侧吹炉铜冶炼炉渣工艺矿物学研究

左延治，谢钿生

（赤峰金通铜业有限公司，内蒙古 赤峰 024000）

1 引言

经调研发现，韩伟等［1］发现云南某铜冶炼炉渣中含铜矿物大部分以硫化铜形式存在，铜金属可回收性高，铁以磁性氧化铁、铁橄榄石等形式存在，另外还含有一些脉石组成的无定形玻璃体。金建文等［2］采用化学成分分析、化学物相分析、扫描电镜等方法，查明了某铜冶炼渣的化学组成及矿物物相组成，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研究。刘长东等［3］研究了水淬渣、转炉渣和转炉底渣的矿物组成及嵌布特征。余彬等［4］采用高精度矿物解离分析技术（MLA）对选矿流程原矿、最终产品及中间产品的矿物组成、元素赋存状态、铜矿物组成、矿物粒度分布和矿物嵌布、磨矿解离特征等进行分析研究。胡正华等［5］采用化学分析、化学物相分析、显微镜及扫描电镜等工艺矿物学研究手段，分析了不同铜冶炼渣的化学组成及矿物物相组成，对铜冶炼渣中重要矿物的嵌布特征和嵌布粒度进行了系统研究，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。

综上可知，选矿工艺已成为铜冶炼炉渣回收选铜的主流技术。随着炉渣选矿工业技术的发展，对选矿指标要求越来越高。然而，火法工艺技术类型决定了炉渣特性，不同的铜冶炼炉产出的渣型不同，为提升和达到优秀的选矿指标（包括尾矿含铜、炉渣回收选铁等指标），需要准确地对炉渣特性开展工艺矿物学研究［6-9］。为此，某公司火法冶炼采用富氧侧吹炉熔炼-智能数控吹炼炉吹炼-回转式阳极炉火法精炼生产工艺，以侧吹炉熔炼渣与转炉吹炼渣混选的选矿原矿开展工艺矿物学研究，为炉渣选矿回收选铜、选铁技术优化提供了可靠的理论基础和改进方向。

2 原矿样品的主要化学成分分析

2.1 样品的多组分分析

样品的多组分分析结果见表1。

表1 炉渣的多组分分析结果 %

2.2 样品中铜、铁的化学物相分析

对-0.038mm占83.78%炉渣进行了铜、铁的化学物相分析，结果分别见表2、表3。

表2 铜的化学物相分析结果 %

表3 铁的化学物相分析结果 %

3 炉渣中主要矿物（相）组成及相对含量研究

图1 炉渣X-射线衍射图谱（F-铁橄榄石；M-磁铁矿）

由图1可知，炉渣中的物质主要为铁橄榄石和磁铁矿。由表4可知，炉渣中的金属相主要是磁铁矿，另有少量锌铁硫化物、金属铜、低冰铜、白冰铜、高冰铜和硫化铁，微量硫化铅、赤铁矿、氧化铜、砷铜合金、金属铁、砷铅合金、砷化铁等；非金属相主要是铁橄榄石，其次是玻璃质，另有少量石英、微量镁铝氧化物等。

表4 物质组成及相对含量 %

4 重要物相的嵌布特征

4.1 冰铜

冰铜是炉渣中铜的主要硫化物，也是铜选别回收的目的物质之一。由图2可知，冰铜中含有白冰铜、高冰铜和低冰铜，白冰铜和高冰铜中含有铜、铁和硫；低冰铜中除了含铜、铁和硫以外，普遍含锌。由图3a可知，冰铜主要以单体形式产出，一般呈不规则状产出，少量呈圆粒；部分冰铜与铁橄榄石、玻璃质贫连生（图3b），有的呈微细粒被包裹在其中（图3c）；有的可见冰铜与磁铁矿毗邻连生或被包裹在其中（图3d）。此外，少量冰铜与硫化铁、锌铁硫化物、硫化铅等硫化物连生（图4和图5），也有少量冰铜与锌铁硫化物呈混熔体，偶见冰铜与砷化铁连生。

图2 高冰铜（1）中分布有脉状白冰铜（2）背散射电子图

图3 炉渣中冰铜的嵌布特征

图4 高冰铜与硫化铁连生（显微镜 反光）

图5 白冰铜（1）与锌铁硫化物（2）连生背散射电子图

4.2 金属铜

金属铜也是炉渣中铜选别回收的目的物质之一。由图6可知，金属铜多呈长条状单体分布，少量呈粒状、圆粒状产出。部分金属铜呈微细粒状，与铁橄榄石、玻璃质等连生或被包裹在其中（图7）；有的金属铜被冰铜沿着边缘包围（图8）；还有部分微细粒金属铜（粒度一般小于0.043mm）与磁铁矿贫连生或被包裹其中（图9），这部分铜由于粒度细，易损失在磁选铁精矿中。

图6 金属铜呈单体产出

图7 微细粒金属铜、磁铁矿被包裹在铁橄榄石中（显微镜 反光）

图8 白冰铜（1）、金属铜（2）、砷铜合金（3）、铁橄榄石（4）的嵌布特征

4.3 磁铁矿

图9 金属铜与磁铁矿连生（显微镜 反光）

磁铁矿是炉渣中主要的铁矿物，磁铁矿含杂较多，普遍含铝、硅、钛和锌，少量含钠、镁、硫和铬。磁铁矿一般呈粒状、不规则状产出，部分呈鱼骨状和树枝状。磁铁矿一般以单体形式产出（图10a）。此外，也有较多磁铁矿与铁橄榄石、玻璃质等连生（图10b-c），少量细粒磁铁矿被包裹在其中；有的磁铁矿与冰铜、硫化铅和锌铁硫化物等硫化物连生（图11）；还有的磁铁矿与铅铁硅酸盐连生（图12）。

图10 炉渣中磁铁矿的嵌布特征

图11 磁铁矿（1）中包裹低冰铜（2）背散射电子图

5 炉渣中铜、铁的赋存状态和解离及粒度分布特征研究

5.1 炉渣中铜、铁的赋存状态研究

由表5可知，铜主要分布在金属铜和白冰铜中，其次分布在高冰铜和低冰铜中。

表5 铜在各物质中的平衡配分 %

由表6可知，铁主要以铁橄榄石和磁铁矿的形式存在，占有率分别为47.80%和47.73%；另有少量分布在玻璃质、硫化铁、锌铁硫化物、冰铜等物质中。其中，硅酸铁（铁橄榄石、玻璃质和铅铁硅酸盐）中的铁含量为50.06%。

图12 磁铁矿（1）与铅铁硅酸盐（2）连生背散射电子图

表6 铁元素在各物质中的平衡配分 %

5.2 铜物相集合体和磁铁矿的解离特征

考虑到冰铜和金属铜均是铜选矿回收的目的物质，并且二者浮游性能均较好，走向一致，故将二者作为一个整体，即冰铜和金属铜集合体（简称铜物相集合体），对其解离度进行了系统的测定。由于磁铁矿也是铁回收的目的矿物，因此也对其解离度进行了测定。铜物相集合体和磁铁矿的解离度测定结果见表7。其中，硫化相包括硫化铁、锌铁硫化物和方铅矿等硫化物。

表7 铜物相集合体和磁铁矿的解离特征 %

由表7可知，铜物相集合体、磁铁矿的单体解离度分别为69.32%和50.79%，单体解离均不充分。但是，铜物相集合体的单体及与硫化相、与非金属相富连生（＞1/2）占有率为73.64%；磁铁矿单体及与非金属相富连生（＞1/2）占有率为75.33%，这部分铜物质和磁铁矿相对较好回收。

5.3 铜、铁相的粒度分布特征研究

由于冰铜和金属铜的走向一致，因此研究铜物相集合体的粒度对磨矿细度的确定具有重要作用。由表8可知，铜物相集合体和磁铁矿的粒度分布均较细，集中分布在0.043mm以下。

表8 铜物相集合体和磁铁矿的嵌布粒度

考虑到连生体是影响铜、铁选矿指标的重要因素，特对铜物相集合体、磁铁矿的连生体部分的粒度进行了统计。由表9可知，铜物相集合体的连生体部分的粒度较细，集中分布在0.015mm以下；磁铁矿连生体的粒度相对铜物相粗，集中分布在0.02～0.043mm。其中，在-0.010mm粒级，铜物相集合体、磁铁矿连生体的占有率分别高达39.69%（占总铜物相集合体12.18%）和10.53%（占总磁铁矿5.18%），这部分细粒铜、铁主要与铁橄榄石、玻璃质连生，较难单体解离。

表9 铜物相集合体和磁铁矿连生体的嵌布粒度

6 结论

（1）原矿中铜主要以冰铜和金属铜形式存在，该部分铜金属易富集回收，但有12.18%铜物相集合体的连生体小于0.01mm，这部分铜主要与铁橄榄石、磁铁矿等贫连生，少量与硫化相连生，易损失于尾矿或铁精矿中。

（2）原矿中的铁仅有47.8%为可回收的磁铁矿，另有50.06%以不可回收的硅酸铁形式存在。另外，磁铁矿本身含杂较多，铁平均含量仅为66.43%，并且有5.18%磁铁矿连生体小于0.01mm，影响铁回收指标。

（3）铜金属在高冰铜、金属铜中含量较高，可以适当降低铜精矿品位，强化单体以及裸露连生部分铜物相的回收，以提升铜的回收率。

（4） 铁精矿中硫化铁和锌铁硫化物的含量较低，合计1.43%。由于硫化铁有磁性，并且部分与冰铜、磁铁矿关系密切，为了减少对磁选铁精矿品质的影响，可考虑将二者富集到铜精矿中。此外，由于铁精矿中铁物质的粒度总体较细，在磁选回收过程中要注意避免磁团聚现象，尤其要避免铁橄榄石、玻璃质单体机械夹杂进入到铁精矿中，从而影响铁精矿的品质。