底吹銅熔煉渣中金銀賦存特征及回收率提高探討

楊慶飛 陳 雯 沈強(qiáng)華 蔡晨龍

(昆明理工大學(xué) 冶金與能源工程學(xué)院，昆明 650093)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)從有色金屬礦產(chǎn)資源中回收伴生金銀的回收率很低，其回收率在50%左右[1]，伴生金銀通常賦存在銅礦物中[2-5]。多數(shù)企業(yè)采用底吹造锍捕金煉銅工藝來(lái)回收銅精礦中的伴生金銀[6-7]，其金、銀、銅的回收率都能保持在96%以上[8-9]。

云南某銅冶煉廠采用氧氣底吹熔煉爐處理復(fù)雜硫化銅精礦，將銅精礦按一定比例配料后送氧氣底吹爐熔煉，產(chǎn)出銅锍、爐渣和煙氣。銅锍在氧氣的劇烈攪拌下反復(fù)沖洗上部爐渣，使大多數(shù)貴金屬富集在銅锍中，從而實(shí)現(xiàn)造锍捕金的目的。處理低品位雜礦時(shí)因產(chǎn)渣量大，金、銀等有價(jià)金屬隨雜質(zhì)進(jìn)入渣中的量增加，降低了金、銀的回收率。為了進(jìn)一步了解氧氣底吹熔煉作業(yè)過(guò)程中金、銀在熔煉渣中的損失情況，采用掃描電鏡分析等手段對(duì)渣樣的顯微結(jié)構(gòu)和成分進(jìn)行了分析，查明了熔煉渣的物相組成及其形態(tài)，并對(duì)熔煉渣中金、銀的形態(tài)及其分布規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的研究，對(duì)熔煉渣緩冷磨浮流程進(jìn)行了探討。研究結(jié)果可為提高底吹爐熔煉渣中金銀回收率提供技術(shù)參考。

1 熔煉渣性質(zhì)

1.1 化學(xué)成分

爐料在底吹爐中快速完成造銅锍和造渣等熔煉過(guò)程。間斷放銅锍，連續(xù)放渣入渣包，渣緩冷磨浮。爐渣外觀呈黑色或墨綠色，結(jié)構(gòu)致密，表面有金屬光澤。熔煉渣中大量的鐵主要以硅酸鹽形式存在，分布于磁鐵礦和橄欖石相中。銅主要以Cu2S形式存在，多數(shù)銅的硫化物呈細(xì)小珠滴形態(tài)不連續(xù)分布在鐵橄欖石和玻璃相間。熔煉渣多元素分析見(jiàn)表1。

表1 熔煉渣多元素分析Table 1 Multi-element analysis of the smelting slag /%

備注：1)單位為g/t

從表1數(shù)據(jù)可以看出，熔煉渣成分十分復(fù)雜，渣中除含大量的鐵和硅，少量的銅，少量的金、銀等貴金屬和稀散金屬外，還含有少量的砷等有毒物質(zhì)。熔煉渣中金、銀含量分別為0.11、27.30 g/t，渣中金含量高。銅的含量為2.59%，說(shuō)明銅在渣中的損失量很大。

1.2 熔煉渣的顯微物相特征

從顯微鏡反光下熔煉渣樣的形貌圖(圖1)可以看出，所取渣樣中的主要礦物成分有磁鐵礦(Fe3O4)相、鐵橄欖石(2FeO·SiO2)為主的硅酸鹽相、玻璃相及冰銅相。其中，冰銅相在顯微鏡反光下呈亮白色，呈中細(xì)粒單體產(chǎn)出(圖2a)，熔煉渣中冰銅相以硫化亞銅為基底，冰銅相的粒度范圍大，較粗者大于2 mm，也有部分呈小于0.001 mm的微粒彌散于玻璃相中。從掃描電鏡背散射圖中可以看出，冰銅相常包裹細(xì)粒、微細(xì)粒的金屬銅、硫化鉛、砷化銅等物相(圖2b、圖2c)。磁鐵礦相在顯微鏡反光下呈灰白色，磁性氧化鐵呈現(xiàn)兩期結(jié)晶形態(tài)，先期生成的磁性氧化鐵結(jié)晶較為充分，主要呈粒狀自行晶產(chǎn)出(圖3a)，粒度一般為0.025～0.15 mm，是磁鐵礦的主要產(chǎn)出形式；后期生成的磁性氧化鐵主要呈樹(shù)枝晶形態(tài)析出于玻璃相中(圖3b)，粒度一般小于0.010 mm，是磁鐵礦的次要產(chǎn)出形式。能譜分析結(jié)果表明，磁鐵礦中普遍含有Zn、Al、Mg等。

圖1 熔煉渣中冰銅相、磁鐵礦、鐵橄欖石及玻璃相的產(chǎn)出特征Fig.1 Output characteristics of matte phase，magnetite，iron peridot and glass phase in smelting slag

圖2 熔煉渣中冰銅相的產(chǎn)出特征Fig.2 Output characteristics of matte phase in smelting slag

圖3 熔煉渣中磁鐵礦的產(chǎn)出特征Fig.3 Output characteristics of magnetite in the slag

1.3 熔煉渣的結(jié)晶物相

渣樣X(jué)射線衍射分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 熔煉渣的XRD圖譜Fig.4 XRD pattern of the smelting slag

從圖4中可以看出，熔煉渣中可以分辨的結(jié)晶相有石英、冰銅、磁鐵礦、鐵橄欖石四種相，此結(jié)果與掃描電鏡觀察到的一致。此外，掃描電鏡下渣樣中鈣、鎂、鋁等氧化物填充物可能由于其含量太少或?yàn)榉蔷w，導(dǎo)致X射線衍射未能分辨。

2 熔煉渣中金、銀嵌布特征

從掃描電鏡背散射像中發(fā)現(xiàn)偶見(jiàn)金屬銀與金屬銅緊密連晶分布于硫化亞銅(礦物名為輝銅礦)中(圖5)。

由于采用MLA分析熔煉渣時(shí)未發(fā)現(xiàn)金礦物，為了進(jìn)一步查明熔煉渣中金的賦存狀態(tài)，又采用選擇性溶解方法對(duì)熔煉渣進(jìn)行金的化學(xué)物相分析，結(jié)果見(jiàn)表2。

圖5 自然銀的嵌布特征Fig.5 Embedded properties of natural silver

表2 熔煉渣中金的化學(xué)物相分析結(jié)果Table 2 Chemical phase analysis results of gold in smelting slag

由表2可知，熔煉渣中硫化物包裹金占64.71%，硅酸鹽包裹金占29.41%，裸露金占5.88%，說(shuō)明金主要分布于冰銅相中，此外還有部分分布于渣中。

3 熔煉渣中金、銀的回收

3.1 熔煉渣中金的分布情況

金屬在渣中的損失形式有兩種，分別是機(jī)械夾帶和電化學(xué)溶解。從渣中冰銅的分布特征可以推斷，化學(xué)物相分析中分布于渣中的金并非化學(xué)溶解損失于渣中，而是微細(xì)粒冰銅相中包裹的金隨著冰銅機(jī)械夾雜損失于渣中，之所以熔煉渣在MLA及掃描電鏡考查中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)金顆粒，是因?yàn)闋t渣中冰銅相中的金主要呈分散狀態(tài)的不可見(jiàn)金形式存在，并沒(méi)有呈聚集態(tài)的金顆粒。

熔煉渣中以硅酸鹽包裹狀態(tài)存在的金，其形成機(jī)理是由于在硫化銅精礦里有10%～28%的金以方金銻礦及硫化物包裹金形式存在，而金被硫化物包裹又分為被硫化銅、黃銅礦和硫鐵礦包裹。在富氧底吹熔煉過(guò)程中金銻礦及硫鐵礦快速成渣將金包裹，熔煉渣與锍充分接觸碰撞的幾率有限，熔锍難于完全捕集到硅酸鹽熔渣里的金銀，致使熔煉渣中含金較高。

3.2 熔煉渣緩冷磨浮回收金、銀的探討

經(jīng)氧氣底吹熔煉后所得熔煉渣由渣包吊到緩冷場(chǎng)，緩冷23 h后，采用一段球磨(-45 μm含量占75%)，二段球磨(-45 μm含量占90%)磨礦的粒度標(biāo)準(zhǔn)對(duì)緩冷渣進(jìn)行磨礦，采用泡沫浮選富集熔煉渣中的金、銀及銅。熔煉渣緩冷磨浮金、銀和銅的含量及其回收率見(jiàn)表3。

表3 熔煉渣磨浮金、銀、銅含量及其回收率Table 3 Contents and recovery rate of gold，silver and copper floating by smelting slag grinding /%

備注：1)單位為g/t

從表3數(shù)據(jù)可以看出，用浮選法貧化熔煉渣，盡管銅的回收率比較高，但金、銀的回收率不太高，金的回收率為57.08%，銀的回收率為65.23%。從表2熔煉渣中金的化學(xué)物相分析結(jié)果可知熔煉渣中硫化物包裹金占64.71%，硅酸鹽包裹金占29.41%，裸露金占5.88%。熔煉渣中以裸露金和硫化物包裹形態(tài)存在的金，在爐渣緩冷磨浮流程中能得到較完全的回收，但硅酸鹽包裹金的回收就比較困難，少部分硅酸鹽脈石包裹的金不易被捕集，從而影響了金銀的回收率。

4 結(jié)論

1)熔煉渣中的主要物相有磁鐵礦相、鐵橄欖石相、玻璃相和冰銅相四種。熔煉渣中銅主要以冰銅相(以硫化亞銅為主)形式產(chǎn)出，冰銅相的粒度范圍大，較粗者大于2 mm，部分呈小于0.001 mm的微粒彌散于玻璃相中。磁性氧化鐵呈現(xiàn)兩期結(jié)晶形態(tài)，先期主要呈粒狀自行晶產(chǎn)出，粒度為0.025～0.150 mm，是磁鐵礦的主要產(chǎn)出形式，后期主要呈樹(shù)枝晶形析出于玻璃相中，粒度小于0.01 mm，是磁鐵礦的次要產(chǎn)出形式。

2)熔煉渣中硫化物包裹金占64.71%，硅酸鹽包裹金占29.41%，裸露金占5.88%。金屬銀與金屬銅緊密連晶分布于硫化亞銅(礦物名為輝銅礦)中。

3)熔煉渣緩冷磨浮回收金銀的回收率分別為57.08%，65.23%。導(dǎo)致熔煉渣中金回收率低的主要原因是熔煉渣中被硅酸鹽包裹的約30%的金很難被捕集。建議在熔煉渣磨浮回收金銀時(shí)，提高磨礦細(xì)度，使被硅酸鹽包裹的金顆粒單體解離，從而提高金的回收率。此外，在富氧底吹熔煉過(guò)程中提高熔煉渣與锍充分接觸碰撞的幾率，使銅锍盡可能捕集到硅酸鹽熔渣里的金銀，以減少熔煉渣中含金銀量。