廣東某含銅污泥冶煉渣富集工藝研究

饒金山 呂昊子 陳志強 胡紅喜 劉 勇 蔣 英

（1.廣東省科學院資源綜合利用研究所，廣東廣州510650；2.稀有金屬分離與綜合利用國家重點實驗室，廣東廣州510650；3.廣東省礦產資源開發和綜合利用重點實驗室，廣東廣州510650）

我國每年產生重金屬污泥約6 000萬t，含銅0.1%～3%［1］。重金屬污泥燒結熔煉產量巨大，是重要的二次銅資源［2］。含銅污泥產生的銅渣含銅1.0%～3.0%，品位低于燒結熔煉的入爐品位（一般要求>8%），直接燒結熔煉成本高。但其中某些金屬含量是金屬礦開采品位的數倍，直接堆置不僅造成銅資源浪費，而且污染環境［3］。因此，開展銅渣的綜合利用研究，對提高銅資源的循環利用率、降低我國銅資源對外的依存率和保護生態環境具有重要意義。

目前銅渣主要采用還原熔煉貧化、熔融還原和濕法冶金等方法回收銅［1］，但預先物理富集再冶金處理是更經濟的方法，浮選是最常用方法［4-7］，其次為焙燒—磁選［8-11］。含銅污泥經過燒結熔煉后銅主要以金屬銅、銅合金和銅鐵礦形式存在，現有銅渣富集研究主要集中于銅精礦冶煉渣，而含銅污泥冶煉渣的研究涉及較少。為使產品的銅品位達到入爐品位要求，本研究以含銅污泥冶煉渣對象，開展了浮選富集工藝研究，以確定最佳的浮選藥劑制度及合理的工藝流程，為類似含銅污泥冶煉渣的綜合利用提供技術借鑒。

1 銅渣性質

1.1 化學多元素分析

該銅渣取自廣東某環保企業，該企業采用鼓風爐熔煉法處理含銅污泥，得到粗銅和銅渣。對銅渣進行化學多元素分析，結果見表1。

由表1可知，銅渣中銅品位為3.50%，遠高于硫化銅礦床銅的最低工業品位0.4%［13］，具有重要的回收利用價值。

1.2 銅渣的礦物組成

對該銅渣進行礦物組成分析，結果見表2。

由表2可知，銅渣主要由含銅物質、鐵氧化物和硅酸鹽渣相物質組成。含銅物質以金屬銅和銅鎳錫合金為主，少量銅鐵礦；主要脈石礦物為輝石和黃長石。在硫化礦捕收劑體系下，含銅物質與鐵氧化物、硅酸鹽基質可浮性相差大，可直接使用硫化礦捕收劑浮選分離富集。

1.3 含銅物質的粒度分析

含銅物質的粒度分析結果見圖1。

由圖1可知，含銅物質在0.01～2.56 mm均有分布，但以微細粒級居多，其中-0.01 mm難選粒級占有率約為55%。

1.4 主要含銅物質的嵌布狀態

為查明銅渣中含銅物質的嵌布狀態，對其進行掃描電鏡分析，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，金屬銅主要以2種形式存在，一種是金屬銅與銅鎳錫合金呈固溶體形式連生（圖2（a）和（b）），金屬銅粒度僅10 μm左右，銅鎳錫合金顆粒更粗；另一種是金屬銅嵌布在硅酸鹽玻璃相中，且與磁鐵礦緊密連生（圖2（c）），粒度為50 μm左右；少量針狀銅鐵礦嵌布于硅酸鹽玻璃中，并沿鉻鐵礦邊緣交代（圖2（d））。以上結果表明，含銅物質嵌布特征復雜，通過重選或磁選難以回收。

1.5 銅渣磨礦產品的粒級分析

將銅渣磨至-0.075 mm占85.76%后進行篩分分析，結果見表3。

由表3可知，+0.15 mm粒級的累計銅品位22.56%，超過了二級銅精礦銅品位要求，可直接作為銅精礦。

2 試驗藥劑及設備

試驗中所使用的藥劑包括：丁基黃藥（工業級），松醇油（工業級），鹽酸（分析純），氫氧化鈉（分析純）。

試驗中所使用的設備包括：顎式破碎機（型號PE-150 mm×250 mm）、輥式破碎機（型號2PGX-400）、錐形球磨機（型號XMQ-240 mm×90 mm），XFD-II型掛槽式浮選機（容積為0.5 L、0.75 L、1.0 L、1.5 L），電熱鼓風烘干機（型號LU-920），礦物解離分析儀（MLA-650，內集成了掃描電鏡）。

3 富集工藝研究

3.1 浮選探索試驗

銅渣常用的捕收劑有黃藥［12-16］、黑藥［17-18］或組合捕收劑［19］，起泡劑主要為松醇油［20］。本試驗以丁基黃藥為捕收劑、松醇油為起泡劑，銅渣磨細后不添加pH調整劑（粗選礦漿pH=11），采用“1粗2掃”，進行浮選探索試驗，具體流程及藥劑制度見圖3，結果見表4。

由表4可知，粗精礦的銅品位可達11.71%，銅回收率為69.51%，表明浮選可有效回收銅渣中的銅。

3.2 浮選條件試驗

為進一步提升浮選指標，開展了磨礦細度、pH值、捕收劑用量等條件試驗，以確定合理的浮選工藝參數，具體試驗流程見圖3。

3.2.1 磨礦細度試驗

在粗選丁基黃藥用量為100 g/t、松醇油用量為40 g/t、粗選礦漿pH為11的條件下，考察磨礦細度對尾礦指標的影響，結果見圖4。

由圖4可知，磨礦細度對浮選指標有重要影響，當磨礦細度從-0.075 mm占60.52%增加到-0.075 mm占85.76%時，尾礦中銅的品位從1.29%下降到0.70%，銅回收率從27.04%下降至12.66%。當磨礦細度進一步增加到-0.075 mm占90.62%時，尾礦中銅的品位和回收率均呈上升趨勢，因此確定最佳磨礦細度為-0.075 mm占85.76%。

3.2.2 粗選pH值試驗

在磨礦細度為-0.075 mm占85.76%、粗選丁基黃藥用量為100 g/t、松醇油用量為40 g/t的條件下，考察粗選pH值對粗精礦指標的影響，結果見圖5。

由圖5可知，隨著粗選礦漿pH的升高，粗精礦銅的回收率逐漸增加，而銅的品位則逐漸下降；當粗選礦漿pH值為11時（不添加pH調整劑），粗精礦銅的品位為12.33%，銅的回收率達到73.70%，繼續升高粗選礦漿pH，銅的回收率略微增加，但此時浮選泡沫變粘，不利于浮選過程。綜合考慮，確定粗選礦漿的最佳pH值為11，此時不需要外加pH調整劑。

3.2.3 丁基黃藥用量試驗

在磨礦細度為-0.075 mm占85.76%、松醇油用量為40 g/t、粗選礦漿pH為11的條件下，考察丁基黃藥用量對粗精礦指標的影響，結果見圖6。

由圖6可知，當丁基黃藥用量為100 g/t時，粗精礦銅的品位為12.33%、銅的回收率為73.67%。繼續增加丁基黃藥用量，銅的回收率小幅上升，而粗精礦中銅的品位大幅度降低。綜合考慮品位和回收率，確定粗選丁基黃藥的最佳用量為100 g/t。

3.3 浮選開路試驗

由篩分結果（表2）可知，+0.15 mm粒級產品可直接作為銅精礦，為此，本試驗在最佳的磨礦條件和藥劑制度下，采用“1粗2精2掃”工藝進行了全粒級浮選和篩分—浮選的對比研究，具體藥劑制度及流程見圖7，結果見表5。

由表5可知，全粒級開路浮選最終可獲得銅品位為20.56%、銅回收率為65.98%的銅精礦；而篩分—浮選最終可獲得銅品位15.65%、銅回收率56.52%的浮選銅精礦和銅品位22.56%、銅回收率18.63%的+0.15 mm產品，銅綜合回收率達75.15%，尾礦銅品位降低至0.49%，由此可知篩分—浮選流程要優于全粒級浮選流程。

3.4 閉路試驗

在全粒級浮選和篩分—浮選開路試驗的基礎上，進行了閉路試驗，試驗流程見圖8。試驗中發現全粒級浮選的中礦明顯累積，導致閉路不穩定、金屬量不平衡，而篩分—浮選流程閉路容易穩定、金屬量平衡，因此，僅將篩分—浮選結果列于表6。

由表6可知，通過篩分—浮選工藝流程可有效回收銅渣中的銅，最終+0.15 mm和浮選精礦的綜合銅回收率為85.15%、銅品位為11.90%，滿足含銅污泥回爐要求。該結果表明，通過預先篩分，可有效解決中礦累積的問題，穩定浮選過程。

4 結論

（1）含銅污泥冶煉渣的銅品位為3.50%，銅主要以金屬銅和銅鎳錫合金的形式存在，嵌布粒度微細，而且含銅礦物間嵌布關系復雜。

（2）在磨礦細度為-0.075 mm占85.76%的條件下，以丁基黃藥為捕收劑，松醇油為起泡劑，全粒級開路浮選最終可獲得銅品位為20.56%、銅回收率為65.98%的銅精礦；而篩分—浮選最終可獲得銅品位15.65%、銅回收率56.52%的浮選銅精礦和銅品位22.56%、銅回收率18.63%的+0.15 mm產品，銅的綜合回收率達75.15%，尾礦銅品位降低至0.49%。

（3）全粒級閉路浮選中礦易累積，而篩分—浮選閉路試驗流程穩定，最終+0.15 mm產品和浮選精礦的綜合銅回收率為85.15%、銅品位為11.90%，滿足回爐冶煉要求。