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工业铜渣固相改质后分离铁的实验研究 ① 蒋 亮１，２， 鄢 洁１，２， 李鹏翔１，２， 张 翔１，２， 马晓军１，２， 陈宇红１，２， 韩凤兰１，２ （１.北方民族大学 材料科学与工程学院，宁夏 银川 ７５００２１； ２.省部共建“粉体材料与特种陶瓷”重点实验室，宁夏 银川 ７５００２１） 摘 要 为有效回收铜渣中有价金属铁，对工业铜渣进行了成分改质，并对改质后铜渣进行了磁化焙烧-磁选实验研究。 结果表明， 将工业铜渣、氧化钙和氧化镁按照质量比 ２０∶１２∶１００ 均匀混合并压制成坯料，经 １ ２００～１ ４００ ℃焙烧 ２ ｈ 后进行快冷处理，能使工业 铜渣中弱磁性铁橄榄石转变为易于磁选的强磁性镁铁尖晶石；在磁感应强度 ０.１０２ Ｔ 时，对改质后铜渣进行湿式磁选，可获得铁品 位 ６４.７８％、铁回收率 ８２.６２％的二次铁资源。 关键词 铜渣； 改质； 磁选； 磁化焙烧； 铁 中图分类号 ＴＦ８１１；Ｘ７５８文献标识码 Ａｄｏｉ１０.３９６９／ ｊ.ｉｓｓｎ.０２５３－６０９９.２０２０.０１.０２３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０２０）０１－００９６－０５ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｉｒｏｎ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｐｐｅｒ Ｓｌａｇ Ａｆｔｅｒ Ｓｏｌｉｄ Ｐｈａｓｅ Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ＪＩＡＮＧ Ｌｉａｎｇ１，２， ＹＡＮ Ｊｉｅ１，２， ＬＩ Ｐｅｎｇ-ｘｉａｎｇ１，２， ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｎｇ１，２， ＭＡ Ｘｉａｏ-ｊｕｎ１，２， ＣＨＥＮ Ｙｕ-ｈｏｎｇ１，２， ＨＡＮ Ｆｅｎｇ-ｌａｎ１，２ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎｏｒｔｈ Ｍｉｎｚｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５００２１， Ｎｉｎｇｘｉａ， Ｃｈｉｎａ； ２．Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ ａｎｄ Ｍｉｎｉｓｔｅｒｉａｌ Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ “Ｐｏｗｄｅｒ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｃｅｒａｍｉｃｓ”， Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５００２１， Ｎｉｎｇｘｉａ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｃｏｖｅｒ ｔｈｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｉｒｏｎ ｉｎ ｃｏｐｐｅｒ ｓｌａｇ， ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｐｐｅｒ ｓｌａｇ ａｆｔｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗａｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ａ ｍａｇｎｅｔｉｚｉｎｇ ｒｏａｓｔｉｎｇ-ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎ ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ. Ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃｏｐｐｅｒ ｓｌａｇ， ｃａｌｃｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ａｎｄ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ｗｅｒｅ ｕｎｉｆｏｒｍｌｙ ｍｉｘｅｄ ｉｎ ａ ｍａｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｆ ２０∶１２∶１００ ａｎｄ ｐｒｅｓｓｅｄ ｉｎｔｏ ａ ｂｉｌｌｅｔ， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｔｈｅｎ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ａ ２-ｈ ｒｏａｓｔｉｎｇ ａｔ １２００～１４００ ℃ ｆｏｌｌｏｗｅｄ ｂｙ ａ ｒａｐｉｄ ｃｏｏｌｉｎｇ， ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｗｅａｋｌｙ-ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆａｙａｌｉｔｅ ｔｈｅｒｅｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｈｉｇｈｌｙ-ｍａｇｎｅｔｉｃ ｍａｇｎｅｓｉａ ｆｅｒｒｉｔｅ ｓｐｉｎｅｌ ｔｈａｔ ｉｓ ｐｒｏｎｅ ｔｏ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ. Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ０.１０２ Ｔ， ｗｅｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｓｌａｇ ｃａｎ ｙｉｅｌｄ ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｉｒｏｎ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｇｒａｄｉｎｇ ６４.７８％ Ｆｅ ａｔ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｒａｔｅ ｏｆ ８２.６２％. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｐｐｅｒ ｓｌａｇ； ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ； ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ； ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ ｒｏａｓｔｉｎｇ； ｉｒｏｎ 铜渣资源量逐年上升，从铜渣中回收铁不仅可以 缓解国内钢铁产业所面临的铁矿石资源严重不足，而 且可以减轻铜渣堆存造成的环保压力。 近年来国内外 针对铜渣中铁的回收利用进行了相关研究，并探索了 多种提铁工艺，主要分为直接磁选法［１－２］、高温氧化 法［３－５］、还原法［６－９］和湿法［１０］４ 类。 本文针对目前铜 渣中铁组分回收存在的主要问题，提出了针对工业铜 渣成分调节后焙烧的改质工艺，并对改质后铜渣进行 了提铁实验研究。 １ 实 验 １.１ 实验原料 实验所用铜渣来自国内某铜冶炼厂，该铜渣为冶 炼铜的炉渣进行缓冷处理后，再进行碎磨浮选回收铜 之后的尾渣。 Ｘ 射线荧光光谱分析所得铜渣成分见 表 １。 铜渣中主要组分 ＳｉＯ２和 Ｆｅ２Ｏ３的比重占 ７５％以 上，可视为一种高硅铁矿。 该铜渣若直接送高炉炼铁 会引发焦比升高、炉况不顺等问题［１１］，因此，分离硅、 ①收稿日期 ２０１９－０８－１７ 基金项目 宁夏自然科学基金（２０１９ＡＡＣ０３１００）；国家自然科学基金（５１９６４００１）；“粉体材料与特种陶瓷”重点实验室开放基金（１８０４）；研究 生教育创新计划项目（ＹＸＷ２０１６１１）；宁夏科技支撑计划项目（２０１７ＥＺ０８） 作者简介 蒋 亮（１９８２－），男，宁夏石嘴山人，讲师，博士，主要研究方向为固体废弃物的循环利用。 第 ４０ 卷第 １ 期 ２０２０ 年 ０２ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ.４０ №１ Ｆｅｂｒｕａｒｙ ２０２０ ChaoXing 铁是铜渣综合利用的前提。 表 １ 实验用工业铜渣化学成分质量分数 / Ｆｅ２Ｏ３ＳｉＯ２ＣａＯＣｕＯＺｎＯ其余组分 ６４.０１１４.４０８.７４３.７７２.１３６.９６ １.２ 固相改质工艺 通过向工业铜渣中添加氧化镁和氧化钙的方法， 对工业铜渣进行成分改质，以实现提高铜渣碱度 （ＣａＯ／ ＳｉＯ２）和铜渣中氧化镁含量的目的。 实验所用 氧化钙和氧化镁的化学成分分别见表 ２ 和表 ３。 氧化 钙为白色微黄粉末，－０.０４５ ｍｍ 粒级含量 ８５％以上，灼 烧后氧化钙含量大于 ９９.０％；氧化镁为白色粉末， －０.０５０ ｍｍ 粒级含量 ９０％以上。 铜渣的固相改质成分 设计方案见表 ４。 表 ２ 氧化钙化学成分质量分数 / 氧化钙（灼烧后）碱金属及镁铁氯化物硫酸盐 ≥９９.０＜０.５＜０.０２＜０.００５＜０.１ 表 ３ 氧化镁化学成分质量分数 / 氧化镁钙钾铜锌砷铁钠钡和锶 ≥９９.０＜０.０２ ＜０.５ ＜０.００１ ＜０.００５ ＜０.０００ １ ＜０.００５ ＜０.０５＜０.００５ 表 ４ 铜渣固相改质成分设计方案 试样 编号 氧化钙∶氧化镁∶铜渣 混合后含量（质量分数）／ ％ ＣａＯＳｉＯ２Ｆｅ２Ｏ３ＭｇＯ 碱度 （ＣａＯ／ ＳｉＯ２） Ａ０全铜渣１０.０３ １６.５２ ７３.４５０.６ Ａ１２０∶１２∶１００２４.０５ １２.０５ ５３.５７ １０.０５２.００ Ａ２２４∶１２∶１００２６.６０ １１.７０ ５２.００９.７５２.２７ Ａ３２８∶１２∶１００２８.８４ １１.３０ ５０.２４９.４２２.５５ 将氧化钙、氧化镁和粉碎后工业铜渣（－０.０７４ ｍｍ 粒级含量 ９２.８５％以上）按照表 ４ 所示不同比例混合后 放入行星式球磨机中以 ３００ ｒ／ ｍｉｎ 的转速混料 １ ｈ，随 后将混合均匀粉料在干压成型机上用 ５ ｔ 压力压制成 圆柱状试样。 将压制好的试样放入高温马弗炉内按照 １１.２５ ℃ ／ ｍｉｎ 的速度升温至 １ ４００ ℃后保温 １５ ｍｉｎ，接 着以 １ ℃ ／ ｍｉｎ 的速度降温至 １ ２００ ℃后取出进行水淬 处理。 水淬后铜渣用振动磨粉磨 １ ｍｉｎ 后进行磁选处 理。 技术路线如图 １ 所示。 球磨混料焙烧弱磁选 工业铜渣复合添加剂 精矿 尾矿 图 １ 实验技术路线 ２ 实验结果及讨论 ２.１ 工业铜渣的主要矿物相 工业铜渣 Ａ０ 的主要矿物相如图 ２～３ 所示。 由图 ２ 可知，工业铜渣初始矿物相较为复杂，包含了磁铁矿 （Ｆｅ３Ｏ４）、铁橄榄石（Ｆｅ２ＳｉＯ４）、Ｆｅ２.９５Ｓｉ０.０５Ｏ４、方石英 （ＳｉＯ２）、 钙 铝 榴 石 （ Ｃａ３Ａｌ２（ ＳｉＯ４）３） 和 黄 铜 矿 （ＣｕＦｅＳ２）；其中含量较高的硅铁相 Ｆｅ３Ｏ４和 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 是铜渣中的主要矿物相。 从图 ３ 可以看出，除少量在 铜渣表面析出的磁铁矿之外，铜渣中富铁相 Ｆｅ２ＳｉＯ４ 与富铜相 ＣｕＦｅＳ２大多依附形成，且嵌布生长。 这种物 相形态结构致密、质地坚硬、化学性质相对稳定，且基 本呈各向同性。 因此借助直接磁选难以将工业铜渣中 富铁相进行有效分离。 3020104050607080 2 / θ Fe3O4 Fe2SiO4 SiO2 CuFeS2 Fe2.95Si0.05O4 Ca3Al2SiO43 图 ２ 工业铜渣 A０ 的 X 射线衍射图谱 图 ３ 工业铜渣 A０ 的岩相形貌 ２.２ 改质后铜渣的主要矿物相 改质后铜渣的 Ｘ 射线衍射图谱如图 ４ 所示。 改 质后 铜 渣 中 矿 物 相 主 要 包 括 Ｆｅ３Ｏ４、 铁 酸 镁 （ＭｇＦｅ２Ｏ４）、硅酸二钙（Ｃａ２ＳｉＯ４）、ＳｉＯ２、ＣｕＦｅ２Ｏ４和铁 酸二钙（Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５）。 经过成分改质后的焙烧处理，铜 渣中的 Ｆｅ２ＳｉＯ４向镁铁尖晶石（Ｆｅ３Ｏ４和 ＭｇＦｅ２Ｏ４）发生 转变。 成分改质过程中 ＭｇＯ 的加入能够稳定铜渣中的 Ｆｅ３Ｏ４，并使已生成的赤铁矿（Ｆｅ２Ｏ３）向铁酸镁发生转 变。 由图 ４ 可见，Ｆｅ３Ｏ４和 ＭｇＦｅ２Ｏ４在相同晶面（１１１）、 （２２０）、（３１１）、（４００）、（４２２）、（５１１）、（４４０）和（５３３） ７９第 １ 期蒋 亮等 工业铜渣固相改质后分离铁的实验研究 ChaoXing 的衍射角度非常接近，可以将二者视为（Ｆｅ，Ｍｇ）Ｆｅ２Ｏ４ 一相。 此外，ＣｕＦｅ２Ｏ４与（Ｍｇ，Ｆｅ）Ｆｅ２Ｏ４在晶面（１１１）、 （２２０）、（３１１）、（４００）、（５１１）和（４４０）上对应衍射峰的 衍射角度接近，通过 ＸＲＤ 结果同样难以将其彻底区 分。 随着改质铜渣中 ＣａＯ 含量不断增多，体系中碱度 随之 上 升， 伴 随 着 改 质 后 铜 渣 中 Ｃａ２ＳｉＯ４相 和 Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５相产量增加。 Ｃａ２ＳｉＯ４相是改质铜渣中的主 要水化活性相，也是改质铜渣磁选后尾矿能用于建筑材 料的关键物相之一。 Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５相的形成会消耗铜渣体 系中一定量的铁氧化物，使一部分原本可以磁选分离的 铁难以分离。 由此可见，改质铜渣中加入ＣａＯ 时需综合 考虑两方面影响作用，在适当提高铜渣中 Ｃａ２ＳｉＯ４相含 量的同时，需尽量控制 Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５相的增加量。 3020104050607080 2 / θ Fe3O4 Ca2SiO4 CuFe2O4 MgFe2O4 SiO2 Ca2Fe2O5 A1 A2 A3 图 ４ 不同处理态铜渣的 X 射线衍射图谱 图 ５ 为不同铜渣的显微组织形貌。 工业铜渣 Ａ０ 主要由深褐色相、浅褐色相和少量亮白色相组成；其中 深褐色 Ｆｅ２ＳｉＯ４相是工业铜渣的基体相，以菱形和碎 粒状在 Ｆｅ２ＳｉＯ４上分散析出的浅褐色相是 Ｆｅ３Ｏ４，亮白 色相为工业铜渣中剩余铜形成的化合物，以 ＣｕＦｅＳ２为 主，也有文献认为铜渣中 Ｃｕ 多以固溶少量 Ｆｅ 的 ＣｕＳ 相的形式存在［１０］。改质后铜渣中主要以大块分布的镁 图 ５ 铜渣显微组织形貌 （ａ） Ａ０； （ｂ） Ａ１； （ｃ） Ａ２； （ｄ） Ａ３ 铁尖晶石群和硅酸二钙相为主。 随着体系中碱度不断 提高，改质铜渣中镁铁尖晶石群的晶粒尺寸不断减小， 同时伴随着 Ｃａ２ＳｉＯ４相和 Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５相的产量增加。 ２.３ 反应机理 加入 ＣａＯ 能使铜渣中含量较高的 Ｆｅ２ＳｉＯ４向 Ｆｅ２Ｏ３发生转变，并伴随着 Ｃａ２ＳｉＯ４形成（式（１））。 在 较高温度下，Ｆｅ２Ｏ３开始分解成 Ｆｅ３Ｏ４（式（２）），Ｆｅ２Ｏ３ 的分解温度通常为 １ ３５０ ℃，然而混合渣中存在的某 些组分会使 Ｆｅ２Ｏ３的分解温度降低，更有益于 Ｆｅ３Ｏ４ 形成。 混合渣中的铁酸镁主要通过式（３）反应生成。 此外，由于 Ｍｇ ２＋ 和 Ｆｅ ２＋ 半径非常接近，当加热温度超 过 １ ０００ ℃ 后，Ｍｇ ２＋ 还会通过固态扩散的方式进入 Ｆｅ３Ｏ４晶格中替换掉部分 Ｆｅ ２＋ ， 形成置换 固 溶 体 ＭｇＦｅ２Ｏ４（式（４））。 与 ＳｉＯ２反应剩余的 ＣａＯ 会继续与 Ｆｅ２Ｏ３结合，生成 Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５（式（５））。 Ｆｅ２ＳｉＯ４＋ ２ＣａＯＦｅ２Ｏ３＋ Ｃａ２ＳｉＯ４（１） ３Ｆｅ２Ｏ３２Ｆｅ３Ｏ４＋ ０.５Ｏ２（２） Ｆｅ２Ｏ３＋ ＭｇＯＭｇＦｅ２Ｏ４（３） Ｆｅ３Ｏ４＋ Ｍｇ ２＋ → ＭｇＦｅ２Ｏ４ ＋ Ｆｅ ２＋ （４） Ｆｅ２Ｏ３＋ ２ＣａＯＣａ２Ｆｅ２Ｏ５（５） ２.４ 磁选实验 将各铜渣分别在振动磨中进行粉磨至－０.０７４ ｍｍ 粒级含量占 ９５％左右，通过 ＸＣＧＳ－０１ 磁选管对粉磨 后各铜渣分别进行湿式弱磁选实验，磁选电流设置为 ２ Ａ（磁场强度 ０.１０２ Ｔ），磁选结果如图 ６ 所示。 工业 铜渣 Ａ０ 的磁选产率为 ３８.７１％，精矿品位为 ５７.４１％， 回收率为 ４９.６１％。 改质后铜渣的磁选产率和回收率 显著提升。 随着改质铜渣中碱度不断提高，改质铜渣 的磁选产率和回收率不断下降，这主要归因于碱度提 高引起的铜渣中 Ｃａ２Ｆｅ２Ｏ５相含量增加、镁铁尖晶石产 量减少。 试样 100 80 60 40 20 0 A0A1A2A3 磁选指标/ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ 产率 精矿品位 回收率 ■ ● ▲ 图 ６ 铜渣磁选结果 ２.５ 热力学计算 借助热力学计算软件 ＦａｃｔＳａｇｅ，能够对不同化学 ８９矿 冶 工 程第 ４０ 卷 ChaoXing 组成和焙烧温度下铜渣中的矿物相变化进行预测。 不 同处理态铜渣的产物相随温度变化见图 ７。 由图 ７ 可 知，随着焙烧温度不断提高，镁铁尖晶石生成量呈现先 升高后降低的趋势，并在 １ ２００ ℃时接近峰值。 随着 原始组分中 ＣａＯ 加入量不断增加，镁铁尖晶石产量下 降，同时伴随着硅酸二钙和铁酸二钙含量增加。 该理 论计算结果与 ＸＲＤ 测试结果和 ＳＥＭ 检测结果一致。 碱度提高还会引起铜渣体系中液相形成温度降低，在 试样 Ａ３ 中，较高的碱度还导致少量 ＭｇＯ 在１ ４００ ℃后 开始析出。 温度/℃ 100 80 60 40 20 0 1000120014001600 质量/g α′-C2S α-C2S 液相 尖晶石 C3MS2 C2F CF 温度/℃ 100 80 60 40 20 0 1000120014001600 质量/g 温度/℃ 100 80 60 40 20 0 1000120014001600 质量/g ■ ■■ ■ ● ● ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ◆ ◆ ■ ●▲ ▲ ▲ ◆ α-C2S 液相 尖晶石 C3MS2 Fe2O3 CF ■ ● ▲ ▲ ▲ ◆ a b ■ ■■ ● ● ● ●● ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲▲▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ◆◆ ◆ ■ ● ▲ ▲ ▲ ◆ α′-C2S α-C2S 液相 尖晶石 C3MS2 C2F CF ■ ● ▲ ▲ ▲ ◆ ■■ ■ ■ ● ● ● ● ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ▲ ◆ ◆ ◆ c MgO 图 ７ 不同处理态铜渣热力学计算结果 （ａ） Ａ１ 渣； （ｂ） Ａ２ 渣； （ｃ） Ａ３ 渣 ２.６ 磁选产物的矿物相组成 工业铜渣 Ａ０ 磁选后的精矿和尾矿矿物相组成见 图 ８。 原始铜渣中的富铁相主要以弱磁性 Ｆｅ２ＳｉＯ４相 和强磁性 Ｆｅ３Ｏ４相组成，且大部分颗粒较小的 Ｆｅ３Ｏ４ 相多在 Ｆｅ２ＳｉＯ４相上嵌布分散形成。 通过普通的磁选 处理难以对工业铜渣中富铁相进行有效分离。 由图 ８ 可见，除少量 Ｆｅ３Ｏ４被分离之外，大部分富铁相磁选后 依然分布于尾矿中。 3020104050607080 2 / θ Fe3O4 Fe2SiO4 SiO2 CuFeS2 Fe2.95Si0.05O4 Ca3Al2SiO43 精矿 尾矿 图 ８ 工业铜渣 A０ 磁选产物的 X 射线衍射图谱 改质铜渣 Ａ１ 磁选后精矿和尾矿的 Ｘ 射线衍射图 谱见图 ９。 铜渣经过改质后，磁选能够有效分离铜渣 中的富铁相，分离后精矿主要以强磁性镁铁尖晶石为 主，可直接用于回炉冶炼或制作绝热防火材料，分离后 尾矿主要以硅酸二钙相为主，可掺入水泥中作为建筑 材料使用。 3020104050607080 2 / θ Fe3O4 Ca2SiO4 CuFe2O4 MgFe2O4 SiO2 精矿 尾矿 图 ９ 改质铜渣 A１ 磁选产物的 X 射线衍射图谱 ２.７ 经济性分析 改质后铜渣的磁选精矿（镁铁尖晶石）可返回烧 结工序烧制烧结矿，每吨改质后工业铜渣磁选精矿为 ５７１.４ ｋｇ，其中铁含量为３７０.１５ ｋｇ。 除精矿回炉冶炼外， 剩余尾渣（主要为硅酸盐相）还可掺入建筑材料中。 生产 １ ｔ 普通硅酸盐水泥需要消耗石灰石 １ ２８０.３５ ｋｇ、 粘土 ２１３.３９ ｋｇ、铁粉 ６３.８６ ｋｇ、二水石膏 ４３.００ ｋｇ。 则 每吨改质铜渣的磁选尾渣掺入水泥后可节省石灰石 ５４９.２７ ｋｇ、粘土 ９１.５４ ｋｇ、铁粉 ２７.４０ ｋｇ 和二水石膏 １８.４５ ｋｇ。 此外，生产 １ ｔ 普通硅酸盐水泥需要产生 ＣＯ２排放量 ５５７.６０ ｋｇ，则每吨改质铜渣的磁选尾渣替 代等量水泥后还可减少 ＣＯ２排放量 ２３８.９９ ｋｇ。 ９９第 １ 期蒋 亮等 工业铜渣固相改质后分离铁的实验研究 ChaoXing 氧化钙和氧化镁的加入有助于工业铜渣中弱磁性 铁橄榄石向强磁性镁铁尖晶石转变，提高铜渣中二次 铁资源的回收率。 后续的系统性实验表明，铜渣改质 前成分调节的最优化体系可控制在如下范围通过加 入氧化钙将铜渣碱度（ＣａＯ／ ＳｉＯ２）控制在 １.８～２.１ 之 间；通过加入氧化镁将铜渣中 Ｆｅ２Ｏ３与 ＭｇＯ 质量比控 制在３.６～５.３ 之间［１２］。 为降低成本，实际生产过程中 可通过添加富氧化钙和富氧化镁的其他物质，如镁渣、 高碱度钢渣等，以满足工业铜渣中氧化钙和氧化镁的 添加需求。 综合以上分析可知，工业铜渣进行成分调 节后的固相改质工艺具有可行性，并有较好的经济效 益和环境效益。 ３ 结 论 １） 通过对工业铜渣成分改质后再焙烧的方式，能 够使工业铜渣中难以磁选的铁橄榄石向镁铁尖晶石转 变，后者可经过磁选有效分离。 ２） 碱度变化对改质铜渣中矿物相生成具有决定 性作用，随着碱度提高，改质后铜渣中硅酸二钙相和铁 酸二钙相含量增多，镁铁尖晶石生成量减小。 ３） 改质后铜渣的磁选产率和回收率显著提升。 参考文献 ［１］ 韩 伟，秦庆伟. 从炼铜炉渣中提取铜铁的研究［Ｊ］. 矿冶， ２００９， １８（２）９－１２. ［２］ 叶雪均，秦华伟，杨俊彦，等. 从某混合铜渣中回收铜铁的试验研 究［Ｊ］. 矿业研究与开发， ２０１３，３３（３）４６－４９. ［３］ Ｓｅｍｙｋｉｎａ Ａ， Ｎａｋａｎｏ Ｊ， Ｓｒｉｄｈａｒ Ｓ， ｅｔ ａｌ. 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