銅冶煉渣尾礦綜合利用現(xiàn)狀及研究

胥林朋，劉士祥，李肖斌，劉貴鑫

（陽谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 陽谷 252327）

1 引言

銅冶煉渣是火法冶煉的產物，我國每年銅渣產量約1500萬t［1］，銅渣中富含Cu、Fe、Zn、Pb、Co等多種有價金屬元素，必須經(jīng)過貧化處理后才可廢棄。從銅渣中回收有價金屬主要有火法貧化、濕法分離、爐渣選礦。磨礦、浮選結合的選礦方法是目前行業(yè)內主要采用的銅渣貧化工藝，銅渣經(jīng)過選礦回收部分有價金屬后，剩余尾礦仍有較大開發(fā)利用價值，尤其是鐵資源的綜合利用，浮選后的鐵元素普遍在40%左右，遠高于我國鐵礦29.1%的可開采品位，若能回收尾礦中的鐵，可以減少不必要的資源浪費，提高資源利用率。

2 銅冶煉渣性質

銅渣主要是火法冶煉銅過程產生的廢渣，在1150～1300℃的高溫氧化條件下，銅精礦發(fā)生一系列復雜的物理化學反應，使得銅富集在銅锍中，與之伴生的鐵氧化物等與脈石富集在一起，從而形成銅冶煉渣。液態(tài)冶煉爐渣經(jīng)過自然緩冷、水冷方式冷卻結晶形成人造礦石，在自然緩冷過程中，有用的礦物顆粒在表面張力的作用下不斷遷移［2］，形成結晶良好的自形晶或半自形晶，從而聚集并長大成相對集中的獨立相。但是隨著溫度的降低，顆粒遷移阻力增大，當溫度低于熔點時，銅渣轉化為固態(tài)，顆?；緹o法遷移。銅渣緩冷方式對于后續(xù)指標影響至關重要，因為銅渣的冷卻時間直接決定了銅渣的結晶過程和礦物之間的伴生關系，有用礦物的生長過程。銅渣中有價金屬結晶普遍較小，嵌布關系復雜，主要成份包括：銅硫化物、磁鐵礦和少量金屬銅,硅酸鹽類礦物,玻璃體等。硅酸鹽類礦物以鐵橄欖石為主，銅硫化物和金屬銅是選礦作業(yè)的主要目的礦物。爐渣中銅主要以硫化銅形式存在，含有部分金屬銅和氧化銅，鐵的存在形式主要是鐵的硅酸鹽及四氧化三鐵。銅冶煉渣化學成分分析見表1。

表1 銅冶煉渣化學成分 %

3 尾礦性質

銅冶煉渣經(jīng)緩冷、破碎、磨礦、浮選后產出合格精礦和尾礦，精礦作為冷料返回熔煉爐處理，尾礦用作水泥原料外售至水泥廠。浮選完的尾礦化學成分見表2。

表2 渣尾礦化學成分 %

由表2可見，尾礦中的銅降低明顯，浮選回收效果好，全鐵變化不大，磁鐵礦品位升高，磁選可回收較多，利用價值大。

4 銅渣及尾礦現(xiàn)有綜合利用方式

4.1 還原焙燒-磁選法

還原焙燒-磁選是在尾礦中添加還原劑，打破原有的鐵硅結構，將尾礦中鐵的硅酸鹽類礦物還原成鐵單質，在經(jīng)過破碎、磨礦、磁選選出鐵單質進而和脈石分離。

王爽［3］等對銅尾渣深度還原回收鐵工藝進行研究，分別試驗了焦粉、氧化鈣等還原劑對金屬鐵粉的影響，不同還原溫度下的指標變化，試驗證明添加適量氧化鈣有利于鐵橄欖石的還原，還原時間和還原溫度對金屬鐵粉指標影響最顯著。在氧化鈣6%，還原鐵粉14%，還原溫度1300℃，還原時間2h條件下，最終得到金屬鐵粉鐵品位92.96%，鐵回收率93.49%的最終產品。

4.2 尾礦氨浸工藝

選礦法［4］主要回收銅渣中的金屬銅和硫化銅礦，浮選后的尾礦中仍含有部分有價銅，這部分尾礦顆粒比較細，不能通過浮選法進行分離富集，但其粒度符合浸出要求，同時廢銅冶煉渣浮選尾礦堿性脈石含量相對較高，采用氨浸可以避免酸浸過程中堿性脈石酸耗過多問題。

魯興武［5］等在選礦后含銅尾渣選擇性浸出的研究中提到，以氨水為浸出劑從銅冶煉渣選礦含銅尾渣中浸出銅，考察了尾渣粒度、浸出劑濃度［6］、反應溫度和時間、液固比等對銅浸出率的影響。結果表明，在尾渣粒度0.074～0.105mm、氨水濃度1.1mol/L、攪拌速度600r/min、浸出溫度（55±2）℃、反應時間120min、液固比15∶1的最佳條件下，銅浸出率達到75%以上，其它雜質幾乎不被浸出,為尾渣中銅的綜合利用提供新的探索方向。

4.3 碳熱還原-堿浸工藝實現(xiàn)銅渣中硅和鐵的分離

王洪陽［7］在碳熱還原-堿浸工藝實現(xiàn)銅渣中硅和鐵的分離研究中提到，銅渣中的鐵在1473 K碳熱還原60min可被完全還原為金屬鐵，此時氧化硅轉變?yōu)橛坞x的石英固溶體和方石英固溶體。石英固溶體和方石英固溶體均易溶于堿溶液而金屬鐵不溶于堿溶液。在最佳浸出條件下，銅渣還原焙燒產物中的氧化硅可降低至6.02%，同時獲得含鐵87.32%的浸出渣。浸出渣中鋅含量低于0.05%。由于硅和鐵的綜合提取，二次尾礦的產生非常有限。本研究為銅渣中硅和鐵綜合提取新技術的開發(fā)奠定基礎，并避免二次尾礦的產生。

5 新工藝的應用及研究

銅渣經(jīng)過磨礦、浮選產生的尾礦除去繁雜的流程，在現(xiàn)有磨浮工藝流程后直接使用磁選工藝，增加少量設備，可有效富集回收部分尾礦中的四氧化三鐵，磁選后的鐵精粉可以作為煉鋼配料，剩余尾礦作水泥原料。

5.1 工藝流程

工藝流程見圖1。渣尾礦礦漿經(jīng)尾礦渣漿泵輸送至磁選混料箱，經(jīng)混合后給入1#強磁選機，吸附選出的鐵精粉被沖洗水沖下依次進入2#弱磁選機［8］、3#弱磁選機、4#弱磁選機、5#弱磁選機、6#弱磁選機。4#、5#、6#磁選機的底流礦漿經(jīng)渣漿泵輸送至磁選混料箱與渣尾礦混合后給入1#強磁選機。1～3#磁選機的底流礦漿經(jīng)渣精泵輸送至尾礦二期濃密機，經(jīng)濃密機濃縮后由底流閥門排出（稱為排礦），經(jīng)排礦渣漿泵送到尾礦分配槽后分配給入陶瓷過濾機進行脫水，產出的濾餅即為合格尾礦；6#弱磁選機產出的鐵精粉由精粉泵輸送至過濾機進行脫水，產出的濾餅即為鐵精粉。過濾機濾液作為一選磁選機沖洗用水，陶機濾液返回濃密機，脫水后的尾礦、低品位鐵精粉進入尾礦庫分類存放，由行車裝車外運。

圖1 工藝流程圖

5.2 細度對磁選影響

影響磁選機磁選效果最重要的因素就是給入磁選的給礦粒度，給礦粒度的粗細對大部分礦石來說，標志著礦石單體分離度的大小即磁性礦粒與脈石顆粒分離的程度。如果給入礦石粒度小，說明礦物單體分離度高，能夠獲得滿意的選別指標，如果給入礦石粒度比較粗，說明礦物沒有充分解離，單體分離度不高，相應連生體較多即磁性顆粒與脈石仍然有相當部分結合在一起。連生體由于也具有相當磁性，選別時相當部分可以選上來，使精礦品位降低。如果給礦粒度過細，其磁性反而減弱，磁選時容易造成損失。因此，要求給入磁選機礦物必須充分達到單體分離而且避免過磨?？疾煸诓煌毝认聦Υ胚x效果的影響，為了保證前端生產指標穩(wěn)定，分別調整-325目控制在80%～85%及85%～90%之間，通過對比在不同細度下的鐵精粉產量及品位。當細度控制在80%～85%時，鐵精礦產率30.9%，鐵精礦品位達到41.8%，細度控制在85%～90%時，鐵精礦產率在15%左右，鐵精礦品位達到43.9%。提高細度雖然有利于提高鐵精礦品位，但產率降低明顯。根據(jù)整體生產流程細度定為-325目80%～85%之間，可以有效提高鐵精礦產率和品位。

5.3 濃度對磁選影響

礦漿濃度是影響磁選機磁選效果的主要因素之一，如果礦漿濃度過大，造成分選濃度過高，就會影響精礦質量。因為此時精礦顆粒容易被較細的脈石顆粒覆蓋和包裹分選不開，一起選上來使品位降低。礦漿濃度過小即分選濃度過低，又會造成流速增大選別對間縮短，使一些本來有機會應該上來的細小磁性顆粒，落入尾礦造成損失。所以，礦漿濃度要根據(jù)需要調整好。給入礦漿濃度最大不能超過35%，要根據(jù)實際情況具體確定，浮選后尾礦濃度50%左右，磁選設計時通過計算對比，通過補加水調整濃度控制在30%左右達到理想效果。

5.4 四氧化三鐵分布

根據(jù)現(xiàn)場工藝流程、場地安排及設備位置，考慮到磁選流程的需求，磁選系統(tǒng)設計在二期尾礦庫平臺，主要處理選礦二期尾礦礦漿，一二期同時開車時處理二期礦漿，單套系統(tǒng)開車期間，一二期尾礦渣漿泵可以切換，磁選可以正常運行。

參考取樣數(shù)據(jù)，爐渣中四氧化三鐵7%左右，全鐵40%左右，結合熔煉造渣反應鐵元素主要以鐵的硅酸鹽形式存在，鐵的硅酸鹽無磁性。爐渣經(jīng)過選礦后渣尾礦四氧化三鐵可以富集到15%左右，全鐵占40%左右，渣尾礦經(jīng)過磁選，四氧化三鐵富集達到42%左右，通過對比鐵精礦中全鐵以及四氧化三鐵占比可以發(fā)現(xiàn)，磁選后鐵的存在形式主要以四氧化三鐵存在，磁選富集效果較好。經(jīng)過磁選后的尾礦四氧化三鐵降低到7%。磁選流程化學成分見表3。

表3 磁選流程化學成分 %

6 結論

尾礦有價金屬較多，綜合利用價值大，隨著環(huán)保要求的日益提高及全球資源的日益枯竭，尾礦的合理利用有較深遠的意義。還原磁選法、氨浸工藝、碳熱還原-堿浸工藝等現(xiàn)有方法在試驗或者研究層面都獲得了一定進展，試驗結果理想，但在實際生產中的成功應用案例較少，主要涉及流程復雜性、工藝穩(wěn)定性、能耗高以及投資成本問題，不利于工業(yè)化應用［9］。

銅渣先進行浮選回收銅，再磁選回收鐵，最后將尾渣用于建材，是相對完整的綜合回收銅渣的流程，磁選可以有效回收尾礦中部分磁鐵礦，對于資源的回收利用價值較大，磁選法的實際應用也填補了尾礦利用中的空白，在現(xiàn)階段及未來尾礦的綜合利用中都有極大的參考價值。