側(cè)吹爐銅冶煉爐渣工藝礦物學(xué)研究

左延治，謝鈿生

（赤峰金通銅業(yè)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰 024000）

1 引言

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，韓偉等［1］發(fā)現(xiàn)云南某銅冶煉爐渣中含銅礦物大部分以硫化銅形式存在，銅金屬可回收性高，鐵以磁性氧化鐵、鐵橄欖石等形式存在，另外還含有一些脈石組成的無定形玻璃體。金建文等［2］采用化學(xué)成分分析、化學(xué)物相分析、掃描電鏡等方法，查明了某銅冶煉渣的化學(xué)組成及礦物物相組成，對冶煉渣中重要礦物相的嵌布特征和嵌布粒度進行了系統(tǒng)研究。劉長東等［3］研究了水淬渣、轉(zhuǎn)爐渣和轉(zhuǎn)爐底渣的礦物組成及嵌布特征。余彬等［4］采用高精度礦物解離分析技術(shù)（MLA）對選礦流程原礦、最終產(chǎn)品及中間產(chǎn)品的礦物組成、元素賦存狀態(tài)、銅礦物組成、礦物粒度分布和礦物嵌布、磨礦解離特征等進行分析研究。胡正華等［5］采用化學(xué)分析、化學(xué)物相分析、顯微鏡及掃描電鏡等工藝礦物學(xué)研究手段，分析了不同銅冶煉渣的化學(xué)組成及礦物物相組成，對銅冶煉渣中重要礦物的嵌布特征和嵌布粒度進行了系統(tǒng)研究，對其利用中存在的問題進行了分析，為銅冶煉渣的綜合回收利用提供了理論依據(jù)。

綜上可知，選礦工藝已成為銅冶煉爐渣回收選銅的主流技術(shù)。隨著爐渣選礦工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對選礦指標要求越來越高。然而，火法工藝技術(shù)類型決定了爐渣特性，不同的銅冶煉爐產(chǎn)出的渣型不同，為提升和達到優(yōu)秀的選礦指標（包括尾礦含銅、爐渣回收選鐵等指標），需要準確地對爐渣特性開展工藝礦物學(xué)研究［6-9］。為此，某公司火法冶煉采用富氧側(cè)吹爐熔煉-智能數(shù)控吹煉爐吹煉-回轉(zhuǎn)式陽極爐火法精煉生產(chǎn)工藝，以側(cè)吹爐熔煉渣與轉(zhuǎn)爐吹煉渣混選的選礦原礦開展工藝礦物學(xué)研究，為爐渣選礦回收選銅、選鐵技術(shù)優(yōu)化提供了可靠的理論基礎(chǔ)和改進方向。

2 原礦樣品的主要化學(xué)成分分析

2.1 樣品的多組分分析

樣品的多組分分析結(jié)果見表1。

表1 爐渣的多組分分析結(jié)果 %

2.2 樣品中銅、鐵的化學(xué)物相分析

對-0.038mm占83.78%爐渣進行了銅、鐵的化學(xué)物相分析，結(jié)果分別見表2、表3。

表2 銅的化學(xué)物相分析結(jié)果 %

表3 鐵的化學(xué)物相分析結(jié)果 %

3 爐渣中主要礦物（相）組成及相對含量研究

圖1 爐渣X-射線衍射圖譜（F-鐵橄欖石；M-磁鐵礦）

由圖1可知，爐渣中的物質(zhì)主要為鐵橄欖石和磁鐵礦。由表4可知，爐渣中的金屬相主要是磁鐵礦，另有少量鋅鐵硫化物、金屬銅、低冰銅、白冰銅、高冰銅和硫化鐵，微量硫化鉛、赤鐵礦、氧化銅、砷銅合金、金屬鐵、砷鉛合金、砷化鐵等；非金屬相主要是鐵橄欖石，其次是玻璃質(zhì)，另有少量石英、微量鎂鋁氧化物等。

表4 物質(zhì)組成及相對含量 %

4 重要物相的嵌布特征

4.1 冰銅

冰銅是爐渣中銅的主要硫化物，也是銅選別回收的目的物質(zhì)之一。由圖2可知，冰銅中含有白冰銅、高冰銅和低冰銅，白冰銅和高冰銅中含有銅、鐵和硫；低冰銅中除了含銅、鐵和硫以外，普遍含鋅。由圖3a可知，冰銅主要以單體形式產(chǎn)出，一般呈不規(guī)則狀產(chǎn)出，少量呈圓粒；部分冰銅與鐵橄欖石、玻璃質(zhì)貧連生（圖3b），有的呈微細粒被包裹在其中（圖3c）；有的可見冰銅與磁鐵礦毗鄰連生或被包裹在其中（圖3d）。此外，少量冰銅與硫化鐵、鋅鐵硫化物、硫化鉛等硫化物連生（圖4和圖5），也有少量冰銅與鋅鐵硫化物呈混熔體，偶見冰銅與砷化鐵連生。

圖2 高冰銅（1）中分布有脈狀白冰銅（2）背散射電子圖

圖3 爐渣中冰銅的嵌布特征

圖4 高冰銅與硫化鐵連生（顯微鏡 反光）

圖5 白冰銅（1）與鋅鐵硫化物（2）連生背散射電子圖

4.2 金屬銅

金屬銅也是爐渣中銅選別回收的目的物質(zhì)之一。由圖6可知，金屬銅多呈長條狀單體分布，少量呈粒狀、圓粒狀產(chǎn)出。部分金屬銅呈微細粒狀，與鐵橄欖石、玻璃質(zhì)等連生或被包裹在其中（圖7）；有的金屬銅被冰銅沿著邊緣包圍（圖8）；還有部分微細粒金屬銅（粒度一般小于0.043mm）與磁鐵礦貧連生或被包裹其中（圖9），這部分銅由于粒度細，易損失在磁選鐵精礦中。

圖6 金屬銅呈單體產(chǎn)出

圖7 微細粒金屬銅、磁鐵礦被包裹在鐵橄欖石中（顯微鏡 反光）

圖8 白冰銅（1）、金屬銅（2）、砷銅合金（3）、鐵橄欖石（4）的嵌布特征

4.3 磁鐵礦

圖9 金屬銅與磁鐵礦連生（顯微鏡 反光）

磁鐵礦是爐渣中主要的鐵礦物，磁鐵礦含雜較多，普遍含鋁、硅、鈦和鋅，少量含鈉、鎂、硫和鉻。磁鐵礦一般呈粒狀、不規(guī)則狀產(chǎn)出，部分呈魚骨狀和樹枝狀。磁鐵礦一般以單體形式產(chǎn)出（圖10a）。此外，也有較多磁鐵礦與鐵橄欖石、玻璃質(zhì)等連生（圖10b-c），少量細粒磁鐵礦被包裹在其中；有的磁鐵礦與冰銅、硫化鉛和鋅鐵硫化物等硫化物連生（圖11）；還有的磁鐵礦與鉛鐵硅酸鹽連生（圖12）。

圖10 爐渣中磁鐵礦的嵌布特征

圖11 磁鐵礦（1）中包裹低冰銅（2）背散射電子圖

5 爐渣中銅、鐵的賦存狀態(tài)和解離及粒度分布特征研究

5.1 爐渣中銅、鐵的賦存狀態(tài)研究

由表5可知，銅主要分布在金屬銅和白冰銅中，其次分布在高冰銅和低冰銅中。

表5 銅在各物質(zhì)中的平衡配分 %

由表6可知，鐵主要以鐵橄欖石和磁鐵礦的形式存在，占有率分別為47.80%和47.73%；另有少量分布在玻璃質(zhì)、硫化鐵、鋅鐵硫化物、冰銅等物質(zhì)中。其中，硅酸鐵（鐵橄欖石、玻璃質(zhì)和鉛鐵硅酸鹽）中的鐵含量為50.06%。

圖12 磁鐵礦（1）與鉛鐵硅酸鹽（2）連生背散射電子圖

表6 鐵元素在各物質(zhì)中的平衡配分 %

5.2 銅物相集合體和磁鐵礦的解離特征

考慮到冰銅和金屬銅均是銅選礦回收的目的物質(zhì)，并且二者浮游性能均較好，走向一致，故將二者作為一個整體，即冰銅和金屬銅集合體（簡稱銅物相集合體），對其解離度進行了系統(tǒng)的測定。由于磁鐵礦也是鐵回收的目的礦物，因此也對其解離度進行了測定。銅物相集合體和磁鐵礦的解離度測定結(jié)果見表7。其中，硫化相包括硫化鐵、鋅鐵硫化物和方鉛礦等硫化物。

表7 銅物相集合體和磁鐵礦的解離特征 %

由表7可知，銅物相集合體、磁鐵礦的單體解離度分別為69.32%和50.79%，單體解離均不充分。但是，銅物相集合體的單體及與硫化相、與非金屬相富連生（＞1/2）占有率為73.64%；磁鐵礦單體及與非金屬相富連生（＞1/2）占有率為75.33%，這部分銅物質(zhì)和磁鐵礦相對較好回收。

5.3 銅、鐵相的粒度分布特征研究

由于冰銅和金屬銅的走向一致，因此研究銅物相集合體的粒度對磨礦細度的確定具有重要作用。由表8可知，銅物相集合體和磁鐵礦的粒度分布均較細，集中分布在0.043mm以下。

表8 銅物相集合體和磁鐵礦的嵌布粒度

考慮到連生體是影響銅、鐵選礦指標的重要因素，特對銅物相集合體、磁鐵礦的連生體部分的粒度進行了統(tǒng)計。由表9可知，銅物相集合體的連生體部分的粒度較細，集中分布在0.015mm以下；磁鐵礦連生體的粒度相對銅物相粗，集中分布在0.02～0.043mm。其中，在-0.010mm粒級，銅物相集合體、磁鐵礦連生體的占有率分別高達39.69%（占總銅物相集合體12.18%）和10.53%（占總磁鐵礦5.18%），這部分細粒銅、鐵主要與鐵橄欖石、玻璃質(zhì)連生，較難單體解離。

表9 銅物相集合體和磁鐵礦連生體的嵌布粒度

6 結(jié)論

（1）原礦中銅主要以冰銅和金屬銅形式存在，該部分銅金屬易富集回收，但有12.18%銅物相集合體的連生體小于0.01mm，這部分銅主要與鐵橄欖石、磁鐵礦等貧連生，少量與硫化相連生，易損失于尾礦或鐵精礦中。

（2）原礦中的鐵僅有47.8%為可回收的磁鐵礦，另有50.06%以不可回收的硅酸鐵形式存在。另外，磁鐵礦本身含雜較多，鐵平均含量僅為66.43%，并且有5.18%磁鐵礦連生體小于0.01mm，影響鐵回收指標。

（3）銅金屬在高冰銅、金屬銅中含量較高，可以適當(dāng)降低銅精礦品位，強化單體以及裸露連生部分銅物相的回收，以提升銅的回收率。

（4） 鐵精礦中硫化鐵和鋅鐵硫化物的含量較低，合計1.43%。由于硫化鐵有磁性，并且部分與冰銅、磁鐵礦關(guān)系密切，為了減少對磁選鐵精礦品質(zhì)的影響，可考慮將二者富集到銅精礦中。此外，由于鐵精礦中鐵物質(zhì)的粒度總體較細，在磁選回收過程中要注意避免磁團聚現(xiàn)象，尤其要避免鐵橄欖石、玻璃質(zhì)單體機械夾雜進入到鐵精礦中，從而影響鐵精礦的品質(zhì)。