為 6 min。試驗(yàn)結(jié)果如圖 5 所示。

圖5 丁基黃藥用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.5 Results of test for butyl xanthate dosage

從圖 5 可以看出，隨著捕收劑丁基黃藥的用量加大，銅粗精礦中含銅品位和回收率呈先提高后降低的趨勢，在用量為 120 g/t 時效果最佳。因此，確定捕收劑丁基黃藥用量為 120 g/t。

2.1.5 起泡劑松醇油用量試驗(yàn)

試驗(yàn)條件：磨礦細(xì)度為 -0.074 mm 含量為 90%，丁基黃藥用量為 120 g/t，石灰用量為 200 g/t，浮選時間為 6 min。試驗(yàn)結(jié)果如圖 6 所示。

圖6 松醇油用量試驗(yàn)結(jié)果Fig.6 Results of test for terpineol dosage

從圖 6 可以看出，隨松醇油用量的增加，銅粗精礦中含銅品位及回收率呈先升后降的態(tài)勢；當(dāng)其用量為 100 g/t 時，選礦綜合指標(biāo)最佳。

2.2 磁選提鐵工藝磁場強(qiáng)度條件試驗(yàn)

對浮選銅礦物后的尾礦進(jìn)行選鐵研究，將原有的礦漿通過調(diào)漿至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 20%～ 30%，分別考察了0.10、0.15、0.20、0.25 T 不同磁場強(qiáng)度分選鐵物料的研究。試驗(yàn)結(jié)果如圖 7 所示。

圖7 不同磁場強(qiáng)度下分選試驗(yàn)結(jié)果Fig.7 Results of separation test at various magnetic field intensity

從圖 7 可以看出，隨著磁感應(yīng)強(qiáng)度的升高，精礦品位呈下降的趨勢，回收率則逐步上升；在磁場強(qiáng)度為 2 000 10-4T 時，鐵精礦的綜合指標(biāo)最佳。

2.3 全流程閉路試驗(yàn)

在條件試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了碎礦—磨礦—浮選(一粗二精二掃) —磁選全工藝流程試驗(yàn)。試驗(yàn)流程如圖 8 所示，試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所列。

圖8 閉路試驗(yàn)流程Fig.8 Process flow of closed-circuit test

由表 4 可以看出，采用全流程工藝處理的冶煉爐渣，最終獲得了含銅品位為 25.01%、回收率為 88.04%的銅精礦，含鐵品位為 64.13%、回收率為 82.21% 的鐵精礦，選別效果優(yōu)異。

表4 全流程閉路試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of whole process closeol-circuit test %

對精礦中的銅、鐵礦物進(jìn)行相應(yīng)的物相分析，結(jié)果如表 5、6 所列。

表5 銅精礦物相分析結(jié)果Tab.5 Analysis results of copper concentrate in phase %

表6 鐵精礦物相分析結(jié)果Tab.6 Analysis results of iron concentrate in phase %

從表 5、6 可以看出，銅精礦以硫化銅的形式存在，占總銅的 95.44%，也驗(yàn)證了前期對原礦的物相分析結(jié)果，氧化銅的占比較少，因而不需要進(jìn)行硫化之類的作業(yè)即可浮選出高品質(zhì)的銅精礦；鐵精礦中主要以磁性鐵的形式存在，占全鐵的 88.06%，僅通過磁選作業(yè)便可獲得優(yōu)質(zhì)的鐵精礦。

3 結(jié)語

(1) 冶煉爐渣中有價金屬是銅和鐵，其含量分別為 2.46% 和 39.45%。其中，銅主要以硫化銅的形式賦存，占總銅的 85.77%；鐵礦物主要以磁性鐵、氧化鐵的形式存在，其中磁性鐵占全鐵的 77.24%，氧化鐵占 15.74%。

(2) 采用碎礦—磨礦—浮選選銅 (一粗二精二掃)—磁選選鐵全工藝流程，獲得了含銅品位為 25.01%、回收率為 88.04% 的銅精礦，含鐵品位為 64.13%、回收率 82.21% 的鐵精礦。

(3) 冶煉爐渣經(jīng)一系列的選礦分離后，最終的尾礦中絕大部分為硅酸鹽以及含鋁硅酸鹽，通過脫水后還可作為建筑材料，真正意義上實(shí)現(xiàn)了資源高質(zhì)量綜合回收。