赞比亚某铜反射炉渣工艺矿物学研究及可选性分析.pdf

2 0 1 2 年第6 期有色金属 选矿部分 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ，j ．i s s n ．1 6 7 l 一9 4 9 2 ．2 0 1 2 ．0 6 ．0 0 2 赞比亚某铜反射炉渣工艺矿物学研究及可选性分析 于雪 沈阳有色金属研究院，沈阳1 1 0 1 4 1 摘要赞比亚某铜炉渣为铜冶炼反射炉渣。通过工艺矿物学研究，查明了炉渣的化学成分、矿物组成、主要矿 物的产出特征、铜的硫化物浸染粒度、结构构造等。从而为选矿工艺研究提供了依据。 关键词反射炉渣；铜矿物；工艺矿物学 中围分类号1 D 9 l文献标识码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 2 o “o 0 0 5 0 6 M i I I e r m o g i c mS t u d ya n dB e n 娟c i a b i l 埘A n a l y s i so faR e V e r b e r a t o r yF 眦瑚胱S l a go fC o p p e r i I IZ a m b i a l 可胁 跏删口嘲R 缀觚砌加蹴u 钯0 厂Ⅳo 咖加凇胁t n z S ，S k 唧口叼Im Z 4 j ，吼z 砌 A b s t r a c t Ac o p p e rs l a gi sr e v e r b e r a t o r yf u m a c es l a gi nZ a m b h7 1 1 l ep r o c e s sm i n e r a l o g ys t u d i e sa r e c 删e do u tt oi d e n t i f ．yi t sc h e J I l i c a l c o m p o s i t i o n ，m i n e r a lc o m p o s i t i o n ， t h ee n l b e d d e dc h a I a c t e r i s t i c sa n dd i p d y ep a r t i c l e - s i z eo fc o p p e r 二b e 撕n gs u l f i d eI I l i n e r a l s ， t e x t u r ea n ds t m c t u r eo ft l l e s l a ga n ds oo n ， s o a st o p m V i d eab ∞i 8f o rt l l eb e n e f i c i a t i o np r o c e s sr e f o m L K e yw o r d s r e V e r b e r a t o r yf 咖a c es l a g ； c o p p e rI I l i n e r a l ；p r o c e s sI I l i n e r a l o g y 炉渣是冶炼的产物，从资源的节约和循环利用 角度来看，炉渣不是废弃物，实际上是一种“人造 矿石”[ 1 ] ，是可以回收和利用的潜在有价资源。赞 比亚某铜冶炼炉渣为反射炉渣，炉渣存有量约为 1 0 0 0 万t ，铜品位1 ．3 ％左右。炉渣中赋存的铜资源 量可观，潜在经济价值巨大。开展炉渣中有价元素 的研究，既有较高的学术价值，又有较可观的经济 效益。首先对该炉渣进行工艺矿物学研究，研究内 容包括炉渣中的组成及含量，主要矿物组成及相对 含量、铜硫化物浸染粒度，以及可能影响铜浮选回 收指标的矿物学因素以及炉渣中有价元素的可选性 分析等。研究结果为制定选矿工艺流程及提高选矿 技术指标提供理论依据及技术支持。 1 主要仪器与设备 主要仪器和设备德国蔡司A x i o s k 叩4 0 偏光 显微镜，日本日立S 一3 4 0 0 N 扫描电子显微镜，荷 兰帕萨特T w 3 0 4 0 6 0X 射线粉末衍射仪，A x i o s a d v a I l c e d 型X 射线荧光光谱仪等。 2 炉渣组分分析 2 ．1 炉渣多元素分析 炉渣多元素分析结果见表l 。 2 ．2 物相分析 表1炉渣多元素分析结果 T a b l elM u l t i e l e m e n ta n a l y s i sr e s u l t so ft } l ef u m a c es l a g ／％ 元素c uP b z n A g A uc o F e sA 1 2 0 3s i 0 2c a o M 9 0 A s 含量 1 ．3 50 ．0 1 2O ．0 1 06 ．9 70 ．7 4O ．2 32 5 ．8 20 ．9 85 ．5 23 7 ．9 16 ．4 14 ．0 3O ．0 1 A u 、A g 单位为驴。 基金项目2 0 1 1 年度中国有色集团科技计划项目C 拍1 1 脚J H 0 0 哪 收稿日期2 0 1 2 0 6 - 0 8 作者简介于雪 1 9 7 3 一 男，吉林农安人，教授级高级工程师，主要从事选矿工艺、选矿药剂研究及矿产资源综合利用工作。 万方数据 6 有色含属 选矿部分2 0 1 2 年第6 期 铜物相分析结果见表2 ，钴物相分析结果见 表3 。 表2铜物相分析结果 T a b l e2 A n a l y s i sr e s l l l t so fc o l 叩e rp h 够e ／％ 物相铜篙物金属铜篇篇c ≮≯c 糕0 2 全锕 铜品位0 ．∞l o ．0 2o ．1 0 5O ．2 4 10 ．0 1 3 0 朋l 1 ．3 5 1 从表2 看出，炉渣中铜的硫化物和金属铜中铜 占6 8 ．1 7 ％。 表3钴物相分析结果 ’I a b l e3 A n a l y s i s 瑚u l 协o fc o b a l tp h 撇 ，％ 物相 磁性铁化合物中钴金属钴硫化钴中钴硅酸盐中钴全钴 钴品位 0 ．1 1 lO ．0 0 2O ．0 1 6O 胂40 ．2 2 3 分布率4 9 ．7 80 ．如 7 ．1 74 2 ．1 51 ∞．0 从表3 看出，炉渣中钴主要在磁性铁化合物中 和硅酸盐中分布。 3 矿物组成 3 ．1X 射线衍射分析 对炉渣样品进行x 一射线衍射分析结果见图1 ， 从图l 中初步看出，炉渣中矿物主要为铁、镁、 钙的硅酸盐矿物等，铁主要以硅酸铁矿物存在，另 外，未检测到铜物相，可能是因为铜在炉渣中夹杂 在非晶态的玻璃体中而无法检测到[ 2 】。 3 ．2 矿物组成及相对含量 经显微镜下统计，铜的硫化物含量为2 ．5 8 ％， 金属铜含量为O - 0 2 ％，其它铜矿物为孔雀石饼黾量 、 硅孔雀石 微量 和氧化铜矿物 0 ．7 8 ％ ；硫钴矿 和硫铜钴矿含量共为0 ．0 2 ％；磁黄铁矿含量为 2 4 0 0 1 9 0 0 T 蠢 憩 藿 “ 赢 F ● J ～～“～ ＼6 ． 寅 0 02 ．0 0 3 ．0 0 4 ．0 05 ．0 0 6 ．0 0 7 ．0 08 ．0 0 9 ．0 01 0 ．0 0 1 1 ．0 01 2 m1 3 m 结合能，k e v L 趟 鹱 按 莲 2 纠 。 图l 炉渣的X 一射线衍射图 F i g ．1 X R Dp a n 锄o ff l 姗∞es l a g 矧n p l e 0 ．0 8 ％，磁铁矿、硅酸铁矿物和玻璃质含量分别为 6 ．8 3 ％、7 6 ．1 0 ％和1 3 ．5 9 ％。 4 炉渣的扫描电镜能谱分析 铜、钻等矿物在反射炉中经高温熔炼，矿物的 物质组成、晶格结构均与原生矿石有较大不同。为 彻底查明铜、钴等主要元素的赋存状态及在各矿物 中的含量和比例，还进行了扫描电镜能谱分析。 本次共扫描金属硫化物2 9 个点，发现矿物中 硫化物大部分点含有硫、铁、铜，其中铁、铜含量 变化非常大，铁含量介于2 ．7 8 ％。6 0 ．1 5 ％，铜含量 介于2 ．2 0 ％一8 5 ．8 7 ％。各扫描点元素组成与含量与 天然矿物黄铜矿、斑铜矿、铜蓝辉铜矿系列、磁 黄铁矿、硫钴矿咖宽铜钴矿相近，且显微镜下的鉴 定特征与天然矿物相似，有的扫描点元素含量分布 介于黄铜矿与斑铜矿或斑铜矿与辉铜矿之间，为黄 铜矿斑铜矿的过渡矿物。另外，通过扫描电镜 能谱分析结果发现，炉渣中还含有铁、铜的氧化 物。主要扫描点扫描电镜能谱分析图及显微照片见 图2 点1 4 黄铜矿 扫描电镜能谱分析图及显微照片 F i g ．2 P o i n t1 4 c h a l c o 刚t e s E Mi m a g e s 姐d 叩6 c a l 溅瑚c o p ei m a g eo fs h g 万方数据 2 0 1 2 年第6 期 于雪赞比亚某铜反射炉渣工艺矿物学研究及可选性分析．7 ． 1 7 0 0 1 4 0 0 L 1 0 0 0 童 颡7 0 0 3 0 0 0 2 5 0 0 ， 2 0 0 0 一 _ 1 5 0 0 趟 醴 1 0 0 0 6 0 0 0 2 4 0 0 1 9 0 0 一1 4 0 0 越 醪1 0 0 0 5 0 0 O 1 ．0 02 ．0 03 ．0 0 4 ．0 05 ．0 0 6 ．0 07 ．0 0 8 ．0 0 9 ．0 01 0 0 01 l 加1 2 0 0I 如0 结合能，l 【e v 图3 点17 斑铜矿 扫描电镜能谱分析图及显微照片 F i g ．3 P o i n cl7 b o m i t e S E Mi m a g e sa n do p t i c a lm i c m s c o p ei m a g e 1 ．0 02 ．0 0 3 ．0 0 4 ．0 0 5 ．0 0 6 ．0 0 7 ．0 08 ．0 0 9 ．0 01 Q 0 0 1 l 加1 2 0 0 结合能／l 【e v 图4 点2 5 硫钴矿 扫描电镜能谱分析图及显微照片 F i g ．4 P o i n t2 5 1 i n n a e i t e S E Mi m a g e sa n do p t i c a lm i c m s c o p ei m a g e 1 ．0 0 2 ．0 0 3 ．0 04 ．0 05 ．0 0 6 ．0 0 7 ．0 0 8 ．0 0 9 ．0 01 Q 0 0 1 1 0 0 1 2 0 0 结合能／I 【e v 图5 点2 6 铜蓝 扫描电镜能谱分析图及显微照片 F i g ．5 P 0 i n t2 6 c o v e U i t e S E Mi m a g e sa n do 皿c a lm i c r o ∞o p ei 瑚唔e 图2 8 。 5 主要矿物显微镜下特征 反射炉铜炉渣的渣块差异较大，有的较致密， 金属矿物含量多；有的较疏松，气孔多，金属矿物 含量少且粒度细小，部分炉渣块的表面覆盖一层薄 膜状的孔雀石，为铜矿物后期风化蚀变的产物。 通过对光片的鉴定，炉渣在显微镜下大致可分 为四种相，分别为金属硫化物相、磁铁矿相、硅酸 铁相和玻璃质相[ “】，其中硅酸铁、玻璃质和磁铁 万方数据 8 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第6 期 2 7 0 0 2 1 0 0 孓1 6 0 0 越 1 1 0 0 5 0 0 O 乙 型 蛹 1 ．0 02 ．0 0 3 ．0 04 ．0 0 5 ．0 0 6 ．0 0 7 ．0 0 8 ．0 0 9 ．0 01 0 m 1 1 D 0 1 2 0 0 结合能，k e v 图6 点2 7 辉铜矿 扫描电镜能谱分析图及显微照片 F 培．6 P o i n t2 7 c h a l c o c i t e S E Mi m a g e sa n do p t i c a l m i c r o s c o p ei m a g e 1 ．0 0 2 ．0 0 3 ．0 0 4 ．0 05 ．o o 6 ．0 0 7 ．0 0 8 ．o o 9 ．o o1 0 0 0l l D o1 2 0 0 结合能，l 【e v 图7 点2 2 氧化铜矿物 扫描电镜能谱分析图及显微照片 F i g ．7 P o i n t2 2 c o p p e ro x i d eb l a c km i n e r a l s S E Mi m a g e sa n do p c i c a lm i c r o s c o p e i m a g e O ．0 02 ．0 04 ．0 06 ．0 08 ．o o1 Q 0 01 2 D 0 1 4 0 0 结合能／l 【e v 图8 点6I 磁黄铁矿 扫描电镜能谱分析图及显微照片 F i g ．8 P o i n t6 p y n h 撕t e S E Mi m a g 船粕d 叩t i c a lm i c r o s c 叩ei m a g e 矿含量较多，金属硫化物含量较少，主要有黄铜 矿、斑铜矿、铜蓝、辉铜矿、蓝辉铜矿、硫钴矿、 硫铜钴矿、磁黄铁矿等。 金属硫化物多呈球粒状、珠滴状，少量呈细小 的不规则状，在炉渣中常集中分布，粒度大小不均 匀，最大可达1m m ，小的小于0 ．0 l 栅。 铜矿物是由铜精矿 主要成分为黄铜矿 经高 温熔融凝结蚀变而成，主要由黄铜矿、斑铜矿、辉 铜矿、铜蓝、蓝辉铜矿的两种和两种以上形成的固 溶体颗粒，各铜矿物之间的界线不分明，成分不固 万方数据 2 0 1 2 年第6 期于雪赞比亚某铜反射炉渣工艺矿物学研究及可选性分析9 定。铜矿物中包裹夹杂硫铜钴矿、磁黄铁矿和磁铁 矿等，部分小颗粒中夹杂金属铜。炉渣中含有呈细 小粒状的原生黄铜矿，因温度低而未形成熔融状 态，成分变化不大，只在边部有少许次生变化，产 物为铜蓝和斑铜矿等。另外有少量斑铜矿也为原生 矿物，金属铜一般以细小颗粒包裹在硫化物中，有 的分布在硫化物的边缘。 磁铁矿在炉渣中含量较多，分布也较广泛，主 要以自形半自形颗粒分布在炉渣中，粒度多且细 小均匀，有的与铜矿物呈相连或包裹关系。 炉渣中钴的独立矿物为硫铜钴矿和硫钻矿。硫 铜钻矿和硫钻矿主要以细小粒状包裹在铜矿物中， 较少单独分布在炉渣中，粒度几乎全部分布在 一3 8 斗m 粒级中。根据X 一射线衍射分析结果看，有 大部分钴以硅酸盐的形式存在。铜矿物韵亡H { 特缸E ／ 见图9 ～1 2 。 图9 黄铜矿 C p 和斑铜矿 B n 中包裹细粒的 硫铜钻矿 L n 和磁铁矿 M t l F i g ．9C h a k o p r r i t e C p a n db o m i t e B n w r a p p i n g f i n eg 随i n so fd l ec 锄U i t e h 1 a n d 脚印e t i t e M t 图1 0 斑铜矿 B n 与黄铜矿 C p 呈固溶体， 颗粒的裂隙处被铜蓝 C v 交替。包裹磁铁矿 M t 和磁黄铁矿 P h F i g ．1 0B 锄i t e B n 粕dc h a l c o p r r i t eI C p o c c u r r e n c ea ss o h ds o k t i o n - 锄da l t 锄a t e db y c o v e u i t e C v i nt l l ep a n i c l e 缸蛇t l l r e - 鹪w e Ⅱ鹊 w a p p i n gm a g n e t i t e M t a n dp y Ⅱh o t i t e 】 h 图1 1 不规则状的黄铜矿l C p 蚀变为斑铜矿 B n 和铜蓝 C v ．包裹细粒的硫铜钴矿 L n F i g ．1 1h g I l l 盯c h a k 叩y l i t e C p a h 明蜘t o b o m i t e B n Ja n dc o v e u i t e C v J ，锄dp a r c e l6 n e - g m i n e dc a r m Ⅱi t e L n 图1 2 铜矿物 M a 与金属铜 C u 连生。铜矿 物主要由辉铜矿 C h 、蓝辉铜矿 D i 和斑铜矿 B n 组成 F i g ．1 2C o p p 盯I n i n e r a l s M a 蚰dc o p p e r C u p a t i c l ec l o s e l yl o c k e dw i d le a c h 础e r ．c 叩p e r n l i n e 瑚I l s 踟陀m a i r d yc o 瑚【p o s e db yc l I a l c o c i t eI C h d i g e I I i t e D i a n db o m i t e B n 6 铜的硫化矿物的粒度特征 炉渣中铜的硫化物有黄铜矿、斑铜矿、辉铜 矿、蓝辉铜矿及铜蓝，为了更好地指导选矿工艺， 避免磨矿时造成铜硫化物过磨现象的产生，在显 微镜下测定粒度时把这些铜硫化物的集合体按单 个铜矿物颗粒来处理。铜硫化物粒度分布统计结 果见表4 。 从表5 看出，矿石中硫化铜矿物嵌布粒度粗细 不均匀，在 7 5 斗m 粒级中分布率为5 5 ．8 8 ％，在 一3 8 斗m 粒级中的分布率为2 7 ．2 0 ％，其中在一1 0p m 粒级中的分布率高达1 1 ．9 8 ％，可见微细粒的硫化 铜矿物含量较高，直接影响其单体解离，从而难以 获得较好的回收指标。 万方数据 1 0 有色金属 选矿部分2 0 1 2 年第6 期 表4铜硫化物粒度统计结果 7 眺1 e4S t 8 t i s t i c a lr e s u l t s 0 fc o p p e 卜b e a r i n gs u m d e m i n e r a lg m n l l l a I i t y ／％ 7 炉渣的结构构造 7 ．1 炉渣构造 通过对炉渣的标本观察可知，该炉渣中金属矿 物主要呈气孔状构造、豆状与滴状构造、浸染状构 造和细脉状构造。 气孔状构造部分炉渣中存在许多大小不一的 气孑L ，形成气孔状构造。 浸染状构造部分金属硫化物以粗细不等的粒 状嵌布在炉渣中，且无定向排列，形成浸染状构造。 豆状与珠滴状构造部分金属硫化物及集合 体，呈豆状、珠滴状分布在炉渣中形成豆状与珠滴 状构造。 细脉状构造铜硫化物颗粒中的铜蓝、辉 铜矿呈细脉状穿插在铜硫化物集合体中，呈细脉 状构造。 7 ．2 矿物结构 在本炉渣中主要表现为金属硫化物的他形晶 结构，磁铁矿的自形、半自形晶结构，其次为两种 及两种以上矿物之间的固溶体分离结构和包含结 构等。 他形晶结构炉渣中的铜硫化物以他形晶颗粒 分布，不具任何完好晶面，形成他形晶结构。 自形、半自形晶结构炉渣中的磁铁矿以自 形、半自形的粒状为主，结晶外形较完好，形成自 形、半自形晶构造。 固溶体分离结构炉渣中常见斑铜矿在铜硫化 物中呈固溶体分离作用形成的云雾状、乳浊状、次 文象状、蠕虫状的结构。 包含结构粒状的金属矿物之间或金属矿物与 玻璃质之间常呈相互包裹的现象．形成包含结构。 8 炉渣的可选性分析 炉渣中的铜主要以硫化物形式存在，其次是氧 化物，还有少量金属铜，可以采用浮选法回收。由 于有部分铜硫化物颗粒细小，必须进行细磨才能使 铜硫化物解离出来。 炉渣中钴主要分布在磁性铁化合物和硅酸盐 中，达到9 1 ．9 3 ％，包裹在铜硫化物的钴可随铜一 起综合回收。 炉渣中的铁大部分以硅酸铁矿物存在，有少部 分磁铁矿。磁铁矿在炉渣中分布较广泛，主要以自 形一半自形颗粒存在，可通过磁选方法回收。 9 结论 1 试验炉渣的矿物组成较简单，矿物种类较 少，但嵌布关系较为复杂。 2 炉渣中大部分为硅酸铁矿物和玻璃质，其 次为磁铁矿，铜、钴矿物含量较少。 3 炉渣中铜主要以硫化物形式存在，其次以 金属铜和氯化物存在，钴主要在磁性铁化合物中和 硅酸盐中分布。铜硫化物与钴矿物呈集合体嵌布在 炉渣中，多呈球粒状、珠滴状。 4 铜硫化物部分与磁铁矿嵌布关系密切；铜 硫化物集合体中包含磁黄铁矿，铜硫化物与磁黄铁 矿之间较难彼此解离，会影响铜精矿品位。 5 铜硫化物的粒度极不均匀，其中在一3 8 斗m 粒级中含量高达2 7 ．2 0 ％，这部分铜硫化物较难单 体解离，容易损失在尾矿中。 6 炉渣中铜和铁可分别采用浮选法和磁选法 回收，少量钴可随铜一起综合回收。 参考文献 [ 1 ] 汤雁斌．提高炼铜炉渣选矿指标的工艺措施[ J ] ．矿冶工 程，2 0 0 5 ，2 5 2 3 1 3 3 ． [ 2 ] 黄自力，陶青英，耿晨晨，等．炼铜反射炉水淬渣工艺矿 物学[ J ] ．过程工程学报，2 0 1 0 ，1 0 4 7 3 2 7 3 7 ． [ 3 ] 孙铭良，黄克雄，李新海，等．炼铜炉渣的显微分析与渣 含铜[ J ] ．中国有色金属学报，1 9 9 8 ，8 1 1 0 6 _ 1 1 2 ． [ 4 ] 江明丽，李长荣．炼铜炉渣的贫化及资源化利用[ J ] ．中 国有色冶金，2 0 0 9 3 5 7 6 0 ． [ 5 ] 普仓凤．炼铜炉渣中铜的浮选回收试验[ J ] ．采矿技术， 2 0 0 8 ，8 1 4 2 _ 4 4 ，4 8 ． [ 6 ] 李运刚．炼铜炉渣的综合利用[ J ] ．环境保护，2 0 0 0 6 4 6 4 7 ． 万方数据