代献仁 林小凤 袁启东 陈 洲 刘 军

（1.铜陵有色金属集团股份有限公司；2.中钢集团马鞍山矿山研究总院股份有限公司）

火法冶炼是目前铜生产的主要工艺，世界上80%以上的铜采用火法冶炼生产。在我国97%以上的铜由火法冶炼生产，火法冶炼占据主导地位。铜火法冶炼过程会产大量铜渣，据统计，我国已存放铜渣超过1.2亿t，而这个数值还在增加，按每生产1 t铜排放2.2 t铜渣计算，我国每年将新增铜渣超过1 000万t［1］。

铜渣中存在大量的有价金属，如Cu、Fe、Au、Ag、Ni等，其中铜品位在0.5%～8.0%，铁品位在40%左右，而我国开采的铜矿石品位大部分在1%以下，铁矿的平均品位只有29.3%［2］。堆存这些富含铁、铜的铜渣不仅占用大量土地、污染环境，同时还造成极大的资源浪费［3-4］。目前，我国钢铁工业每年铁矿石的自给率仅约50%，可见开发利用铜渣，综合回收渣中的有价金属元素铜和铁，不仅具有相当可观的经济效益，而且对于铜冶炼行业的绿色可持续发展具有重要意义［5］。

1 铜渣性质

铜渣是铜高温火法冶炼过程中的产物，空气冷却的铜渣为黑色，外表为玻璃状，大部分呈致密块状，脆而硬。随着含铁量的变化，密度一般为2.8～3.8 g/cm3［6］。

某铜冶炼渣的化学多元素分析及铜物相分析结果见表1、表2，铜渣XRD、SEM-EDS分析结果见图1～图2。

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由表1、表2可知，铜渣中的铁含量较高，为39.37%，高于我国铁矿铁品位平均值，有较高的回收价值［7］；主要脉石SiO2含量很高，达31.91%，Al2O3含量4.40%，且铜含量0.85%，超过大部分铜矿石品位。铜渣中的铜主要以硫化铜和金属铜的形式存在，含有少量氧化铜。

由图1～图2及铜渣面扫描可见，铜渣中的主要结晶相为磁铁矿、铁橄榄石，少量的圆形冰铜和辉铜矿相嵌布其中，这为浮选得到高品位的铜精矿创造了良好的条件。

2 铜渣选矿回收技术研究

2.1 试验原料及方法

取一定量的铜渣，磨细至-0.15 mm，生石灰和改性剂按一定比例加入并与铜渣充分混匀，放入200 mL刚玉坩埚中。将刚玉坩埚放入通有氮气的MoSi2马弗炉中，升温速率为7.5℃/min，达到设定温度后保温一段时间充分熔化，随后取出坩埚至通有氮气的铁罐中冷却至室温。最后，将所得铜渣预先浮铜，选铜后尾矿磁选选铁。

2.2 试验结果及讨论

2.2.1 碱度试验

在熔渣温度1 350℃，保温时间120 min，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下；固定磨矿细度-0.045 mm90%，丁基黄药用量200 g/t，抑制剂用量3.6 kg/t，浮选时间5 min，磁选磁场强度0.17 T；通过改变生石灰用量调节熔渣碱度，考察碱度对铜渣中铜、铁回收效果的影响，试验流程见图3，试验结果见图4。

由图4可见，碱度对精矿质量有着明显的影响，随着二元碱度（CaO/SiO2）的增大，铁回收率明显增加，铁品位升高；但铜品位和回收率则快速下降；分析认为，碱性环境有利于磁铁矿的生成和富集，从而铁品位和回收率提高；但随着二元碱度的升高，阻碍了铜晶粒的聚集长大，影响后续浮选技术指标［8］；综合考虑，选择碱度为0.45，此时铁精矿品位及回收率分别为56.78%、72.52%，铜精矿品位3.89%，铜回收率33.55%。

2.2.2 熔渣温度试验

在碱度0.45，复合改性剂用量12%，保温时间120 min，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下；固定磨矿细度-0.045 mm90%，丁基黄药用量200 g/t，抑制剂用量3.6 kg/t，浮选时间5 min，磁选磁场强度0.17 T；考察熔渣温度对铜渣中铜、铁回收效果的影响，试验流程见图3，结果见图5。

由图5可见，随着熔渣温度的上升，铜品位、铜回收率增加，铁品位、铁回收率变化不大；温度由1 250℃升至1 350℃时，铜品位及回收率分别由7.02%、57.78%增加至11.04%、71.45%，铁回收率略有降低，铁品位保持56%左右；进一步提高温度，品位及回收率变化不明显；随着熔渣温度地提高，熔渣的黏度减弱，改善了冰铜的沉淀环境，有助于质点在各相间分散，促进铜粒子聚集和生长，减小浮选难度［8］；因此，适宜的熔渣温度为1 350℃。

2.2.3 保温时间试验

在碱度0.45，复合改性剂用量12%，熔渣温度1 350℃，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下；固定磨矿细度-0.045 mm90%，丁基黄药用量200 g/t，抑制剂用量3.6 kg/t，浮选时间5 min，磁选磁场强度0.17 T；考察保温时间对铜渣中铜、铁回收效果的影响，试验流程见图3，结果见图6。

由图6可见，当保温时间达120 min时，延长保温时间，铜、铁精矿指标改变不大；当保温时间低于120 min时，随着保温时间的缩短，铜、铁精矿回收率减少，铜品位略有下降，铁品位无明显变化；减少保温时间，磁铁矿晶粒、冰铜晶粒聚集时间减少，各相间接触反应时间减少，回收溶解的金属铜、铁难度增加，但保温时间过长，能耗高，生产能力低；因而，保温时间选择120 min。

2.2.4 冷却速度试验

在碱度0.45，复合改性剂用量12%，熔渣温度1 350℃，保温时间120 min，缓冷终点温度900℃的条件下；固定磨矿细度-0.045 mm90%，丁基黄药用量200 g/t，抑制剂用量3.6 kg/t，浮选时间5 min，磁选磁场强度0.17 T；考察冷却速度对铜渣中铜、铁回收效果的影响，试验流程见图3，结果见图7。

由图7可见，冷却速度对铜、铁的回收指标有显著影响，当冷却速度小于1.5℃/min时，对铜、铁的品位及回收率影响较小；当冷却速度大于1.5℃/min时，铜品位和回收率快速减小，铁回收率缓慢减少。研究表明，熔渣冷却速度过快，生成较多的玻璃质相，粒子间扩散聚集受阻；相反，减慢冷却速度，相变温度停留时间增加，磁铁矿和冰铜晶粒能够有充足的时间聚集和生长，因而有用矿物晶粒粗大、聚合，使得选矿指标较好，有价金属可得到综合有效回收；因而，适宜的冷却速度为1.5℃/min。

2.2.5 缓冷终点温度试验

在碱度0.45，复合改性剂用量12%，熔渣温度1 350℃，保温时间120 min，冷却速度1.5℃/min的条件下；固定磨矿细度-0.045 mm90%，丁基黄药用量200 g/t，抑制剂用量3.6 kg/t，浮选时间5 min，磁选磁场强度0.17 T；考察缓冷终点温度对铜冶炼渣中铜、铁回收效果的影响，试验流程见图3，结果见图8。

由图8可见，当熔渣缓慢冷却至1 000℃以下后，缓冷终点温度继续下降，铜、铁回收率及品位变化不大；当缓冷终点温度在1 000℃以上时，铜、铁回收率随温度上升而减少。分析认为，熔渣的相变温度高于1 000℃，在相变温度范围内应控制冷却速度，保证铜相粒子结晶完整，减小对铜浮选指标的影响；对于磁铁矿，其熔点较高，具有较强的析晶能力，因而缓冷终点温度对其回收指标影响小；因此，建议缓冷终点温度为900℃。

2.2.6 复合改性剂试验

在碱度0.45，熔渣温度1 350℃，保温时间120 min，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下；固定磨矿细度-0.045 mm90%，丁基黄药用量200 g/t，抑制剂用量3.6 kg/t，浮选时间5 min，磁选磁场强度0.17 T；考察复合改性剂用量对铜渣中铜、铁回收效果的影响，试验流程见图3，结果见图9。

由图9可见，铜品位和回收率随添加剂用量的增加显著提高，铁回收率降低，铁品位基本不变；当添加剂用量从0增加至12%时，铜品位从4.05%提高到11.04%，回收率从32.87%提高到71.45%，铁回收率降低14.37个百分点；当添加剂用量高于12%时，随着用量的增加，铜品位减小，铁回收率仍呈下降趋势；因此，适宜的添加剂用量为12%。

2.3 闭路试验

在条件试验及开路试验的的基础上进行铜冶炼渣选铜、铁全流程闭路试验，试验条件及流程见图10，试验结果见表3。

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由表3可知，铜渣在采用2粗3精3扫工艺流程，可获得铜品位21.04%、铜回收率74.22%的铜精矿；选铜尾矿磁选选铁可获得铁品位56.50%、回收率61.80%的铁精矿。

3 结 语

（1）某铜冶炼渣中铜含量0.85%，多以硫化物形态存在，含有少量氧化铜；铁含量高达39.37%，多以磁铁矿和铁橄榄石矿物形式存在。碱度、冷却速度对铜、铁的品位和回收效果具有显著的影响，随碱度的增大，铁品位及回收率明显提升，而铜品位和回收率则明显下降。

（2）闭路试验结果表明，在熔渣碱度0.45，铁复合改性剂用量12%，熔渣温度1 350℃，保温时间120 min，冷却速度1.5℃/min，缓冷终点温度900℃的条件下所得铜渣，在磨矿细度-0.045mm90%的情况下，采用2粗3精3扫工艺流程，可获得铜品位21.04%、铜回收率74.22%的铜精矿，选铜尾矿磁选选铁可获得铁品位56.50%、铁回收率61.80%的铁精矿。