关于缓冷时间对电炉渣中铜物相颗粒粒度影响的探讨.pdf

2 0 2 0 年第4 期有色金属 选矿部分 1 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 6 7 1 9 4 9 2 ．2 0 2 0 ．0 4 ．0 0 1 关于缓冷时间对电炉渣中铜物相 颗粒粒度影响的探讨 方明山1 ’2 ，肖仪武1 ’2 ，彭时忠3 ，丁鹏 1 ．矿冶科技集团有限公司，北京1 0 0 1 6 0 ； 2 ．矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 2 8 ； 3 ．铜陵有色金属集团控股有限公司技术中心，安徽铜陵2 4 4 0 0 0 摘 要采用光学显微镜、扫描电子显微镜、矿物自动分析仪 A M l c s 及化学物相分析等仪器和手段，对某铜冶炼厂不 同缓冷时间条件下的电炉渣进行了系统的工艺矿物学研究。研究结果表明，随着冷却时间的延长，直接喷水冷淋的电炉渣中 铜物相的粒度相比自然冷却的电炉渣，分布在o ．0 2 0m m 以下的占有率由5 2 ．4 8 ％降低至4 0 ．3 7 ％，电炉渣中的铜物相颗粒粒 度有所增加，但增加幅度不大。可见，延长电炉渣的冷却时间，可促使冰铜颗粒的长大。有利于后续浮选回收，但缓冷时间只 是影响冰铜颗粒生长的重要的因素之一。 关键词工艺矿物学；缓冷时间；电炉渣；铜物相；粒度 中图分类号T D9 8文献标志码A文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 2 0 0 4 一0 0 1 一0 5 D i s c u s s i o no nt h eE f f e c to fS l o wC o o l i n gT i m eo nt h eP a r t i c l eS i z e o fC o p p e rP h a s ei nE l e c t r i cF u r n a c eS l a g F A N G M 诹g s h a 札l “，x l A o Y i w 髓1 “，P E N GS h i z h o n g3 ，D I N GP e n g 3 】．B G R J M MT P c h ，z o ￡D g yG r o “户，B P i 歹i7 2 9 】D D 】6 D ，C i 咒口； 2 ．S ￡口￡PK P yL 口6 0 ，’口芒o ，．yo ，M i ”P ，’口ZP ，．o f P s s i n g ，B P 巧i 以gj0 2 6 2 8 ，C i 咒n ； 3 ．T P c h 订i c 口ZC e 竹￡r e ，T b 以g Z i 竹gN o 竹／- e r r o “sM P ￡口Z sG r o “pH o ￡d i 九gC o ．，L f 岔， T o 竹g Z i 咒g2 4 4 0 0 0 ，A n “i ，C i 咒口 A b s t r a c t B ym e a n so fo p t i c a lm i c r o s c o p y ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ，m i n e r a la u t o m a t i ca n a l y z e r A M I C S a n dc h e m i c a lp h a s ea n a l y s i s ，t h ep r o c e s sm i n e r a I o g yo fs l a gf r o mac o p p e rs m e l t e ru n d e rd i f f e r e n t c o o l i n gt i m ec o n d i t i o n sw a ss t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y ． T h er e s u l t ss h o wt h a tt h ep a r t i c l es i z eo fc o p p e rp h a s ei n s l a gi n c r e a s e sw i t ht h ei n c r e a s eo fc o o l i n gt i m e ，b u tt h ei n c r e a s ei sn o ts i g n i f i c a n t ． W i t ht h ee x t e n s i o no f c 0 0 1 i n gt i m e ，t h ep r o p o r t i o no fC up h a s ep a r t i c l es i z ei nt h ee l e c t r i cf u r n a c es I a gd i s t r i b u t e db e I o w0 ．0 2 0m m d e c r e a s e df r o m5 2 ．4 8 ％t o4 0 ．3 7 ％c o m p a r e dw i t ht h en a t u r a l l yc 0 0 1 e db l a s tf u r n a c es l a g ．I tc a nb es e e n t h a tp r o l o n g i n gt h ec o o l i n gt i m eo fe l e c t r i cf u r n a c es l a gc a np r o m o t et h eg r o w t ho fm a t t ep a r t i c l e s ，w h i c hi s c o n d u c i V et os u b s e q u e n tf l o t a t i o nr e c o V e r y ，b u tc o o l i n gt i m ei so n I yo n eo ft h ei m p o r t a n tf a c t o r sa f f e c t i n g t h eg r o w t ho fc o p p e rp h a s ep a r t i c l e s ． K e yw o r d s p r o c e s sm i n e r a l o g y ；s l o wc o o l i n gt i m e ；e l e c t r i cf u r n a c es l a g ；c o p p e rp h a s e ；p a r t i c l es i z e 铜冶炼炉渣是铜精矿经冶炼加工后剩余的残 渣，其中蕴含丰富的铜、铁、金、银等有价金属，在自 然资源日趋紧张的当下，逐渐成为金属回收利用的 宝贵资源。铜炉渣根据产渣设备不同可分为反射炉 渣、闪速炉渣、电炉渣和转炉渣等；根据工艺流程可 分为熔炼渣、吹炼渣等；根据冷却方式不同又可分为 水淬渣、自然冷却渣、保温冷却渣等。由于炼铜炉渣 的特性不尽相同，常用的回收炉渣中金属的方法有 选矿法、湿法分离法、火法贫化法、熔融还原法等。 目前，国内主要以选矿法为主，其具有能耗低、回收 率高的特点[ 1 1 ] 。但是铜冶炼炉渣物相复杂，铜的浮 选回收指标与铜渣型及渣中含铜相的产出特征息息 收稿日期2 0 1 9 1 0 1 1 作者简介方明山 1 9 8 2 一 ，男，安徽六安人，硕士，教授级高级工程师，主要从事工艺矿物学研究。E m a i l f a n g m i n g s h a n b g r i m m ．c o “ 万方数据 2 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第4 期 相关，而渣型及铜物相粒子长大规律均受铜冶炼渣编号为3 。。采用光学显微镜、X 一射线衍射仪、扫描 缓冷降温制度的影响。采用渣包缓慢冷却的方法可电子显微镜、x 一射线能谱仪、矿物自动分析仪 使炉渣中铜物相粒子聚集长大，有利于有用矿物的 M L A 、A M I C S 等仪器，结合化学分析及化学物相 单体解离和选别指标的提高[ 4 。5 ] 。分析等手段，对三个不同缓冷时间的电炉渣进行了 为考察缓冷时间对电炉渣中铜物相结晶情况的系统的工艺矿物学研究。 鬈 皂≥曼曼絮曼，篓黧寸鼍置冀I 曼。烹箩篓1 样品主要的化学成分分析 进行了系统的工艺矿物学研究。其中直接喷淋，即 一 ⋯～一。⋯一。一一⋯⋯ 缓冷时间为oh 的样品编号为14 ；自然冷却4h 后，3 个电炉渣样品的主要化学成分分析结果如表 冷水喷淋的样品编号为28 ；自然冷却至室温的样品1 所示。 表l3 个电炉渣样品的多组分分析结果 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no f3e l e c t r i cf u r n a c es l a gs a m p l e s ／％ 样品编号 C uP bZ nF eT i M nc oA ss bs 14O ．6 4O ．0 91 ．3 53 7 ．2 40 ．2 3O ．0 5 O ．0 1 1O ．2 3O ．0 3 1O ．4 3 从表1 中可知，18 渣样品中C u 的品位为 o ．6 4 ％，2 “渣样品中C u 的品位为o ．6 5 ％，38 渣样品 中C u 的品位为O ．6 2 ％。 2样品中主要的物相组成 1 * 渣、28 渣、38 渣3 个样品中的物相组成基本一 致，均主要为铁橄榄石，其次为非晶质铁铝硅酸盐、非 晶质钙铁硅酸盐和磁铁矿，另有少量的冰铜、硫化锌、 硫化铅，偶见金属铜、砷铜合金、铜铋合金、砷化铁等。 3 样品中铜物相的嵌布特征 3 ．1 冰铜 样品中的冰铜是最主要的铜物相，呈圆粒状、不 规则状产出，多嵌布于铁橄榄石、非晶质铁铝硅酸 盐、钙铁硅酸盐与磁铁矿之间，或包裹于其中 图1 、 2 。少量冰铜与不规则状、细脉状金属铜嵌布在一 起，偶见硫化锌、硫化铅、砷化铁、砷铜合金等呈粒 状、不规则状包裹其中或者沿其边缘产出 图3 、4 。 冰铜根据其C u 含量的高低可以分为高冰铜和低冰 铜，其中高冰铜中C u 含量大于5 0 ％，光学显微镜下 反射色呈蓝色、紫红色；低冰铜中C u 含量一般都在 3 0 ％以下，反射色呈黄色 表2 、3 。 3 ．2 金属铜 样品中的金属铜含量较低，主要呈不规则状、细 脉状与冰铜嵌布在一起，少量单独分布在铁橄榄石、 磁铁矿和非晶质钙铁硅酸盐和铁铝硅酸盐间 图5 、 6 。金属铜中C u 含量分布在9 4 ．7 5 ％～9 8 ．7 9 ％， 同时含有微量F e ，偶见含有A g 、S n 等其它金属元 素。能谱分析结果详见表4 。 图1微细粒、圆粒状冰铜紧密嵌布在其它各物相间 F i g ．1F i n e g r a i n e d ，r o u n d g r a i n e dm a t t e e m b e di no t h e rs u b s t a n c e sc l o s e l y 图2 微细粒、圆粒状冰铜包裹在非晶质 铁铝硅酸盐与铁橄榄石中 F i g ．2F i n e g r a i n e d ，r o u n d g r a i n e dm a t t e e n c a p s u l a t ei na m o r p h o u si r o na l u m i n o s i l i c a t e a n di r o no l i v i n e 万方数据 2 0 2 0 年第4 期 方明山等关于缓冷时间对电炉渣中铜物相颗粒粒度影响的探讨 3 图3不规则状金属铜包裹在冰铜中 F i g ．3I r r e g u l a rc o p p e rw r a p p e di nm a t t e 图4 低冰铜与高冰铜紧密嵌布在一起 F i g ．4 I 。o wm a t t ea s s o c i a t e sw i t hh i g hm a t t e 表2 样品中高冰铜的扫描电镜能谱分析结果 T a b l e2 S c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y e n e r g ys p e c t r u ma n a l y s i sr e s u I t s o fh i g hm a t t ／％ 表3 样品中低冰铜的扫描电镜能谱分析结果 T a b l e3 S c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y e n e r g ys p e c t r u ma n a l y s i sr e s u l t s o fl o wm a t t ／％ 图5不规则状、圆粒状金属铜和冰铜嵌布 在铁橄榄石和非晶质铁铝硅酸盐中 F i g ．5I r r e g u l a r ，r o u n dc o p p e ra n dm a t t ee m b e d i ni r o no l i v i n ea n da m o r p h o u si r o n - a l u m i n as i l i c a t e s 图6 不规则状、细脉状金属铜和 硫化锌嵌布在高冰铜中 F i g ．6 I r r e g u l a ra n dv e i n l e tc o p p e ra n dz i n c s u l f i d ed i s s e m i n a t ei nh i g hm a t t e 万方数据 4 有色金属 选矿部分2 0 2 0 年第4 期 表4 样品中金属铜的扫描电镜能谱分析结果 T a b l e4 S c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y e n e r g ys p e c t r u ma n a l y s i sr e s u l t s o fc o p p e r ／％ 4 样品中铜的化学物相分析 将14 渣、2 8 渣、38 渣3 个电炉渣样品磨细至 一o ．0 3 8m m 占1 0 0 ％，分别进行铜的化学物相分析， 结果见表5 。 表53 个电炉渣样品中铜的化学物相分析结果 T a b l e5P h a s ea n a l y s i sr e s u l to fc o p p e r o ft h e3e l e c t r i cf u r n a c es l a gs a m p l e s ／％ 5 样品中铜物相的粒度特征 为了确切了解不同缓冷时间对样品中铜物相的 粒度特征影响，分别对18 渣、2 8 渣、3 8 渣样品中冰 铜、金属铜的粒度进行了测定，结果见表6 ～7 。从表 中可以看出，3 个样品中冰铜的粒度均主要分布在 o ．0 2 0m m 以下，占有率分别为5 2 ．3 3 ％、4 6 ．1 3 ％和 4 0 ．7 7 ％；其中分布在o ．0 1 0m m 以下的占有率分别 为3 3 ．4 9 ％、2 9 ．9 6 ％和2 4 ．8 0 ％。同样，18 渣、28 渣 和38 渣3 个样品中金属铜的嵌布粒度也都较细且 不均匀，大都分布在o ．0 2 0m m 以下，分别占 5 7 ．5 3 ％、5 2 ．5 3 ％和4 9 ．4 9 ％，其中分布在o ．0 1 0m m 以下的占有率分别为3 7 ．6 9 ％、3 5 ．6 9 ％和3 4 ．2 5 ％。 表6渣中冰铜粒度测量结果 T a b 】e6P a r t ；c l es i z ed i s t r i b u t j o n o ft h em a t t e／％ 注1 的单位为m m ，下同。 表7渣中金属铜粒度测■结果 T a b l e7P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o n o ft h ec o p p e r ／％ 由于冰铜和金属铜嵌布关系密切，在铜的浮选 回收过程中走向一致，因此我们还将二者作为一个 整体，对它们组成的铜物相集合体进行了粒度测量， 结果见表8 。表8 显示，3 个样品中铜物相的粒度主 要分布在O ．0 2 0m m 以下，占有率分别为5 2 ．4 8 ％、 4 7 ．4 8 ％和4 0 ．3 7 ％，其中分布在0 ．0 1 0m m 以下的 占有率分别为3 2 ．9 6 ％、3 0 ．7 l ％和2 4 ．4 2 ％。 可见，不管是冰铜、金属铜还是铜物相集合体， 随着电炉渣冷却时间的延长，它们的颗粒整体随之 变粗，粒度有所增加，但增加的幅度都不大。 表8渣中铜物相集合体粒度测量结果 T a b l e8P a r t i c l es j z ed j s t r j b l l t i o no ft h e c o p p e rp h a s ea g g r e g a t e s／％ 6不同磨矿细度下铜物相的解离特征 分别对3 个电炉渣样品在不同磨矿细度下铜物 相集合体的解离度进行了测定和对比，结果见表9 。 解离度测定结果表明，在同一磨矿细度下，缓冷时间 越长的样品中铜物相的单体解离度程度相对要高， 这与铜物相颗粒粒度随着缓冷时间延长整体变粗的 特征是相对应的。 万方数据 2 0 2 0 年第4 期方明山等关于缓冷时间对电炉渣中铜物相颗粒粒度影响的探讨 5 表9不同渣样品中铜物相集合体的 单体解离度测定结果 T a b l e9T h e1 i b e r a t i o no ft h ec o p p e r p h a s ea g g r e g a t e si nd i f f e r e n ts a m p l e s ／％ 磨矿细度一O ．0 4 5m m 含量 单体 的选矿回收指标的目的，需要综合考虑各方面影响 因素才能实现。 就目前的研究结果来看，多数研究主要都是从 某一个影响因素着手开展的，缺少对各种因素相互 作用、综合影响的整体研究；同时，也缺少对铜炉渣 冷却结晶过程中的热力学和动力学方面的机理研 究，还不能从源头去控制铜物相的结晶与生长。所 以，应该加强这些方面的研究，深入了解铜炉渣的性 质特征，为其综合回收提供理论基础。 7讨论 [ 1 ] 通过对三个不同缓冷时间电炉渣系统的工艺矿 物学研究可知，随着缓冷时间的延长，样品中物相组 成基本一致，没有什么变化。不同在于，样品中铜物 相的粒度随着缓冷时间的延长变得相对更粗。但是 研究结果同时表明，直接喷水冷淋的电炉渣中铜物r 。] 相的粒度与完全自然冷却的电炉渣相比，其分布在 o ．0 2 0m m 以下的占有率仅从5 2 ．4 8 ％降低至4 0 ．3 7 ％， 即铜物相颗粒粒度虽有所增加，但增加的幅度不大。 可见，延长电炉渣的冷却时间，可促使铜物相颗 粒的长大，有利于后续浮选回收，但缓冷时间只是影 u J 响铜物相颗粒生长的重要因素之一。如果想进一步 促进电炉渣中铜物相的粒度，提高电炉渣中铜的浮 选回收指标，还应该在适当延长缓冷时间的基础上 同时考虑其它影响因素的综合作用。 铜冶炼炉渣是一种“人造矿石”，是在高温条件 r 4 ] 下铜、铁、硅、镁及其它物质通过化学结合及物理黏 附等形式的复杂集合体。铁主要以铁橄榄石形态和 磁铁矿的形式存在，硅在形成炉渣时大部分将成硅 酸盐的形式存在，同时还会生成大量的非晶相的玻 璃体，这些相在铜物相结晶生长的同时也在析出和 ⋯。 生长，都会对铜物相的结晶、生长造成影响。特别是 铜颗粒在冷却过程中结晶粒度小，一旦被其他相包 裹，就很难再长大变粗了。此外，渣的黏度也是一个 很重要的影响因素，渣的黏度低，有利于铜的沉降，r 6 ] 从而促进铜物相的结晶长大[ 6 。] 。 8结论 决定晶体生长的形态，作为内因的原料成分是 最根本的因素，而生成时所处的外界环境如冶炼温 。。 度、冷却方式等对晶体形态的影响同样很大。所以， 最终形成炉渣的性质是由冶炼的原料成分、冷却的 方式、冷却的时间等诸多因素共同影响决定的。由 此，要想达到通过增加铜物相粒度来通过炉渣中铜 参考文献 王俊娥，陈杭，衷水平，等．缓冷制度对铜渣结晶性能的 影响[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 7 1 1 3 2 3 7 ． W A N GJ u n ’e ，C H E NH a n g ，Z H N GS h u i p i n g ，e ta 1 ． E f f e c to fs l o wc o o l i n gs y s t e mo nc r y s t a l l i z a t i o np r o p e r t y o fc o p p e rs l a g [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v e M e t a l l u r g y ，2 0 1 7 1 1 3 2 3 7 ． 李博，王华，胡建杭，等．从铜渣中回收有价金属技术的 研究进展[ J ] ．矿冶，2 0 0 9 ，1 8 1 4 4 4 8 ． L IB o ，W A N GH u a ，H UJ i a n h a n g ，e ta 1 ．P r o g r e s si n r e c o v e r yt e c h n o l o g yo fv a l u a b l em e t a l sf m mc o p p e rs I a g [ J ] ． M i n i n g M e t a l l u r g y ，2 0 0 9 ，1 8 1 4 4 4 8 ． 王春，樊建云，朱艳芬．铜冶炼急冷渣、缓冷渣铜可选性 试验研究[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 6 1 1 5 1 8 ． W A N GC h u n ，F A NJ i a n y u n ，Z H UY a n f e n ．B e n e f i c a b 订i t ys t u d yo nq u e n c hs l a ga n ds l o wc o o l i n gs l a gf r o m c o p p e rs m e l t e r [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s M i n e r a lP r o c e s s i n g S e c t i o n ，2 0 1 6 1 1 5 1 8 ． 王奇．贵冶电炉渣的缓冷特性和结晶研究[ J ] ．铜业工 程，2 0 1 2 ，2 9 2 2 1 2 4 ． W A N GQ i ．S t u d yo nc r y s t a l l i z a t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c s o fs l o wc o o l i n go fe l e c t r i cf u r n a c es l a gi nG u i 【is m e l t e r [ J ] ． C o p p e rE n g i n e e r i n g ，2 0 1 2 ，2 9 2 2 l 一2 4 ． 李思勇．铜冶炼渣包冷却制度的建立[ J ] ．有色金属 冶 炼部分 ，2 0 1 7 1 1 4 2 4 5 ． I ，IS i y o n g ．E s t a b l i s h m e n to fc o o l i n gs y s t e mo fs l a gl a d l e i nc o p p e rs m e l t e r [ J ] ．N o n f e r r o u sM e t a l s E x t r a c t i v e M e t a l l u r g y ，2 0 1 7 1 1 4 2 4 5 ． 张海鑫．浅谈铜冶炼渣缓冷工艺[ J ] ．中国有色冶金， 2 0 1 3 ，4 2 3 3 2 3 7 Z H A N GH a i x i n ．．D j s c u s s i o no ns l o wc o o l i n gp r o c e s so f c o p p e rs m e l t i n gs l a g [ J ] ．C h i n aN o n f e r r o u sM e t a l l u r g y ， 2 0 1 3 ，4 2 3 3 2 3 7 王鹏，高利坤，董方，等．铜冶炼渣浮选回收铜的研究现 状[ J ] ．矿产综合利用，2 0 1 7 1 1 6 2 0 ． W A N GP e n g ，G A 0I 。i k u n ，D O N GF a n g ，e ta 1 ．S t a t u so f c o p p e rr e c o v e r yf r D mc o p p e rs m e l t i n gs l a gb yf l o t a t i o n [ J ] ． M u l t i p u r p o s e U t i l i z a t i o n o fM i n e r a l R e s o u r c e s ， 2 0 1 7 1 1 6 2 0 ． 万方数据