銅冶煉爐渣工藝礦物學探討

胡正華，姜楚靈

（1.大冶有色設計研究院有限公司，湖北 黃石 435005；2.長沙礦冶研究院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

1 引言

大冶有色電爐渣是澳斯麥特爐與貧化電爐在造锍熔煉工序所產生的銅爐渣，含銅品位1%左右，年產渣量約90萬t；轉爐渣是后續吹煉工序采用PS轉爐所產生的銅爐渣，含銅品位5%左右，年產渣量約20萬t。飛尚爐渣是飛尚銅業底吹爐渣與PS轉爐渣的混合爐渣，含銅品位5%左右，年產渣量約30萬t。

銅冶煉爐渣過去一般采用反射爐貧化，其成本較高，現逐步被浮選法取代，貧化后的尾渣可以作為水泥配料［1］。在降低生產成本的同時，可創造顯著的經濟效益和社會效益，符合國家節能減排產業政策［2］。通過工藝礦物學研究，查明電爐渣、轉爐渣與飛尚渣三種銅冶煉爐渣性質差異性，可為制定渣選工藝技術標準提供技術依據和理論參考。

2 原礦分析

三種銅冶煉渣原礦多素分析結果見表1。可以看出爐渣中可供選礦回收的元素主要是銅，品位分別為4.84%、0.96%和4.31%，金、銀、鉛和鋅含量可綜合回收利用，但在冶煉渣中難以通過選礦方法回收［3］。

表1 原礦多元素分析結果 %

3 物相分析

三種銅冶煉渣的物相分析結果見表2。電爐渣和飛尚渣中銅礦物主要以硫化銅的形式存在，分布率分別達84.27%和78.20%，次為金屬銅，其分布率分別為9.71%和14.04%；轉爐渣中銅礦物主要以金屬銅的形式主要存在，其分布率72.35%，次為硫化銅，其分布率達19.33%。

表2 原礦銅物相分析結果 %

4 主要礦物組成及含量

三種銅冶煉渣中的銅礦物主要為金屬銅和銅硫，少量赤銅礦。脈石礦物較為簡單，主要為鐵橄欖石、玻璃體和磁鐵礦，少量鐵酸鈣和石英，微量閃鋅礦、方鉛礦、磁黃鐵礦和黃鐵礦等硫化物，其它微量礦物主要包括鋅鐵尖晶石、重晶石、螢石等。三種銅冶煉渣中的主要礦物含量列于表3。

表3 礦石主要礦物含量 %

5 主要礦物產出形式

金屬銅：轉爐渣中主要銅礦物，電爐渣、飛尚渣中次要銅礦物，其中電爐渣中含量較少。金屬銅較多呈不規則狀分布在團塊狀銅硫的邊緣，粒度微細，大部分小于0.05mm；轉爐渣中常見，粗粒多呈團塊狀、圓粒狀或不規則狀嵌布在玻璃體中，微細粒則多呈浸染狀分布在玻璃體基底內，少量包裹在團塊狀銅硫中，粒度粗者可達1.6mm，大部分分布在0.02～0.9mm之間；飛尚渣中較少出現，呈不規則狀或條帶狀嵌布在磁鐵礦、銅硫礦物粒間或邊緣，粒度多分布在0.02～0.5mm之間。

銅硫：電爐渣和飛尚渣主要銅礦物，轉爐渣中銅的次要賦存礦物。主要由硫化亞銅和硫化亞鐵互相熔解而成，根據銅、鐵、硫含量變化，可與自然礦物中輝銅礦、斑銅礦、方黃銅礦和黃銅礦等礦物大致對應。銅硫主要是輝銅礦，微量斑銅礦和方黃銅礦，呈團塊狀、不規則狀或橢圓粒狀嵌布在磁鐵礦、鐵橄欖石粒間，部分包裹在磁鐵礦中，粒度粗者可達1.2mm，主要分布在0.03～0.8mm之間。

鐵橄欖石：三種銅冶煉渣中主要脈石礦物，呈半自形、它形粒狀及集合體產出，有時呈片狀、針狀及串狀。一般銅冶煉渣中絕大部分脈石礦物都轉變成了鐵橄欖石，但少數相變不很完全，脈石礦物主要為玻璃體，而且鐵橄欖石粒度較細，部分為針狀、片狀。

玻璃體：電爐渣和飛尚渣中以鐵鈣硅質玻璃體為主，次為高鐵鈣硅質玻璃體和鋁硅質玻璃體；轉爐渣則以高鐵鈣硅質玻璃體和含鉛鋅玻璃體為主，其次是鋁硅質玻璃體。玻璃體構成了三種爐渣的基底物質，銅礦物、磁鐵礦和鐵橄欖石等均嵌布其中，均為高溫下不同物相分離的產物。因此，銅礦物與玻璃體的嵌連關系最為復雜，大量微細粒銅礦物浸染狀嵌布在玻璃體中，這將增加磨礦作業中銅礦物的解離難度。

6 銅礦物嵌布粒度

一般來說，急冷條件下，爐渣中銅礦物結晶粒度細而分散，緩冷則有利于銅礦物結晶粒度相對粗而集中［4］。對三種銅冶煉爐渣中銅礦物的嵌布粒度進行了統計，統計結果對應的粒度分布曲線見圖1。統計結果顯示：三種冶煉渣中銅礦物粒度以電爐渣最細，轉爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略粗。電爐渣中銅礦物粒度主要分布在0.005～0.15mm之間，屬微細粒嵌布的范疇；轉爐渣和飛尚渣中銅礦物粒度則分別主要分布在0.04～0.60mm和0.1～1.0mm之間，具中細粒嵌布的特征。從嵌布粒度考慮，處理爐渣樣品時欲使80%左右的銅礦物獲得解離，電爐渣、轉爐渣和飛尚渣分別選擇-0.012mm、-0.074mm和-0.10mm的磨礦細度較為適宜。

圖1 銅礦物粒度分布曲線

7 銅礦物解離度

選礦過程中選擇合適的磨礦細度使大部分有用礦物呈單體狀態是獲得較好指標的必要條件［5］。與銅礦物粒度測定相對應，將不同種類銅礦物的嵌連顆粒視為整體銅礦物。不同磨礦細度條件下礦石中銅礦物的解離度測定結果見表4。統計結果顯示：

（1）對比來看，磨礦細度相同的情況下，電爐渣中銅礦物的解離程度較低，而轉爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略高，這與電爐渣中銅礦物粒度較細一致。

（2）電爐渣中銅礦物即使在-43μm 90%的磨礦細度時，其解離度僅61.09%，加上富連生體（＞3/4）合計值也只有71.55%。如果需要得到較好的解離程度，可能需要進一步加強磨礦作業。

（3）從-74μm65%提 高 至-74μm85%時，轉爐渣和飛尚渣中銅礦物的解離度提升幅度很小；磨礦細度繼續提高至-43μm90%時，解離度分別為75.01%、76.03%，加上富連生體（＞3/4）合計分別為88.85%、86.82%。主要因微細粒級的銅礦物所占比例較大，對銅礦物的解離產生了不利影響。

（4）整體來看，銅礦物嵌布粒度較細，需要適當加強磨礦作業才能讓絕大部分銅礦物呈單體狀態。

8 可磨度對比試驗

銅冶煉渣實質是一種“人造礦石”，可磨度主要與冶煉渣的組成結構有關，一般來說驟冷水淬渣比緩冷渣要難磨［6］，這是由于形成較多的非晶相物體的原因。三種銅冶煉渣不同磨礦時間與磨礦細度關系曲線見圖2、圖3。

圖2 磨礦時間與磨礦細度（-74μm%）關系曲線圖

圖3 磨礦時間與磨礦細度（-43μm%）關系曲線圖

以飛尚渣為可磨度對比試驗礦樣，如以磨礦細度-74μm75%為基礎測定，轉爐渣相對可磨度為K1=T0/T1=12/17=0.71，電爐渣相對可磨度為K2=T0/T2=12/15 =0.80；如以磨礦細度-43μm55%為基礎測定，轉爐渣相對可磨度為K1=T0/T1=14/20=0.70，電爐渣相對可磨度為K2=T0/T2=14/18=0.78，K值小，表明礦石越難磨。從上可以看出，比較三種銅冶煉渣可磨度，飛尚渣可磨度最好，轉爐渣與電爐渣可磨度基本相當。

9 樣品可選性對比試驗

針對三種銅冶煉渣在一段磨礦細度-74μm64.1%,再磨細度-43μm85.2%條件下進行閉路試驗，試驗流程見圖4，試驗結果見表5。浮選尾礦銅化學物相，單體解離度測定結果見表6、表7。由試驗結果可知：

表5 銅冶煉渣可選性試驗結果

表6 尾礦銅物相分析結果 %

表7 尾礦銅礦物解離度 %

圖4 銅冶煉渣可選性試驗流程

（1）在相同浮選工藝流程條件下，飛尚銅冶煉渣相比大冶銅冶煉渣較易選，選銅回收率97.01%，轉爐渣、電爐渣回收率分別為94.59%、75.34%；三者浮選尾礦品位分別為0.19%、 0.32%、0.26%。

（2）轉爐渣尾礦中銅在金屬銅、其它銅（爐渣中主要是類質同象分散在雜質礦物中的銅）中均有較多損失；電爐渣尾礦中銅主要損失在硫化銅中，其次是其它銅；飛尚渣尾礦中銅主要損失在金屬銅中，其次是硫化銅和其它銅。

（3）三種銅冶煉渣尾礦中銅礦物的解離度均較低，在轉爐渣、電爐渣和飛尚渣中分布僅有、13.94%、12.63%和9.90%，而且連生體部分主要為＜1/4的貧連生體，占比分別達77.85%，77.55%和81.74%。可見大部分損失在尾礦中的銅礦物大部分為包裹在雜質礦物中的微細粒銅礦物。

10 結論

（1）銅礦物賦存狀態不同。電爐渣和飛尚渣中銅主要以硫化銅的形式存在，次為金屬銅；轉爐渣中銅主要以金屬銅的形式存在。同時結合尾礦物相分析結果可以看出，轉爐渣尾礦中銅主要損失在金屬銅，也進一步說明現有轉爐渣采用磁選預先回收金屬銅是必要的。

（2）銅礦物嵌布粒度不同。三種銅冶煉渣中銅礦物粒度以電爐渣最細，轉爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略粗。電爐渣中銅礦物粒度屬微細粒嵌布的范疇；轉爐渣和飛尚渣中銅礦物粒度具中細粒嵌布的特征。一般來說，急冷條件下，爐渣中銅礦物結晶粒度細而分散，緩冷則有利于銅礦物結晶粒度相對粗而集中。

（3）玻璃體含量及狀態不同。轉爐渣鉛鋅玻璃體含量比飛尚渣高7.9%。工藝礦物學分析認為，銅礦物與玻璃體的嵌連關系較為復雜，大量微細粒銅礦物浸染狀嵌布在玻璃體中，這將增加磨礦作業中銅礦物的解離難度。

（4）銅礦物解離程度不同。在磨礦細度相同情況下，電爐渣中銅礦物的解離程度相比最低，而轉爐渣和飛尚渣較為接近，飛尚渣略高。電爐渣中銅礦物即使在-43μm 90%的磨礦細度時，其解離度僅61.09%，加上富連生體合計也只有71.55%。如果需要得到較好的解離程度，需要進一步加強磨礦作業。

（5）原礦可磨度不同。飛尚渣可磨度最好，轉爐渣與電爐渣可磨度基本相當。可磨度主要與冶煉渣的組成結構有關，一般來說驟冷水淬渣比緩冷渣要難磨，這是由于形成較多的非晶相物體的原因。總體來說，銅冶煉渣粗磨容易，細磨較難。

（6）銅冶煉渣實質上是一種“人造礦石”，礦石性質較為復雜，它與冶煉采用的銅精礦成分、冶煉操作條件以及爐渣緩冷制度和方式都有關。結合工藝礦物研究，渣性差異、渣選礦工藝及工藝參數差異是不同銅冶煉渣可選性差異的本質原因。