选矿技术在铜渣综合利用中的应用

余志翠

摘要：我国铜产量97%以上由火法冶炼生产，含铜冶炼炉渣数量巨大，而且年排放量呈逐年增加趋势。铜冶炼渣的选矿技术是通过对铜渣的可选性研究，改进铜渣选矿流程，研究铜渣选矿药剂制度，优化铜渣选矿的技术条件，促进铜冶炼渣产业技术的提升，以提高金属的回收率和做好渣的综合利用，减少资源浪费，杜绝环境污染，促进铜渣的循环利用。

关键词：铜渣；循环利用；冶炼渣；选矿技术；炉渣选矿法 文献标识码：A

中图分类号：TD952 文章编号：1009-2374（2016）28-0157-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.078

1 铜渣特性及分类

1.1 铜渣的组成

炉渣是各种氧化物的熔体。渣中的主要矿物为含铁矿物，铁品位超过40%（铁的平均工业品位为29.1%）。炉渣中以铁、二氧化硅、氧化钙、氧化铝含量较高，达到60%以上。铜矿中伴有钴、镍、铅、锌、金、银等有价金属，但含量很低，很难回收。针对铜渣的特点，开展有价组分分离的基础研究，开发出能实现有价组分分离的技术，意义重大。

1.2 铜渣中的主要矿物及其特征

1.2.1 铁橄榄石：Fe2[Si04]。铁橄榄石是硅酸盐矿物，是铁-镁橄榄石系列中的一种。棕色，在空气中易变成黑色。可作耐火材料。化学组成：2FeO·Si02；物理性质：斜方晶系，晶体常呈短柱状或平行（100）的板状。硬度6.5，显微硬度600～700kg/mm2，比重4.32，熔点1205℃，强磁性，ASTM卡片9～307。颜色深灰，呈柱状，粒状产出，晶粒大小不一，结晶良好的呈连续条柱状晶体，在长度方向有时可达数毫米，晶粒间隙为玻璃相。铁橄榄石Fe2[Si04]是有色金属中常见的伴生矿物，其理化特性对于其自身回收和有色金属等的综合利用有比较大的影响。鉴于铁橄榄石晶体常呈短柱状或平行（100）的板状，破碎容易产生片状，硬度600～

700kg/mm2属于中等可碎矿物，所以不能过磨，否则铁橄榄石的过粉碎对于其中自身和其他矿物的选矿会带来影响。铁橄榄石属于强磁性，一般可以采用弱磁选工艺进行有效回收。

1.2.2 磁铁矿：Fe304。四氧化三铁，别名氧化铁黑、磁铁、吸铁石、黑铁，为具有磁性的黑色晶体，故又称为磁性氧化铁。溶于酸，不溶于水、碱及乙醇、乙醚等有机溶剂。天然的四氧化三铁不溶于酸，潮湿状态下在空气中容易氧化成三氧化二铁。通常用作颜料和抛光剂，也可用于制造录音磁带和电讯器材。研究磁铁矿Fe304的理化性質对于综合回收与其伴生的各种金属意义重大。磁铁矿通常为粒状或不规则状，若呈树枝状则称为柏叶石，硬度为5.5～6，其分布不均匀使得磁铁矿回收碎矿、磨矿工艺选择难度加大，硬度比较低，细磨容易造成过粉碎。在铜冶炼过程中产生的磁铁矿，其性质比较特殊，回收需要分磁铁矿、假象赤铁矿，分别加以

回收。

1.2.3 铜锍。Cu2S-FeS固溶体，亮白色。渣中存在各种粒径的铜锍粒子，多数为独立体，呈圆形、椭圆形或不规则状。有的铜锍粒子为磁性氧化铁所包裹或与磁性氧化铁相互嵌连生长，少量铜锍附着于气泡表面。部分未聚集长大的铜锍粒子分散在玻璃相和铁橄榄石相中。铜锍是重金属硫化物的共熔体，从工业生产的铜硫看，其中除主要成分Cu、Fe和S外，还含有少量的Ni、Co、Zn、Ag和Au。

2 炉渣选矿法

2.1 浮选法

在炼铜工业上，通过富氧熔炼渣（如闪速炉渣）和转炉渣两种方法来回收铜得到广泛的应用。但是这两个方法各有优缺点，如浮选法，收率高、耗电量低；而炉渣返回熔炼方法，除不去Fe3O4及其他杂质，在吹炼过程中，使用的石英量相比浮选法，也更多一些。铜浮选法还有另一个优点，其回收率大于90%，熔炼出的精矿在20%左右，尾渣含铜量大大降低，其数量在0.3%～0.5%之间。

因此，在目前，快速浮选在铜炉渣选矿方面因其先进、快速的优点，得到广泛应用。快速浮选方法属于阶磨阶选的工艺流程，可以产出品质高、合格的铜精矿。另外，其还可以提高总体铜精矿的回收率，并降低尾矿的品质，在磨矿成本方面也可以实现效率最高化、成本最低化。快速浮选得出的精矿比普通方法精炼出的粒度更粗一些，在脱水过滤方面具有明显的优点，精矿滤饼水分可在原先比例上降低1%～2%，其回收率的提高在1.5%左右，尾矿品味降低0.1%左右，这种方式下的经济效益大大提高。

闪速浮选是一种将磨矿一分级回路循环负荷中粗粒矿物回收出来的浮选工艺。其加工工艺具有以下优点：（1）因为通过闪速浮选的技术，将单体解离的粗颗粒返回磨机再磨的几率降低了，所以减少了有用矿物的过粉率，将有用矿物的回收率大大提高；（2）与常规的低浓度浮选相比，闪速浮选是一种超高浓度浮选的技术，其特殊的工艺使高比重的矿物更容易上浮，从而提高了重金属矿物的浮选指标

2.2 磁的选定方法

在炉渣中强性磁成分主要包括铁（合金）和磁铁矿。Co、Ni在铁磁的矿物质成分中相对集中，而Cu则是没有磁性的，所以磨细结晶比较好的炉渣就可以作为一种很好的预富集手段。因为金属矿物质的成分在炉渣中分布比较复杂，常常会有一些混合状态存在，在这炉渣中弱磁性铁橄榄石存在的比例相对较多，所以在选磁的时候效果不是很好。现在很多家铜冶炼长都是使用选矿的方法对炉渣中的铜进行二次回收，随着选矿这一方法的使用，选矿尾矿也在大批出现。其中贵溪冶炼厂选矿车间就是以炉渣作为原材料进行选矿作业的，主要回收其中的Cu这一金属成分，SiO2这一成分在渣尾矿中的含量超标之外，其余是完全可以达到铁精矿的要求的。

2.3 湿法直接浸出

存在于炼铜炉渣中的Cu、Ni、Co、Zn等金属的矿物在加压条件下，经氧化溶于介质中，以稀硫酸为例，反应式可以表述为：

Me+H2SO4+1/2O2→MeSO4+H2O

MeS+H2SO4+1/2O2→Me+H2SO4+S↓+H2O

MeO+H2SO4+1/2O2→MeSO4+H2O

FeSO4+H2SO4+1/2O2→Fe2（SO4）3+H2O

Fe2（SO4）3+H2O→Fe2O3↓+H2SO4

溶解铁的过程中，残留于渣里的Cu及占据部分铁晶格的Co、Ni等就会被释放出来，此过程耗酸较少。Anand采用0.70mol/L的H2SO4，在氧压0.59兆帕斯卡以及130摄氏度的较温和条件下单段析出转炉渣，Cu的浸出率高达92%，而Co、Ni浸出率大于95%，并且经过缓冷的炉渣可以进一步增加浸出率。

2.4 间接浸出

若将铜渣进行妥善的预处理，可以将其中的有价金属赋存相进行改性，令其更加有利于回收和分离。典型例子是氯化焙烧和硫酸化焙烧，焙烧之后直接浸入水中，预处理的效果决定了金属回收率；用酸性三氯化铁。浸出经过还原焙烧的闪速炉渣及转炉渣，Co、Ni浸出率可增加到95%和80%。

2.5 细菌浸出

细菌浸出在当代研究中发展很快，但是在其可以浸溶硫化铜的优点掩盖之下，其缺点也很明显，如反应速度明显慢于其他方法，需要浸出的周期也长。最近针对这一缺点进行的研究得出了结果：在反应时加入某些金属（如Co、Ag）就可以使反应速率加快。其原理在于以金属阳离子代替原有Cu2+、Fe3+等金属离子，在增加硫化矿的导电性基础上，加快了电化学氧化反应速率。

改革开放以来我国铜产量和消费量迅猛增长，2000年我国铜的产量超越智利跃居世界第一。2011年我国铜产量为520万吨，2012年达到582萬吨，2013年达到684万吨，2014年为795.86万吨。世界上铜产量中约80%由火法冶炼生产，约20%由湿法冶炼生产。我国铜产量97%以上由火法冶炼生产，含铜冶炼炉渣数量巨大，而且年排放量一直呈逐年增加趋势。至今冶炼渣累计达5000多万吨，其中含有铜50多万吨、铁2000多万吨、二氧化硅1500多万吨及贵金属和稀有金属没有回收。预计到2020年我国铜产量将突破800万吨，铜渣年产量将达到2400万吨。我国对铜渣处理方法主要以露天堆放为主，综合利用率很低，平均利用率为45%。我国目前的资源状况非常严峻：铜资源严重不足，2014年我国铜渣产量2000多万吨，如果将铜渣品位降低0.1个百分点，按照铜现价计算，可多创造4亿～5亿元的经济效益。按照铜最高价格计算多创造20多亿元的经济效益。铜冶炼渣的选矿技术通过对铜渣的可选性研究，改进铜渣选矿流程，研究铜渣选矿药剂制度，优化铜渣选矿的技术条件，促进铜冶炼渣产业技术的提升，以提高金属的回收率和做好渣的综合利用，减少资源浪费，杜绝环境污染，促进铜渣的循环利用。

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（责任编辑：秦逊玉）