銅冶煉爐渣工藝礦物學(xué)探討

胡正華，姜楚靈

（1.大冶有色設(shè)計研究院有限公司，湖北 黃石 435005；2.長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

1 引言

大冶有色電爐渣是澳斯麥特爐與貧化電爐在造锍熔煉工序所產(chǎn)生的銅爐渣，含銅品位1%左右，年產(chǎn)渣量約90萬t；轉(zhuǎn)爐渣是后續(xù)吹煉工序采用PS轉(zhuǎn)爐所產(chǎn)生的銅爐渣，含銅品位5%左右，年產(chǎn)渣量約20萬t。飛尚爐渣是飛尚銅業(yè)底吹爐渣與PS轉(zhuǎn)爐渣的混合爐渣，含銅品位5%左右，年產(chǎn)渣量約30萬t。

銅冶煉爐渣過去一般采用反射爐貧化，其成本較高，現(xiàn)逐步被浮選法取代，貧化后的尾渣可以作為水泥配料［1］。在降低生產(chǎn)成本的同時，可創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，符合國家節(jié)能減排產(chǎn)業(yè)政策［2］。通過工藝礦物學(xué)研究，查明電爐渣、轉(zhuǎn)爐渣與飛尚渣三種銅冶煉爐渣性質(zhì)差異性，可為制定渣選工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提供技術(shù)依據(jù)和理論參考。

2 原礦分析

三種銅冶煉渣原礦多素分析結(jié)果見表1?？梢钥闯鰻t渣中可供選礦回收的元素主要是銅，品位分別為4.84%、0.96%和4.31%，金、銀、鉛和鋅含量可綜合回收利用，但在冶煉渣中難以通過選礦方法回收［3］。

表1 原礦多元素分析結(jié)果 %

3 物相分析

三種銅冶煉渣的物相分析結(jié)果見表2。電爐渣和飛尚渣中銅礦物主要以硫化銅的形式存在，分布率分別達84.27%和78.20%，次為金屬銅，其分布率分別為9.71%和14.04%；轉(zhuǎn)爐渣中銅礦物主要以金屬銅的形式主要存在，其分布率72.35%，次為硫化銅，其分布率達19.33%。

表2 原礦銅物相分析結(jié)果 %

4 主要礦物組成及含量

三種銅冶煉渣中的銅礦物主要為金屬銅和銅硫，少量赤銅礦。脈石礦物較為簡單，主要為鐵橄欖石、玻璃體和磁鐵礦，少量鐵酸鈣和石英，微量閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦和黃鐵礦等硫化物，其它微量礦物主要包括鋅鐵尖晶石、重晶石、螢石等。三種銅冶煉渣中的主要礦物含量列于表3。

表3 礦石主要礦物含量 %

5 主要礦物產(chǎn)出形式

金屬銅：轉(zhuǎn)爐渣中主要銅礦物，電爐渣、飛尚渣中次要銅礦物，其中電爐渣中含量較少。金屬銅較多呈不規(guī)則狀分布在團塊狀銅硫的邊緣，粒度微細，大部分小于0.05mm；轉(zhuǎn)爐渣中常見，粗粒多呈團塊狀、圓粒狀或不規(guī)則狀嵌布在玻璃體中，微細粒則多呈浸染狀分布在玻璃體基底內(nèi)，少量包裹在團塊狀銅硫中，粒度粗者可達1.6mm，大部分分布在0.02～0.9mm之間；飛尚渣中較少出現(xiàn)，呈不規(guī)則狀或條帶狀嵌布在磁鐵礦、銅硫礦物粒間或邊緣，粒度多分布在0.02～0.5mm之間。

銅硫：電爐渣和飛尚渣主要銅礦物，轉(zhuǎn)爐渣中銅的次要賦存礦物。主要由硫化亞銅和硫化亞鐵互相熔解而成，根據(jù)銅、鐵、硫含量變化，可與自然礦物中輝銅礦、斑銅礦、方黃銅礦和黃銅礦等礦物大致對應(yīng)。銅硫主要是輝銅礦，微量斑銅礦和方黃銅礦，呈團塊狀、不規(guī)則狀或橢圓粒狀嵌布在磁鐵礦、鐵橄欖石粒間，部分包裹在磁鐵礦中，粒度粗者可達1.2mm，主要分布在0.03～0.8mm之間。

鐵橄欖石：三種銅冶煉渣中主要脈石礦物，呈半自形、它形粒狀及集合體產(chǎn)出，有時呈片狀、針狀及串狀。一般銅冶煉渣中絕大部分脈石礦物都轉(zhuǎn)變成了鐵橄欖石，但少數(shù)相變不很完全，脈石礦物主要為玻璃體，而且鐵橄欖石粒度較細，部分為針狀、片狀。

玻璃體：電爐渣和飛尚渣中以鐵鈣硅質(zhì)玻璃體為主，次為高鐵鈣硅質(zhì)玻璃體和鋁硅質(zhì)玻璃體；轉(zhuǎn)爐渣則以高鐵鈣硅質(zhì)玻璃體和含鉛鋅玻璃體為主，其次是鋁硅質(zhì)玻璃體。玻璃體構(gòu)成了三種爐渣的基底物質(zhì)，銅礦物、磁鐵礦和鐵橄欖石等均嵌布其中，均為高溫下不同物相分離的產(chǎn)物。因此，銅礦物與玻璃體的嵌連關(guān)系最為復(fù)雜，大量微細粒銅礦物浸染狀嵌布在玻璃體中，這將增加磨礦作業(yè)中銅礦物的解離難度。

6 銅礦物嵌布粒度

一般來說，急冷條件下，爐渣中銅礦物結(jié)晶粒度細而分散，緩冷則有利于銅礦物結(jié)晶粒度相對粗而集中［4］。對三種銅冶煉爐渣中銅礦物的嵌布粒度進行了統(tǒng)計，統(tǒng)計結(jié)果對應(yīng)的粒度分布曲線見圖1。統(tǒng)計結(jié)果顯示：三種冶煉渣中銅礦物粒度以電爐渣最細，轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略粗。電爐渣中銅礦物粒度主要分布在0.005～0.15mm之間，屬微細粒嵌布的范疇；轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣中銅礦物粒度則分別主要分布在0.04～0.60mm和0.1～1.0mm之間，具中細粒嵌布的特征。從嵌布粒度考慮，處理爐渣樣品時欲使80%左右的銅礦物獲得解離，電爐渣、轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣分別選擇-0.012mm、-0.074mm和-0.10mm的磨礦細度較為適宜。

圖1 銅礦物粒度分布曲線

7 銅礦物解離度

選礦過程中選擇合適的磨礦細度使大部分有用礦物呈單體狀態(tài)是獲得較好指標(biāo)的必要條件［5］。與銅礦物粒度測定相對應(yīng)，將不同種類銅礦物的嵌連顆粒視為整體銅礦物。不同磨礦細度條件下礦石中銅礦物的解離度測定結(jié)果見表4。統(tǒng)計結(jié)果顯示：

（1）對比來看，磨礦細度相同的情況下，電爐渣中銅礦物的解離程度較低，而轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略高，這與電爐渣中銅礦物粒度較細一致。

（2）電爐渣中銅礦物即使在-43μm 90%的磨礦細度時，其解離度僅61.09%，加上富連生體（＞3/4）合計值也只有71.55%。如果需要得到較好的解離程度，可能需要進一步加強磨礦作業(yè)。

（3）從-74μm65%提 高 至-74μm85%時，轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣中銅礦物的解離度提升幅度很??；磨礦細度繼續(xù)提高至-43μm90%時，解離度分別為75.01%、76.03%，加上富連生體（＞3/4）合計分別為88.85%、86.82%。主要因微細粒級的銅礦物所占比例較大，對銅礦物的解離產(chǎn)生了不利影響。

（4）整體來看，銅礦物嵌布粒度較細，需要適當(dāng)加強磨礦作業(yè)才能讓絕大部分銅礦物呈單體狀態(tài)。

8 可磨度對比試驗

銅冶煉渣實質(zhì)是一種“人造礦石”，可磨度主要與冶煉渣的組成結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般來說驟冷水淬渣比緩冷渣要難磨［6］，這是由于形成較多的非晶相物體的原因。三種銅冶煉渣不同磨礦時間與磨礦細度關(guān)系曲線見圖2、圖3。

圖2 磨礦時間與磨礦細度（-74μm%）關(guān)系曲線圖

圖3 磨礦時間與磨礦細度（-43μm%）關(guān)系曲線圖

以飛尚渣為可磨度對比試驗礦樣，如以磨礦細度-74μm75%為基礎(chǔ)測定，轉(zhuǎn)爐渣相對可磨度為K1=T0/T1=12/17=0.71，電爐渣相對可磨度為K2=T0/T2=12/15 =0.80；如以磨礦細度-43μm55%為基礎(chǔ)測定，轉(zhuǎn)爐渣相對可磨度為K1=T0/T1=14/20=0.70，電爐渣相對可磨度為K2=T0/T2=14/18=0.78，K值小，表明礦石越難磨。從上可以看出，比較三種銅冶煉渣可磨度，飛尚渣可磨度最好，轉(zhuǎn)爐渣與電爐渣可磨度基本相當(dāng)。

9 樣品可選性對比試驗

針對三種銅冶煉渣在一段磨礦細度-74μm64.1%,再磨細度-43μm85.2%條件下進行閉路試驗，試驗流程見圖4，試驗結(jié)果見表5。浮選尾礦銅化學(xué)物相，單體解離度測定結(jié)果見表6、表7。由試驗結(jié)果可知：

表5 銅冶煉渣可選性試驗結(jié)果

表6 尾礦銅物相分析結(jié)果 %

表7 尾礦銅礦物解離度 %

圖4 銅冶煉渣可選性試驗流程

（1）在相同浮選工藝流程條件下，飛尚銅冶煉渣相比大冶銅冶煉渣較易選，選銅回收率97.01%，轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣回收率分別為94.59%、75.34%；三者浮選尾礦品位分別為0.19%、 0.32%、0.26%。

（2）轉(zhuǎn)爐渣尾礦中銅在金屬銅、其它銅（爐渣中主要是類質(zhì)同象分散在雜質(zhì)礦物中的銅）中均有較多損失；電爐渣尾礦中銅主要損失在硫化銅中，其次是其它銅；飛尚渣尾礦中銅主要損失在金屬銅中，其次是硫化銅和其它銅。

（3）三種銅冶煉渣尾礦中銅礦物的解離度均較低，在轉(zhuǎn)爐渣、電爐渣和飛尚渣中分布僅有、13.94%、12.63%和9.90%，而且連生體部分主要為＜1/4的貧連生體，占比分別達77.85%，77.55%和81.74%?？梢姶蟛糠謸p失在尾礦中的銅礦物大部分為包裹在雜質(zhì)礦物中的微細粒銅礦物。

10 結(jié)論

（1）銅礦物賦存狀態(tài)不同。電爐渣和飛尚渣中銅主要以硫化銅的形式存在，次為金屬銅；轉(zhuǎn)爐渣中銅主要以金屬銅的形式存在。同時結(jié)合尾礦物相分析結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)爐渣尾礦中銅主要損失在金屬銅，也進一步說明現(xiàn)有轉(zhuǎn)爐渣采用磁選預(yù)先回收金屬銅是必要的。

（2）銅礦物嵌布粒度不同。三種銅冶煉渣中銅礦物粒度以電爐渣最細，轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略粗。電爐渣中銅礦物粒度屬微細粒嵌布的范疇；轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣中銅礦物粒度具中細粒嵌布的特征。一般來說，急冷條件下，爐渣中銅礦物結(jié)晶粒度細而分散，緩冷則有利于銅礦物結(jié)晶粒度相對粗而集中。

（3）玻璃體含量及狀態(tài)不同。轉(zhuǎn)爐渣鉛鋅玻璃體含量比飛尚渣高7.9%。工藝礦物學(xué)分析認為，銅礦物與玻璃體的嵌連關(guān)系較為復(fù)雜，大量微細粒銅礦物浸染狀嵌布在玻璃體中，這將增加磨礦作業(yè)中銅礦物的解離難度。

（4）銅礦物解離程度不同。在磨礦細度相同情況下，電爐渣中銅礦物的解離程度相比最低，而轉(zhuǎn)爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略高。電爐渣中銅礦物即使在-43μm 90%的磨礦細度時，其解離度僅61.09%，加上富連生體合計也只有71.55%。如果需要得到較好的解離程度，需要進一步加強磨礦作業(yè)。

（5）原礦可磨度不同。飛尚渣可磨度最好，轉(zhuǎn)爐渣與電爐渣可磨度基本相當(dāng)?？赡ザ戎饕c冶煉渣的組成結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般來說驟冷水淬渣比緩冷渣要難磨，這是由于形成較多的非晶相物體的原因?？傮w來說，銅冶煉渣粗磨容易，細磨較難。

（6）銅冶煉渣實質(zhì)上是一種“人造礦石”，礦石性質(zhì)較為復(fù)雜，它與冶煉采用的銅精礦成分、冶煉操作條件以及爐渣緩冷制度和方式都有關(guān)。結(jié)合工藝礦物研究，渣性差異、渣選礦工藝及工藝參數(shù)差異是不同銅冶煉渣可選性差異的本質(zhì)原因。