底吹铜熔炼渣中金银赋存特征及回收率提高探讨

杨庆飞 陈 雯 沈强华 蔡晨龙

(昆明理工大学 冶金与能源工程学院，昆明 650093)

据统计，我国从有色金属矿产资源中回收伴生金银的回收率很低，其回收率在50%左右[1]，伴生金银通常赋存在铜矿物中[2-5]。多数企业采用底吹造锍捕金炼铜工艺来回收铜精矿中的伴生金银[6-7]，其金、银、铜的回收率都能保持在96%以上[8-9]。

云南某铜冶炼厂采用氧气底吹熔炼炉处理复杂硫化铜精矿，将铜精矿按一定比例配料后送氧气底吹炉熔炼，产出铜锍、炉渣和烟气。铜锍在氧气的剧烈搅拌下反复冲洗上部炉渣，使大多数贵金属富集在铜锍中，从而实现造锍捕金的目的。处理低品位杂矿时因产渣量大，金、银等有价金属随杂质进入渣中的量增加，降低了金、银的回收率。为了进一步了解氧气底吹熔炼作业过程中金、银在熔炼渣中的损失情况，采用扫描电镜分析等手段对渣样的显微结构和成分进行了分析，查明了熔炼渣的物相组成及其形态，并对熔炼渣中金、银的形态及其分布规律进行了详细的研究，对熔炼渣缓冷磨浮流程进行了探讨。研究结果可为提高底吹炉熔炼渣中金银回收率提供技术参考。

1 熔炼渣性质

1.1 化学成分

炉料在底吹炉中快速完成造铜锍和造渣等熔炼过程。间断放铜锍，连续放渣入渣包，渣缓冷磨浮。炉渣外观呈黑色或墨绿色，结构致密，表面有金属光泽。熔炼渣中大量的铁主要以硅酸盐形式存在，分布于磁铁矿和橄榄石相中。铜主要以Cu2S形式存在，多数铜的硫化物呈细小珠滴形态不连续分布在铁橄榄石和玻璃相间。熔炼渣多元素分析见表1。

表1 熔炼渣多元素分析Table 1 Multi-element analysis of the smelting slag /%

备注：1)单位为g/t

从表1数据可以看出，熔炼渣成分十分复杂，渣中除含大量的铁和硅，少量的铜，少量的金、银等贵金属和稀散金属外，还含有少量的砷等有毒物质。熔炼渣中金、银含量分别为0.11、27.30 g/t，渣中金含量高。铜的含量为2.59%，说明铜在渣中的损失量很大。

1.2 熔炼渣的显微物相特征

从显微镜反光下熔炼渣样的形貌图(图1)可以看出，所取渣样中的主要矿物成分有磁铁矿(Fe3O4)相、铁橄榄石(2FeO·SiO2)为主的硅酸盐相、玻璃相及冰铜相。其中，冰铜相在显微镜反光下呈亮白色，呈中细粒单体产出(图2a)，熔炼渣中冰铜相以硫化亚铜为基底，冰铜相的粒度范围大，较粗者大于2 mm，也有部分呈小于0.001 mm的微粒弥散于玻璃相中。从扫描电镜背散射图中可以看出，冰铜相常包裹细粒、微细粒的金属铜、硫化铅、砷化铜等物相(图2b、图2c)。磁铁矿相在显微镜反光下呈灰白色，磁性氧化铁呈现两期结晶形态，先期生成的磁性氧化铁结晶较为充分，主要呈粒状自行晶产出(图3a)，粒度一般为0.025～0.15 mm，是磁铁矿的主要产出形式；后期生成的磁性氧化铁主要呈树枝晶形态析出于玻璃相中(图3b)，粒度一般小于0.010 mm，是磁铁矿的次要产出形式。能谱分析结果表明，磁铁矿中普遍含有Zn、Al、Mg等。

图1 熔炼渣中冰铜相、磁铁矿、铁橄榄石及玻璃相的产出特征Fig.1 Output characteristics of matte phase，magnetite，iron peridot and glass phase in smelting slag

图2 熔炼渣中冰铜相的产出特征Fig.2 Output characteristics of matte phase in smelting slag

图3 熔炼渣中磁铁矿的产出特征Fig.3 Output characteristics of magnetite in the slag

1.3 熔炼渣的结晶物相

渣样X射线衍射分析结果如图4所示。

图4 熔炼渣的XRD图谱Fig.4 XRD pattern of the smelting slag

从图4中可以看出，熔炼渣中可以分辨的结晶相有石英、冰铜、磁铁矿、铁橄榄石四种相，此结果与扫描电镜观察到的一致。此外，扫描电镜下渣样中钙、镁、铝等氧化物填充物可能由于其含量太少或为非晶体，导致X射线衍射未能分辨。

2 熔炼渣中金、银嵌布特征

从扫描电镜背散射像中发现偶见金属银与金属铜紧密连晶分布于硫化亚铜(矿物名为辉铜矿)中(图5)。

由于采用MLA分析熔炼渣时未发现金矿物，为了进一步查明熔炼渣中金的赋存状态，又采用选择性溶解方法对熔炼渣进行金的化学物相分析，结果见表2。

图5 自然银的嵌布特征Fig.5 Embedded properties of natural silver

表2 熔炼渣中金的化学物相分析结果Table 2 Chemical phase analysis results of gold in smelting slag

由表2可知，熔炼渣中硫化物包裹金占64.71%，硅酸盐包裹金占29.41%，裸露金占5.88%，说明金主要分布于冰铜相中，此外还有部分分布于渣中。

3 熔炼渣中金、银的回收

3.1 熔炼渣中金的分布情况

金属在渣中的损失形式有两种，分别是机械夹带和电化学溶解。从渣中冰铜的分布特征可以推断，化学物相分析中分布于渣中的金并非化学溶解损失于渣中，而是微细粒冰铜相中包裹的金随着冰铜机械夹杂损失于渣中，之所以熔炼渣在MLA及扫描电镜考查中没有发现金颗粒，是因为炉渣中冰铜相中的金主要呈分散状态的不可见金形式存在，并没有呈聚集态的金颗粒。

熔炼渣中以硅酸盐包裹状态存在的金，其形成机理是由于在硫化铜精矿里有10%～28%的金以方金锑矿及硫化物包裹金形式存在，而金被硫化物包裹又分为被硫化铜、黄铜矿和硫铁矿包裹。在富氧底吹熔炼过程中金锑矿及硫铁矿快速成渣将金包裹，熔炼渣与锍充分接触碰撞的几率有限，熔锍难于完全捕集到硅酸盐熔渣里的金银，致使熔炼渣中含金较高。

3.2 熔炼渣缓冷磨浮回收金、银的探讨

经氧气底吹熔炼后所得熔炼渣由渣包吊到缓冷场，缓冷23 h后，采用一段球磨(-45 μm含量占75%)，二段球磨(-45 μm含量占90%)磨矿的粒度标准对缓冷渣进行磨矿，采用泡沫浮选富集熔炼渣中的金、银及铜。熔炼渣缓冷磨浮金、银和铜的含量及其回收率见表3。

表3 熔炼渣磨浮金、银、铜含量及其回收率Table 3 Contents and recovery rate of gold，silver and copper floating by smelting slag grinding /%

备注：1)单位为g/t

从表3数据可以看出，用浮选法贫化熔炼渣，尽管铜的回收率比较高，但金、银的回收率不太高，金的回收率为57.08%，银的回收率为65.23%。从表2熔炼渣中金的化学物相分析结果可知熔炼渣中硫化物包裹金占64.71%，硅酸盐包裹金占29.41%，裸露金占5.88%。熔炼渣中以裸露金和硫化物包裹形态存在的金，在炉渣缓冷磨浮流程中能得到较完全的回收，但硅酸盐包裹金的回收就比较困难，少部分硅酸盐脉石包裹的金不易被捕集，从而影响了金银的回收率。

4 结论

1)熔炼渣中的主要物相有磁铁矿相、铁橄榄石相、玻璃相和冰铜相四种。熔炼渣中铜主要以冰铜相(以硫化亚铜为主)形式产出，冰铜相的粒度范围大，较粗者大于2 mm，部分呈小于0.001 mm的微粒弥散于玻璃相中。磁性氧化铁呈现两期结晶形态，先期主要呈粒状自行晶产出，粒度为0.025～0.150 mm，是磁铁矿的主要产出形式，后期主要呈树枝晶形析出于玻璃相中，粒度小于0.01 mm，是磁铁矿的次要产出形式。

2)熔炼渣中硫化物包裹金占64.71%，硅酸盐包裹金占29.41%，裸露金占5.88%。金属银与金属铜紧密连晶分布于硫化亚铜(矿物名为辉铜矿)中。

3)熔炼渣缓冷磨浮回收金银的回收率分别为57.08%，65.23%。导致熔炼渣中金回收率低的主要原因是熔炼渣中被硅酸盐包裹的约30%的金很难被捕集。建议在熔炼渣磨浮回收金银时，提高磨矿细度，使被硅酸盐包裹的金颗粒单体解离，从而提高金的回收率。此外，在富氧底吹熔炼过程中提高熔炼渣与锍充分接触碰撞的几率，使铜锍尽可能捕集到硅酸盐熔渣里的金银，以减少熔炼渣中含金银量。