转炉渣含铜矿物晶相优化工艺研究.pdf

2 0 1 5 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 5 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i 鹋n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．0 3 ．0 0 2 转炉渣含铜矿物晶相优化工艺研究 吕德良，黄红军，曹学锋，朱海锋 中南大学资源加工与生物工程学院，长沙4 l 0 0 8 3 摘要研究了某转炉渣的化学组成与铜和铁的物相组成，查明了含铜矿物的赋存形式和嵌部特征。结果 表明，炉渣冷却过程中其黏度会影响铜结晶的大小，氧化钙作为添加剂可以降低炉渣黏度，促进微细铜 颗粒更好的结晶长大，实现晶相优化。 关键词转炉渣；铜矿物；晶相优化；工艺矿物学 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号l 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 0 3 一0 0 0 5 一0 3 S t u d yo fP r o c e s sM i n e r a l o g ya n dP h a s eo p t i m i z a t i o no n C o n V e r t e rS l a go fC o p p e rS m e l t i n g L UD e 一1 i a n g ，H U A N GH o n g ju n ，C A X u e f e n g ，Z H UH a i f e n g S c h o o Io fM i n e r a l sP r o c e s s i n ga n dB i o e n g i n e e “n g ．C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y ，C h a n g s h a4 1 0 0 8 3 ，C h i n a A b s t r a c t C h e m i c a lc o m p o s i t i o na n dp h a s ec o m p o s i t i o no fc o p p e ra n di r o no fc o n v e r t e rs m e l t i n gs l a gw e r e i n v e s t i g a t e d ． O c c u r r e n c em o d ea n dd i s s e m i n a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fc o p p e rm i n e r a lw e r ed e t e c t e d ． T h e r e s u l t ss h o wt h a ts i z eo fc o p p e rc r y s t a li sa f f e c t e db yv i s c o s i t yo fm e l td u r i n gc o o l i n g ．A sa d d i t i V e ，C a O c a nr e d u c ev i s c o s i t yo fs l a ga n dp r o m o t ec r y s t a l l i z a t i o no ff i n ec o p p e rp a r t i c l e sa n dp h a s eo p t i m i z a t i o n ． K e yw o r d s c o n v e r t e rs m e l t i n gs l a g ；c o p p e rm i n e r a I s ；p h a s eo p t i m i z a t i o n ；p r o c e s sm i n e r a l o g y 我国每年各种途径产出的铜渣量在o ．1 5 亿t 以上，而堆存的冶炼渣累计1 ．2 亿t 以上，这些铜冶 炼渣长期堆存，不仅会占用大量的土地，而且还可能 对生态环境造成污染[ 1 ] 。研究表明，炼铜炉渣作为 一种“人造矿石”，其中含有相当数量的有价金属可 供回收利用[ 2 ‘7 ] 。因此，查明炉渣的化学成分哺] 、矿 物组成、有价金属的赋存状态和嵌布粒度等工艺矿 物学特征，是制定合理的回收工艺的必要条件凹_ 1 0 ] 。 铜转炉渣中铜铁等矿物的结晶程度低、晶粒微细、粒 度分布范围宽、矿物间嵌布关系复杂。因此对高温 下的铜熔融渣相开展晶向优化研究，通过加入不同 的添加剂促进铜矿物的生成和晶粒的长大卜1 2 j ，可 以为提高浮选铜回收率创造良好的基础。 1 铜转炉渣的工艺矿物学研究 1 ．1 炉渣矿物组成及物相分析 试验所用原料为湖北某冶炼厂的铜转炉渣，外 观呈黑色或黑褐色，呈粒状或球状，表面有一定金属 光泽，质地比较坚硬，易碎难磨，密度3 ．6 0g ／c m 3 ， 含A uo ．9 4g ／t 、A g3 0 ．7 1g ／t ，化学成分 ％ F e 4 4 ．0 8 、C u5 ．2 4 、P b1 ．5 3 、Z n2 ．3 l 、C oO 。0 9 、N i O ．1 2 、M nO ．0 7 、A sO ．1 3 、B i0 ．0 2 、M oO ．0 8 、S i 0 2 2 3 ．5 4 、A J 2 0 31 ．4 8 、C a O2 ．6 7 、M g O1 ．5 l 、C0 ．1 l 、S 1 ．2 4 。可见该炼铜炉渣中，铜、铁的含量比较高，回 收利用价值大。脉石矿物主要为方石英。铜的物相 分布分析结果 ％ 硫化铜5 2 ．8 9 、金属铜3 6 ．2 8 、氧 化铜7 ．2 2 、其它3 ．6 1 。铁的物相分布分析结果 收稿日期2 0 1 4 1 0 一1 4 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 1 1 0 4 1 9 0 ；高等学校学科创新引智计划项目 B 1 4 0 3 4 作者简介吕德良 1 9 8 9 一 ，男，山东泰安人，硕士研究生． 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第3 期 ％ 赤褐铁矿5 1 ．8 8 、硅酸铁4 3 ．4 7 、金属铁4 ．6 5 。 1 ．2 含铜矿物的工艺矿物学 1 ．2 ．1 炉渣中金属铜的嵌布形式 通过矿物显微镜分析可以看出，金属铜单独或 与硫化铜矿伴生在脉石矿物晶界析出时，其粒度一 般较大，一般在 o ．0 4 3m m 粒级，易于单体解离； 在铁橄榄石、磁铁矿或玻璃体内析出时，金属铜粒 度较细，粒度通常在一o ．0 2 m m 以内，由于粒度过 1 一金属铜；2 一硫化铜；3 一磁铁矿；4 一铁橄榄石；5 一玻璃相 图l转炉铜渣中金属铜的赋存状态 F i g ．1 O c c u r r e n c es t a t eo fc o p p e ri nc o p p e r c o n V e r t e rs l a g 细．难以单体解离，在浮选过程中较难回收，其嵌布 形式如图1 所示。金属铜的物相分析表明，金属铜 在炉渣中粒度范围较大，被脉石矿物包裹的细颗粒 铜矿物在磨矿过程中需要被充分解离。 1 ．2 ．2 硫化铜矿物的嵌布形式 在矿物显微镜下，炉渣中辉铜矿颜色跨度较大， 反射色由灰白变至浅蓝色。炉渣中辉铜矿结晶完 好，粒度较粗，多在o ．0 4 3m m 以上，部分辉铜矿颗 粒大于o ．1m m 。辉铜矿主要赋存于玻璃体内，被 脉石矿物包裹，在矿物晶界含量较少，但由于其结晶 颗粒通常较大，单体解离相对容易，易于浮选回收， 其嵌布形式见图2 a 。 黄铜矿在转炉渣中含量不高，主要与斑铜矿伴 生或嵌布在玻璃相内。与斑铜矿伴生时粒度较粗， 单独在玻璃相中析出时，其粒度大小从一o ．0 1m m 至 O ．0 4 3m m 均有分布，粒度变化较大。在冷却过 程中玻璃相的黏度较大，结晶过程中晶核长大较为困 难，其嵌布形式如图2 b 所示。斑铜矿在炉渣中主要 嵌布在脉石矿物内，但结晶良好，多与黄铜矿伴生，粒 度较粗，在浮选中易于与黄铜矿一起浮选回收。蓝辉 铜矿在炉渣中含量最少，分布较为零散，粒度细，以点 状形式散乱的分布在各类晶相内 图2 c 。 r r 铝- 拍『h 一“似『4 删州m⋯l { j 。嵋。制⋯7 ”L f } 1 一辉铜矿；2 一蓝辉铜矿；3 一黄铜矿；4 一斑铜矿；5 一磁铁矿；6 一铁橄榄石；7 一玻璃相 图2 转炉铜渣中铜矿物的赋存情况 F i g ．2 o c c u r r e n c es t a t eo fc O p p e rm i n ei nc o p p e rc O n V e r t e rs l a g 2 炉渣黏度对铜矿物结晶的影响 2 ．1 添加剂对炉渣黏度的影响 铜转炉渣在冷却过程中黏度增加将造成金属铜 与炉渣难以分离，炉渣中通常含有一定量的氧化钙、 氧化镁、氧化铝，三者是炉渣冶炼过程中氧化物熔体 的成分，调整他们的含量将对炉渣黏度产生一定影 响。因此在转炉铜渣中分别加入5 ％的氧化钙、氧 化镁、氧化铝，炉渣黏度试验结果如图3 所示。 由图3 可知，冷却过程中加入氧化镁对炉 渣黏度影响最大，温度升高到14 0 0 ℃时黏度依然 有3 ．5P a s ，与炉渣自身冷却过程相比，加入氧化 镁导致炉渣黏度急剧增大，流动性变差。11 8 0 ℃ 以上时加入氧化钙后炉渣黏度有一定的降低，随着 温度降至11 8 0 ℃以下炉渣黏度上升较为明显。加 入氧化铝后，炉渣黏度曲线整体上移明显，炉渣冷却 时黏度变大。由此可看出，炉渣冷却过程中添加剂 的含量对其黏度产生一定影响，总的来说加入氧化 万方数据 2 0 1 5 年第3 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 7。 图3 不同添加剂下的炉渣温度一黏度曲线图 F i g ．3 C u r V eo fV i s c o s i t yo fs l a gV s ． t e m p e r a t u r ew i t hd i f I ’e r e n ta d d i t i V e s 钙有利于降低炉渣的黏度、增加炉渣的流动性。 2 ．2 炉渣黏度对铜结晶的影响 在转炉渣冷却过程中添加不同添加剂，并对不 同组分冷却炉渣进行矿物显微镜分析，研究不同 添加剂与转炉铜渣铜结晶大小的关系。试验条 件初始加热温度14 0 0 ℃、添加剂加人量5 ％、冷 却速度3 ℃／m i n 11 0 0 ～14 0 0 ℃ 、11 0 0 ℃后自 然冷却。加入不同添加剂后炉渣的矿物分析如图 4 所示。 与转炉渣原矿物中金属铜嵌布粒度相对比可以 发现．加入氧化钙后金属铜有明显的聚集，随着冷却 过程中黏度的降低，炉渣流动性增加，促进了金属铜 的生成；氧化镁加入后随着炉渣黏度的增大单独析 出的金属铜颗粒总体变少，更多铜颗粒被玻璃相包 裹；而加入氧化铝对铜结晶大小影响不大，铜金属粒 度变化较小。 图4 炉渣冷却过程加入不同添加剂后的显微形貌 F i g ．4o p t i c a lm i c r o s c o p yo fs l a ga f t e ra d d i n gd i f f e r e n ta d d i t i V e sd u r i n gc o o l i n g 3结论 1 铜转炉渣中脉石矿物主要以铁橄榄石与石英 为主，铜主要以金属铜与硫化铜形式赋存。金属铜 颗粒单独或在晶界面间析出时颗粒较大，在铁橄榄 石或玻璃晶相中析出时颗粒较小，难以单体解离。 硫化铜矿物主要以辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿为主， 辉铜矿大部分被玻璃晶相包裹但通常颗粒较大，斑 铜矿与黄铜矿共生，蓝辉铜矿颗粒较细，以点分散的 形式赋存于炉渣中。 2 适当添加氧化钙可以降低炉渣黏度从而促进 铜结晶长大，有利于后续浮选处理。 参考文献 [ 1 ] 王红梅，刘四清，刘文彪．国内外铜炉渣选矿及提取技 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