青海某铜阳极泥的工艺矿物学

2022-06-05张慧婷翁存建赖春华王训青王铧泰刘远

矿产综合利用 2022年2期

张慧婷，翁存建，赖春华，王训青，王铧泰，刘远

（1.西部矿业集团科技发展有限公司，青海西宁 810006；2.青海省高原矿物加工工程与综合利用重点实验室，青海西宁 810006；3.江西理工大学，江西赣州 341000；4.西安建筑科技大学，陕西西安 710000）

铜阳极泥中含有大量的贵金属，如金、银、铂、钯、硒等稀贵金属元素，这些贵金属在各个领域应用广泛，是国家的重要战略资源[1]。铜阳极泥是粗铜在电解过程中产出的不溶固体，其成分主要取决于铜阳极的成分、铸造质量和电解的技术条件[2-3]。因此，查明铜阳极泥中主要有价矿物的组成、嵌布关系等特征，对后续优化铜阳极泥中稀贵金属的高效综合回工艺具有重要的意义。

全湿法工艺流程、半湿法工艺流程、火法流程仍是国内外处理阳极泥的主要工艺[4-5]。国内外科研工作者对铜阳极泥的综合处理及利用进行了大量研究，现有的处理工艺中仍存在一些关键技术问题，如金的直收率低、损失严重，金产品中铜碲铋等杂质含量多，铅砷等毒害元素残留严重，稀散金属硒碲等失散严重[6-7]等。

1 实验方法

本文采用化学分析方法、XRD 对阳极泥进行化学组成和物相分析，然后将铜阳极泥与环氧树脂混合后，利用制样机进行制样、抛光后，通过表面处理机在样品表面蒸镀一层碳膜，制成光片；利用SEM 电镜和能谱仪对铜阳极泥进行矿物嵌布关系、矿物组成和结构特征分析。

2 结果与讨论

2.1 铜阳极泥粒度分布

采用标准泰勒筛对铜阳极泥进行了筛分分析，分析结果见表1。由表1 可知，铜阳极泥中＜0.038 mm 粒级的占阳极泥的69.22%，0.038～0.045 mm 粒级的占阳极泥的8.58%，＞0.045 mm 粒级的占阳极泥的22.20%。

表1 铜阳极泥粒度分布Table 1 Copper anode slime particle size distribution

2.2 铜阳极泥化学组成

通过对铜阳极泥进行能谱化学成分分析见图1，化学元素定量分析见表2，结果表明阳极泥中富含贵金属Au 1161.4 g/t、Ag 70446.1 g/t；贱金属主要为Cu 18.01%、Pb 25.43%（见表2）。因此综合回收铜阳极泥中的Au、Ag、Pb、Cu，除去铜阳极泥中的As，减少环境污染，是当前阳极泥生产工艺优化的重中之重。

表2 阳极泥多元素化学分析定量结果/%Table 2 Quantitative analysis results of copper anode slime

图1 铜阳极泥EDS 分析Fig.1 EDS spectra of copper anode slime

2.3 铜阳极泥的XRD 分析

通过对铜阳极泥进行XRD 衍射分析可知，铜阳极泥的主要物相为铅矾（硫酸铅）、硒铜银矿、硒银矿、铜的砷酸盐（光线矿或翠绿砷铜矿、羟砷铜矿）、铜的氧卤化物或氢氧卤化物（氯铜矿或斜氯铜矿、副氯铜矿）、锑的砷酸盐、锡石、硅酸盐矿物等（见图2）。

图2 铜阳极泥XRD 分析Fig.2 XRD analysis of copper anode slime

2.4 扫描电镜

2.4.1 金

铜阳极泥中金的含量为1161.4 g/t，金主要与硒铜银矿边缘或包裹连生；粒度分布小于2 µm，形态主要为圆点状（图3、4）。

图3 硒铜银矿内部包裹硒金银矿扫描电镜（a）及能谱（b）Fig.3 Scanning electron microscope (a) and energy spectrum(b) of selenium copper and silver ore encase

图4 硒铜银矿内部包裹单体金颗粒扫描电镜（a）及能谱（b）Fig.4 Scanning electron microscope (a) and energy spectrum(b) of monomer gold particles coated in selenium copper and silver ore

2.4.2 银

铜阳极泥中银的含量为70446.1 g/t，银主要以硒化物的形式存在，为硒铜银矿、硒银矿，除此之外有少量的硫铜银矿以及卤化银。铜阳极泥中银矿物粒度分布不均匀，大颗粒银粒径为20 µm，其形态为粒状、长条状、片状。铜阳极泥中大部分银为粒径小于5 µm，其形态主要为月牙状、三角状、圆环状、长条状以及不规则形状（图5～8）。

图5 月牙状硒铜银矿颗粒扫描电镜（a）及能谱（b）Fig.5 Scanning electron microscope (a) and energy spectrum(b) of crescent-shaped selenium-copper-silver ore particles

图6 硒铜银矿内部包裹铅硫酸盐颗粒扫描电镜（a）及能谱（b）Fig.6 Scanning electron microscope (a) and energy spectrum(b) of lead sulfate particles coated in selenium copper and silver ore

图7 硒铜银矿呈圆环状内部包裹铅硫酸盐颗粒扫描电镜（a）及能谱（b）Fig.7 Scanning electron microscopy (a) and energy spectrum(b) of lead sulfate particles wrapped in a circular ring of selenium copper and silver ore

图8 硒铜银矿呈月牙状内部包裹铅、铋、锑的氧化物颗粒扫描电镜（a）及能谱（b）Fig.8 Scanning electron microscopy (a) and energy spectrum(b) of oxide particles in selenium-copper-silver ore with crescent shaped interior encase of lead,bismuth and antimony

2.4.3 铜

铜阳极泥中的铜以铜的砷酸盐（光线矿或翠绿砷铜矿、羟砷铜矿）、铜的氧卤化物或氢氧卤化物（氯铜矿或斜氯铜矿、副氯铜矿）形式存在（图9～10）。

图9 铜阳极泥中铜、铅、铋、锡的物相形态扫描电镜（a）及能谱（b）Fig.9 Scanning electron microscopy (a) and energy spectrum(b) of physical phase morphology of copper,lead,bismuth and tin in copper anode slime

铜的砷酸盐是铜阳极泥中的主要物质，其中常常包裹有硫酸铅、硒铜银矿、硒银矿、重晶石、锡石等各种物质。研究结果表明，铜阳极泥的铜物相中铜的砷酸盐占91.02%，硒铜银矿占2.74%，硫铜银矿占2.76%，铜的氧卤化物或氢氧卤化物占1.82%，砷铜矿占1.31%，除以上物质之外，还存在微量的硫酸铜、辉铜矿、赤铜矿等。由于铜阳极泥颗粒较细，成分复杂，其铜物相通常混杂有银、铅、硒、铋、氯等元素。

2.4.4 铅

铅作为铜阳极泥中重要的贱金属，经扫描电镜分析结果可知，铅主要以硫酸铅的形式存在，硫酸铅形态各异，主要以圆点状、不规则状形式存在，颗粒粒度在2～20 µm（图9、10、11）。

2.4.5 其他物质

除上述矿物以外，铜阳极泥中还发现了一定量的锡石、砷酸锑、硫酸钡、砷酸铋。其中，砷酸锑常被硫酸铅包裹，粒径小于5 µm；硫酸钡的形状不规则，粒径在6～25 µm 之间。由于铜阳极泥中砷含量较高，在铜阳极泥的处理工序中要严格控制砷的处理，以免对环境造成污染。

综上所述，铜阳极泥中主要物相包括金及其合金、银化合物、铜化合物、铅化合物、砷锑铋化合物、硫酸钡等。从结构上看，铜阳极泥常成团状，各物质互相掺杂(见图9、10、11)；铜阳极泥中的铜以铜的砷酸盐形式存在，其中常常包裹有硫酸铅、硒铜银矿、硒银矿、重晶石、锡石等各种物质(见图10)；由于铜阳极泥颗粒较细，成分复杂，其铜物相通常混杂有银、铅、硒、铋、氯等元素。