銅冶煉閃速爐渣工藝礦物學研究

吳健輝

（紫金礦業集團股份有限公司，福建上杭364200）

銅冶煉閃速爐渣工藝礦物學研究

吳健輝

（紫金礦業集團股份有限公司，福建上杭364200）

采用化學成分、化學物相、偏反光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、能譜測定等分析表征手段對銅閃速冶煉渣進行了工藝礦物學分析，查明了銅渣礦物組成及賦存狀態，對主要礦物及脈石成分的嵌布特征進行了深入研究，為銅渣渣選工藝的制訂提供了理論依據。

銅冶煉；閃速爐渣；銅渣性質；工藝礦物學；嵌布特征

隨著國民經濟的發展，國內對銅、鐵資源的需求量日益增大，然而當前國內大部分銅資源和鐵礦資源需要進口[1-4]。近年來，閃速煉銅工藝由于其生產效率高、清潔環保等優點廣泛應用于火法煉銅行業，國內約60%火法煉銅廠均采用該工藝[5-6]。2013年，國內閃速煉銅產生銅渣逾15 000 kt，其中銅含量大部分在1%以上，鐵含量大部分在25%以上。由此可見，閃速煉銅渣是重要的銅、鐵提取二次資源[7-8]。由于火法煉銅過程原輔料多樣、反應復雜，導致銅渣礦相及各相賦存形態不盡相同。因此，對閃速煉銅渣進行工藝礦物學分析，可以為銅渣選銅工藝的制訂提供科學的理論依據。

1 銅渣性質

1.1 銅渣試樣化學成分分析

銅渣樣品化學多元素分析結果如表1所示。

表1 銅渣樣品化學成分分析結果 %

從表1可以看出,所選銅渣試樣中銅含量達到6.89%，金、銀含量分別為1.00 g/t、63.20 g/t，鐵含量達到37.9%，有價金屬含量較高；主要脈石成分為CaO、MgO及SiO2。

1.2 銅渣試樣物相分析

所取銅渣試樣銅、鐵元素化學物相分析分別如表2、表3所示。

表2 試樣銅物相分析結果 %

表3 試樣鐵物相分析結果 %

由表2可知：樣品中銅主要以硫化銅形態存在，達到總銅含量的83.33%，其次金屬態銅達到總銅含量的13.94%，以氧化物形態存在的銅含量較少，僅為0.70%。由表3可知，銅渣中鐵主要以磁性鐵、鐵氧化物形態存在，分別達到總鐵含量的57.04%、32.03%，硫化鐵、硅酸鐵及金屬鐵含量較低。

2 礦石的主要礦物組成

原礦中金屬礦物較復雜，以磁鐵礦、含鐵銅硫化物、斑銅礦以及輝銅礦為主，其次為金屬銅、黃銅礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦、方鉛礦、金屬銀等。MLA未觀察到自然金顆粒。脈石礦物主要有鐵橄欖石、玻璃，其次為長石、白云母。具體情況見表4。

表4 銅冶煉渣混砂樣品礦物組成與重量百分含量

3 銅渣中主要礦物嵌布特征

3.1 銅礦物嵌布特征

銅渣樣品偏反光顯微鏡圖像如圖1～圖4所示。由圖可知，樣品中銅礦物主要是輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物,其次是金屬銅及少量黃銅礦。輝銅礦在顯微鏡下呈灰白色,粒徑較大,約400～800 μm,如圖1、圖4所示；斑銅礦呈土黃色(圖2),且部分金屬銅嵌布于斑銅礦中(圖3);含鐵銅硫化物與磁黃鐵礦出現連晶現象(圖4)。

圖1 輝銅礦 光片10×10

圖2 斑銅礦 光片10×10

圖3 斑銅礦與金屬銅光片10×5

圖4 鐵銅硫化物與磁黃鐵礦連生 光片10×5

圖5～圖7為銅渣樣品掃描電鏡圖,由圖中可以看出輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物3種礦相存在相互交替生長,形成連晶結構。其主要生長形態有：輝銅礦相呈細長條狀形態分布在斑銅礦中(圖5);斑銅礦呈細長條狀嵌布在含鐵硫化銅中(圖6)。另外，銅礦相會與方鉛礦、磁鐵礦、閃鋅礦、磁黃鐵礦構成連晶,粒度較小的銅礦物常被鐵橄欖石或鐵硅酸鹽包裹(圖7)。

圖5 斑銅礦中的細長條狀、不規則狀輝銅礦

圖6 含鐵銅硫化物中的細長條狀斑銅礦

圖7 銅礦物集合體中分布的文象狀方鉛礦

對銅渣顯微觀測到輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物、金屬銅、黃銅礦等區域不同點進行能譜成分測定,同相區域測多點取平均值,測定結果如表5所示。

表5 銅物相能譜分析結果 %

從表5可以看出，輝銅礦相在銅渣中賦存形態可分為兩個亞類：即鐵含量較低的輝銅礦(平均鐵含量0.47%)和鐵含量較高的輝銅礦(平均鐵含量4.01%)。由此推斷銅渣中輝銅礦可能主要與磁鐵礦和鐵橄欖石伴生。斑銅礦與含鐵硫化銅相嵌布交錯分布，其中銅平均含量達到66.94%。含鐵銅硫化物主要含硫化亞銅、硫化亞鐵，呈伴生態存在于銅渣中。金屬銅主要以不規則單體形式分布，少數呈脈狀交代其它銅礦物或穿插在脈石中。根據能譜成分,金屬銅可分為兩個亞類,一類是較純的金屬銅,其中僅含少量的鐵；另一類除含少量鐵外,還含部分砷、銻,平均含量達到1.47%、2.73%。黃銅礦含量很少,主要以單體形式存在，少數與銅礦物集合體或鐵硅酸鹽連生，銅、硫、鐵平均含量分別達到34.51%、34.74%、30.41%。

3.2 磁鐵礦嵌布特征

銅渣中磁鐵礦有2種分布形式：第1種呈近等軸粒狀分布,見圖8(a);第2種呈骸晶狀、樹枝狀、毛刺狀分布,見圖8(b),非常細小,其粒度一般＜0.01 mm,這種分布形式是快速結晶的表現。由圖8可以看出, 2種形態磁鐵礦均與鐵橄欖石相嵌布交錯分布。

圖8 銅渣中磁鐵礦嵌布形貌特征

3.3 脈石礦物嵌布特征

銅渣中脈石礦物主要是由鐵橄欖石、玻璃態相組成。鐵橄欖石一般呈條帶狀、脈狀及小毛刺狀、樹枝狀分布在玻璃態相中，如圖9（a）、（b）。脈石除主要包含元素Fe、Si、O外，還含有少量的Zn、Na、Mg、 Cu等。玻璃態相又可分為3類：第1類是鐵鋁含量較高玻璃態相，其中雜質元素包含種類多，主要是Fe、Al，還包括少量的Pb、Ca、Zn、K、Na、As等；第2類是高鉛玻璃態相，其中PbO平均達34.95%，此外還包含Fe、Zn、Al、Ca、K、Cu、Ba等元素；第3類玻璃態相成分較單一，幾乎不含其它的雜質元素，但該玻璃態相含量較低，僅0.27%。鐵橄欖石及玻璃態物質能譜分析結果如表6所示。

圖9 銅渣中鐵橄欖石、玻璃態相嵌布形貌特征

表6 鐵橄欖石與玻璃態相能譜成分 %

由表6可以看出，鐵橄欖石主要由Fe2O3、SiO2組成，二者含量分別達到64.13%、29.35%，另外夾帶少量重金屬氧化物及鎂、鈉氧化物；玻璃態相中SiO2含量高達52.8%，另外Fe2O3、Al2O3、PbO含量亦分別高達14.39%、11.54%、3.46%。

4 銅礦物的嵌布粒度

由上述分析可知,輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物3者常相互生長構成連晶,難以完全分離表征，故將3者合并為銅礦物集合。分別對銅礦物集合、金屬銅、黃銅礦三含銅相在不同粒徑范圍內含量進行統計，以探究各含銅物相賦存狀態與銅渣粒度的關系。銅渣中銅礦物粒度分布見表7。

表7 銅渣中銅礦物粒度組成 %

從表7可以看出，87.76%的銅礦物集合體分布于粒徑＞0.044 mm的銅渣中，其中粒徑＞0.25 mm的銅渣中,銅礦物集合體量達到42.3%,說明銅礦物集合體在較大粒度銅渣中分布較廣;金屬銅在各粒級間分布較為均勻,與銅礦物集合體相比分布粒徑較小,在＞0.075 mm粒度范圍內,銅含量占全部金屬銅含量的57.4%;黃銅礦主要分布在粒徑較小銅渣中,在＜0.02 mm粒徑范圍內黃銅礦含量達到83.88%。

5 結論

1)銅閃速爐渣銅、金、鐵等有價金屬含量較高,成分復雜,金屬礦物以磁鐵礦、含鐵銅硫化物、斑銅礦以及輝銅礦為主。脈石礦物主要是鐵橄欖石、玻璃,其次為長石、白云母。

2)銅礦物嵌布粒度整體較細、賦存狀態呈多樣性。銅礦物集合體嵌布粒度+0.044 mm占87.76%,輝銅礦、斑銅礦、含鐵銅硫化物相互交生構成連晶,金屬銅主要以不規則單體形式分布,需要對銅渣進行細磨和選擇合適的捕收劑及活化劑以提高銅的回收率。

3)磁鐵礦呈近等軸粒狀、骸晶狀、樹枝狀、毛刺狀分布，粒度細小，難于獲得高品質鐵精礦。

[1] 周平,唐金榮,施俊法,等.銅資源現狀與發展態勢分析[J].巖石礦物學雜志,2012,31(5)：750-756.

[2] 王樹新.淺談國內銅的礦物資源采購[J].有色礦冶,2011,27(4)：67-68.

[3] 楊長華.中國銅資源保障現狀與未來發展[J].中國金屬通報,2010 (36)：16-17.

[4] 張艷飛,王高尚,陳其慎,等.我國鐵礦石期貨市場未來趨勢淺析[J].中國礦業,2013,22(11)：9-12.

[5] 鄧志文,黎劍華,陳靜娟.我國閃速煉銅廠的清潔生產[J].有色金屬(冶煉部分),2006(3)：16-22.

[6] 唐尊球.金隆銅閃速熔煉設計與實踐[J].有色冶金設計與研究, 1998(3)：7-10.

[7] 賈木欣.國外工藝礦物學進展及發展趨勢[J].礦冶,2007,16(2)：95-99.

[8] 張忠益,匡志恩,楊鋼,等.銅渣中回收Zn、Cu的試驗研究[J].云南冶金,2008,37(1)：27-29.

Mineralogical Study of Slag in Copper Flash Smelting Furnace

WU Jianhui

(Zijin Mining Group Co.,Ltd.,Shanghang,Fujian 364200,China)

Mineralogy of slag in copper flash smelting furnace was studied by analysis of chemical composition,chemical phase, polarizing microscope,scanning electron microscope and energy spectrum.Mineral composition and occurrence state of slag were ascertained,the embedded feature of main mineral and gangue was studied thoroughly,which will provide theoretical basis for flotation process of copper slag.

copper smetting;slag in flash smelting furnace;propenty of copper slag;process mineralogy;embedded feature

TD91

A

1004-4345(2014)05-0005-04

2014-08-04

國家自然科學基金資助項目(51364016)。

吳健輝(1974—),男,碩士,高級工程師,主要從事有色金屬銅鋅資源選冶研究及管理工作。