铜冶炼渣工艺矿物学研究.pdf

5 8 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 d o i 1 0 ．3 9 6 9 0 ．i s s n ．1 6 7 1 - 9 4 9 2 ．2 0 1 3 ．z 1 ．0 1 4 铜冶炼渣工艺矿物学研究 金建文，肖仪武 北京矿冶研究总院矿物加工科学与技术国家重点实验室，北京1 0 2 6 0 0 摘要采用化学分析、化学物相分析、显微镜观察及扫描电镜考察等工艺矿物学综合手段，查明了某铜冶炼渣的化 学组成及矿物相组成，对冶炼渣中重要矿物相的嵌布特征和嵌布粒度进行了系统的研究，对其利用中存在的问题进行了分 析，为铜冶炼渣的综合回收利用提供了理论依据。 关键词铜；冶炼渣；丁艺矿物学 中图分类号T D 9 1 ； I T 8 1 1 文献标志码A 文章编号1 6 7 1 9 4 9 2 2 0 1 3 S O 一0 0 5 8 0 3 我国目前对大宗矿产资源铜和铁的需求很大， 但供需矛盾十分突出，对外依存度不断提高，2 0 1 2 年我国铁矿石成品矿和铜精矿进1 2 1 量均在6 0 ％以 上r l 引。据估算，我国铜渣已累计达到约50 0 0 万t ， 其中铜、铁品位一般分别在0 ．5 ％和3 0 ％以上，可 见铜渣中有价元素有较大的开发潜力，越来越受到 人们的关注，而铜渣中有价元素的赋存状态和目的 矿物的分布特征直接关系到其利用价值[ ] 。因此， 开展铜渣工艺矿物学研究，为二次资源的合理利用 提供科学依据。 1 样品的化学成分 样品的化学成分分析结果见表1 。 表1样品的化学分析结果／％ 化学成分C uF e P b Z nS S i 0 2A 1 2 0 3C a OM g O 含量1 ．8 24 0 ．9 8O ．8 52 ．6 40 ．7 03 1 ．8 24 ．4 01 ．9 41 ．5 1 2 样品的相组成 铜冶炼渣中铜矿物组成较简单，主要有金属 铜、类斑铜矿、辉铜矿、类黄铜矿和微量的铜铅合 金；铁矿物主要为磁铁矿，另外还有微量的金属 铁；其它还有少量的磁黄铁矿、黄铁矿、方铅矿 等；杂质相主要为铁橄榄石和非晶相物质，而非晶 相物质主要为含锌、钙、钾的硅铝氧化物。各矿物 相对含量见表2 。 表2样品的矿物组成及相对含量 ／％ 3 铜冶炼渣中重要矿物相的嵌布特征 3 ．1 金属铜 金属铜在铜冶炼渣中主要以不规则和浑圆状包 体的形式嵌布于铁橄榄石、磁铁矿或非晶相物质中 图1 ，这其中有相当部分的金属铜的嵌布粒度小 于0 ．0 1m m ，呈极微细粒嵌布 图2 ；另外还有 微量金属铜呈细小脉状嵌布于辉铜矿中，脉宽均不 足0 ．0 0 1m m 。金属铜的扫描电镜能谱分析结果显 示，铜的平均含量为9 2 ．9 7 ％，另外含有微量的F e ， A s ，S n ，S b ，P b 。 收稿日期2 0 1 3 - 1 0 2 0 作者简介金建文 1 9 8 3 一 ，男，湖北大冶人，丁程师，从事工艺矿物学研’ i 反光2 6 0 x 图1金属铜呈不规则粒状嵌布 万方数据 2 0 1 3 年增刊金建文等铜冶炼渣工艺矿物学研究5 9 h 比6 5 。 图2 金属铜呈极微细粒嵌布于鱼翅形磁铁矿间 隙中 3 ．2 类斑铜矿 该铜冶炼渣中的类斑铜矿主要呈不规则状颗粒 与类黄铜矿、辉铜矿等铜矿物连生以集合体的形式 嵌布于铁橄榄石、磁铁矿或非晶相物质中 图3 ； 另外有部分类斑铜矿呈浑圆粒状或不规则粒状嵌布 于铁橄榄石间隙的非晶相物质中 图4 。类斑铜 矿的含量变化较大．其扫描电镜能谱分析结果显 示，铜含量变化范围为5 5 ．1 1 ％～6 5 ．1 5 ％，铜的平均 含量为5 9 ．4 7 ％。 k √。拍u 图3 类斑铜矿与辉铜矿、类黄铜矿连生以集合体 的形式嵌布 反光6 5 0 图4 类斑铜矿呈不规则状嵌布于铁橄榄石粒间的 非晶相物质中 3 ．3 类黄铜矿 铜冶炼渣中的类黄铜矿主要与类斑铜矿、辉铜 矿连生以集合体的形式嵌布，这部分类黄铜矿集合 体嵌布粒度较粗 图5 ，一般为0 ．0 2 ～0 ．1 5m m ； 类黄铜矿其次呈不规则粒状和浑圆粒状嵌布于非晶 相物质中，铜冶炼渣中还有部分极微细粒类黄铜矿 呈星散状嵌布于非晶相物质中 图6 ；另外有少 量的类黄铜矿呈包体形式嵌布于磁铁矿中。 类黄铜矿的扫描电镜能谱分析显示，铜的平均 含量为3 0 ．9 2 ％，另外平均含有1 ．9 9 ％的锌。 反光2 6 0 图5类黄铜矿与其它铜矿物以集合体的形式嵌布 反光2 6 0 x 图6 类黄铜矿呈极微细粒嵌布 3 ．4 辉铜矿 铜冶炼渣中的辉铜矿主要呈不规则粒状嵌布于 铁橄榄石或磁铁矿中 图7 ，这部分辉铜矿嵌布 粒度粗，一般为O ．0 2 ～0 ．5m m ；辉铜矿其次呈镶边 结构包裹金属铜 图8 ；另外有少量辉铜矿呈不 规则状与类斑铜矿、类黄铜矿连生易集合体的形式 嵌布，集合体的粒度一般为0 ．0 1 ～0 ．0 4m m 。 辉铜矿的扫描电镜能谱分析结果显示，辉铜矿 中铜的平均含量为7 9 ．3 1 ％。 3 ．5 磁铁矿 铜冶炼渣中铁的主要矿物为磁铁矿。磁铁矿 主要呈它形粒状、半自形粒状嵌布于矿样中 图 万方数据 6 0 有色金属 选矿部分2 0 1 3 年增刊 反光2 6 0 x 图7 铜冶炼渣中的辉铜矿的嵌布特征 反光2 6 0 x 图8 铜冶炼渣中的辉铜矿和金属铜的嵌布关系 9 ，另外有部分磁体矿呈鱼翅状、浑圆粒状嵌布 图2 ，这部分磁铁矿嵌布粒度细，一般为0 ．0 0 1 ～ 0 ．0 2m m 。磁铁矿与铜矿物嵌布关系紧密，常可见 金属铜、类黄铜矿、辉铜矿等铜矿物呈细粒包体的 形式嵌布于磁铁矿中，或与这些铜矿物连生以集合 体的形式嵌布，在浮选铜矿物的流程中，不可避免 将有部分磁铁矿进入铜精矿而影响其质量。 磁铁矿的扫描电镜能谱分析结果显示，该铜冶 炼渣磁铁矿中铁含量变化较大，约为6 5 ．0 8 ％～ 7 1 ．1 7 ％，其平均值为6 7 ．3 8 ％，另外该磁铁矿普遍 含有一定量的铝，部分磁铁矿含有一定量的S i ， T i ，z n 和C r 。该铜冶炼渣中虽然磁铁矿的含量较高， 但由于其与铁橄榄石及非晶相物质的嵌布关系紧 f 互圮2 6 0 图9 磁铁矿的嵌布特征 密，且磁铁矿中铁的平均含量相对于理论值较低， 要想通过磁选富集出质量好的铁精矿难度较大。 4 铜冶炼渣中铜矿物和磁铁矿的粒度 分布特征 为了确切了解铜冶炼渣中重要铜、铁矿物的嵌 布粒度，分别对铜矿物集合体和磁铁矿进行了粒度 测定，其中铜矿物集合体为金属铜、类斑铜矿、辉 铜矿、类黄铜矿各自的单体或它们之间随机的共生 体，其粒度特征见表3 ，从表可以看出，该铜冶炼 渣中铜矿物集合体在一0 ．0 1m m 粒级中占1 2 ．8 3 ％， 想要获得理想的选矿回收指标，细磨是必不可少 的。磁铁矿的嵌布粒度也较细，一0 ．0 1m m 粒级中 占1 5 ．1 8 ％，结合该矿样中磁铁矿的嵌布特征，要 想通过磁选富集出质量好的铁精矿难度较大。 表3铜冶炼渣中重要铜、铁矿物粒度组成 ／％ 5 铜，台炼渣中铜和铁元素的平衡 铜冶炼渣中的铜和铁元素的平衡计算见表4 、 5 ，铜主要以金属铜的形式存在，这部分铜占总铜 的4 2 ．1 6 ％，以类斑铜矿、辉铜矿形式存在的铜含 量占总铜的4 3 ．0 2 ％，以类黄铜矿的形式存在的铜 含量占总铜的1 4 ．8 2 ％；铁主要以磁铁矿和铁橄榄 石的形式存在，其中磁铁矿中铁占5 3 ．7 2 ％，铁橄 榄石中铁占3 6 ．8 3 ％，另外有8 ．4 6 ％的铁分布于非 表4矿石中铜元素的平衡表／％ 下转第6 3 页 万方数据 2 0 1 3 年增刊王俊萍等M L A 在非金属矿物粒度及解离度测定中的应用 6 3 结果显示在磨矿细度为一0 ．0 7 4m m 占6 5 ％时， 菱镁矿和白云石的解离度分别为9 6 ．7 7 ％和 9 0 ．5 2 ％，解离充分，绿泥石的解离度为8 0 ．1 7 ％， 解离较充分，而石英和白云母的解离度分别为 4 7 ．3 2 ％和6 4 ．0 3 ％，解离效果较差。随着磨矿细度 的增加，各矿物的解离度均有所提高，当磨矿细度 在一0 ．0 7 4m m 占8 0 ％时，菱镁矿、白云石解离充 分，绿泥石、白云母比较充分，而石英的解离度仅 为6 4 ．7 8 ％，解离效果不佳。当解离度一0 ．0 7 4m m 占9 0 ％时，石英的解离度提升到7 2 ．4 9 ％，解离效 果有所提升，不过仍然偏低。 5 结论 营口市某菱镁矿中M g O 的品位为4 1 ．5 4 ％，回 收对象为菱镁矿，主要的杂质矿物为白云石，其次 为少量的石英、绿泥石、白云母等矿物。运用 M L A 详细地测定了矿石中重要非金属矿物的嵌布 粒度以及在不同磨矿细度产品中的解离度，解决了 运用传统的光学显微镜难以准确测定非金属矿物嵌 布粒度及单体解离度的问题，为选矿工艺流程的确 定提供了重要的基础理论数据。根据M L A 测定的 结果可知，矿石中菱镁矿、白云石与绿泥石、白云母 以及石英的粒度差距较大，当磨矿细度在- - 0 ．0 7 4m m 占8 0 ％时，菱镁矿、白云石解离充分，绿泥石、白 云母比较充分，而石英的单体解离仍然较差。因 此，根据矿石中重要的非金属矿物的嵌布特征，建 议采用粗磨粗选，粗精矿再磨的工艺流程。 参考文献 [ 1 ] 贾木欣．国外工艺矿物学进展及发展趋势[ J ] ．矿冶， 2 0 0 7 ，1 6 2 9 5 9 9 ． [ 2 ] G uY ．A u t o m a t e ds c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p e b a s e d m i n e r a ll i b e r a t i o na n a l y s i slJj ．J o u r n a lo fM i n e r a l sa n d M a t e r i a l sC h a r a c t e r i z a t i o na n dE n g i n e e r i n g ，2 0 0 3 ，2 1 3 3 4 1 ． [ 3 ] 方明山，肖仪武，童捷矢．M L A 在铅锌氧化矿物解离度及 粒度测定中的应用[ J ] ．有色金属 选矿部分 ，2 0 1 2 3 l 一3 ． [ 4 ] 矿产资源综合利用手册编辑委员会．矿产资源综合利 用手册[ M ] ．北京科学出版社，2 0 0 0 ． [ 5 ] 潘兆橹．结晶学及矿物学 下册 [ M ] ．北京地质出版 社，1 9 9 4 ． ／佘 ／仝 ／仝 ／佘 ／ ／爷 ／佘 ／仝 ／≯ ／佘 ‘卜 ‘卜 ‘卜 ‘、 ／斗 ／；、 ／籴 ／；、 ／玉 ／n ／玉 ／n ／n ／乱 ／a ／乱 ／乱 ／乱 ／乱 ／9 、 ／乱 ／齐 ／乱 ／} 上接第6 0 页 表5矿石中铁元素的平衡表 ／％ 晶相中，还有微量铁分散于金属铜、类黄铜矿等铜 矿物中。 6 结论 1 该铜冶炼渣中铜含量高，为1 ．8 2 ％。铜矿 物组成较简单，主要有金属铜、类斑铜矿、辉铜 矿、类黄铜矿和微量的铜铅合金；铁矿物主要为磁 铁矿，另外还有微量的金属铁；脉石矿物主要为铁 橄榄石和非晶相物质。 2 铜冶炼渣中铜矿物集合体在一0 ．0 1m m 粒级 中占1 2 ．8 3 ％，磁铁矿在一O ．0 1m m 粒级中占 15 ．18 ％，两者的嵌布粒度都很细，想要获得理想的 选矿回收指标，细磨是必不可少的。 3 铜冶炼渣中的铜的含量较高，且有部分铜 矿物嵌布粒度较粗，只要磨矿条件合适，可以浮选 回收部分铜矿物，但由于铜矿物与其它矿物嵌布关 系紧密，且部分铜矿物嵌布粒度细，即使细磨也较 难使铜矿物与其它矿物完全单体解离，将不可避免 有部分铜矿物会损失于浮选尾矿中，从而会在一定 程度上降低铜的选矿回收指标。铜冶炼渣中磁铁矿 的含量较高，但由于其与铁橄榄石及非晶相物质的 嵌布关系紧密，且磁铁矿的嵌布粒度较细，磁铁矿 中铁的平均含量相对于理论值较低，要想通过磁选 富集出质量好的铁精矿难度较大。 参考文献 [ 1 ] 魏明安．铜转炉渣选矿回收技术研究[ J ] 矿冶，2 0 0 4 ， 1 3 1 3 8 4 1 ． [ 2 ] 张林楠，张力，王明玉．铜渣的处理与资源化[ J ] ．矿产 综合利用，2 0 0 5 5 2 2 2 6 ． [ 3 ] 朱祖泽，贺家齐．现代铜冶金学[ M ] ．北京科学出版社， 2 0 0 3 1 5 1 7 ． [ 4 ] 贾木欣．国外工艺矿物学进展及发展趋势[ J ] ．矿冶， 2 0 0 7 ，1 6 2 9 5 9 9 ． [ 5 ] 张忠益，匡志恩，杨钢，等．铜渣中回收z n ，C u 的试验研 究[ J ] ．云南冶金，2 0 0 8 ，3 7 1 2 7 2 9 ． 万方数据