炼铜转炉渣中铜铁的选矿研究.pdf

2 0 0 3年 8月 第 3 2卷第 4期 有色矿山 No n f e r r ou s M i ne s Au g． ． 2 0 03 Vo 1 ． 3 2 No． 4 ”” ” ； 选矿 { ． ， ．、 ． ．1 ．．． ．、 - ． ． 、 - ．， ． - 炼铜转炉渣 中铜铁 的选矿研究 王 珩 铜 陵有色设计 研究 院， 安徽 铜陵 2 4 4 0 0 0 【 关键词 】铜 冶炼 ； 转炉渣 ； 浮选 ； 磁选 ； 铜 ； 铁 【 擒要】叙述了转炉渣的一般特性和影响其可选性的主要因素， 介绍了从某铜冶炼厂转炉渣中选别回收铜、 铁的试验研究情况， 提出浮选中矿与磁性矿合并再磨再选 的工艺流程， 并就转炉渣选矿的主要特点进行 了分析讨 论。 【 中图分类 号 】 TD 9 2 3 [ 文献标 识码 】A [ 文章编号 】1 0 0 2 8 9 5 1 2 0 0 3 0 4 0 0 1 9 0 5 S t u d y o n c o pp e r a nd i r o n c o nc e n t r a t i ng f r o m c o v e r t e r s l a g o f c o pp e r s m e l t i ng W ANG He n g T o n g l i n g D e s i g n a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e o f No n f e r r o u s Me t a l s ，T o n g l i n g 2 4 4 0 0 0 ，C h i n a Ke y wo r dsc o pp e r s me l t i ng；c o v e r t e r s l a g；f l o t a t i o n；m a gn e t i c s e p a r a t i o n；c o pp e r ；i r o n Ab s t r a c t The g e n e r a l p r o p e r t y o f c o v e r t e r s l a g a n d t he m a i n f a c t o r s a f f e c t i n g i t s b e n e f i c i a b i l i t y a r e b rie fly d e s c rib e d i n t hi s p a p e r ．Te s t r e s ul s o f c o p p e r a n d i r o n c o n c e nt r a t i ng f r o m c o v e r t e r s l a g o f c o p p e r s m e l t e r a r e i nt r o du c e d，a nd a pr oc e s s i ng flo ws he e t of r e g r i n di n g a nd r e p r oc e s s i n g f or f l o t a t i on m i d d l i n g a n d ma gn e t i c mi ne r a l t o g e t h e r i s p r o p o s e d．The ma i n f e a t u r e o f c o ve r t e r s l a g c o nc e n t r a t i o n i s d i s c u sse d． 1 前 言 铜冶炼转炉渣返 回熔炼炉重新熔炼 时， 由于熔 炼炉渣粘性增大， 使冰铜和炉渣分离条件变坏， 导致 冶炼综合指标下 降。而采用选矿 处理， 不仅 铜 回收 率高 ， 渣返 回量少， 大大减 少炉 床占用面积， 而且消 除了 F e 3 04 对熔炼的不利影响， 冶炼成本降低⋯， 同 时具有环保、 节 能等优点， 经 国内外生产实践证 明， 是 一种经 济合理 、 行之 有效 的处理方 法。 日本、 芬 兰、 加拿大、 澳大利亚等 国铜冶炼 厂早在 7 O年 代就 已采用选矿 方法 处理转 炉渣 J 。 随着铜 冶炼 技术 引进和技术改造 的加快， 我国转炉渣 的选矿 生产实 践也越来越多， 贵溪 冶炼 厂[ 4 l 、 金 隆铜 业公司[ 、 大 [ 收稿 日期】 2 0 0 3 0 6 ． 1 9 [ 作者简介】王珩 1 9 6 3一 ， 男， 安徽安庆市人， 工程 师， 从 事选矿与 科技情报 研究工 作。 冶冶炼厂相继采用选矿方法回收转炉渣 中的有价金 属 ， 取得 良好效果【 2 J 。 2 转炉 渣 的一般 特性 和影 响其可选性 的 主要 因素 2 ． 1 转炉渣的一般特性 铜冶炼转炉渣 中的主要矿物 为铁橄榄 石、 磁性 氧化铁及微量的磁黄铁矿， 硅除 了与氧化铁 形成铁 橄榄石外， 大部分呈硅灰石及无定形 、 不透明的玻璃 体。其次为铜的硫化物 如似方辉铜矿[ C u 1 ． 9 6 S ] 、 辉铜矿 、 黄铜矿 、 斑 铜矿 及部分 金属 铜和 氧化铜 。 转炉渣含铜一般为 1 ％～6 ％ 采用富氧熔炼时转炉 渣含铜 高 ， 通 常硫 化铜 占 6 O ％～9 O ％， 金 属铜 占 1 O ％左右 ； 含铁 一般 在 5 O％左 右， 其 中磁 性氧 化铁 占全铁 的 3 O ％--4 0 ％， 其余主要是铁 橄榄 石及其硅 酸盐。转炉渣 中的铜 、 铁及其他矿物紧密共生 、 相互 交织在一起。铜矿物多被磁性氧化铁所包裹呈球形 维普资讯 2 0 有色矿 山 2 0 0 3年 第 3 2卷 滴状结构。 有的则铜铁矿物共 同形 成斑状结构 于铁 橄榄石基体中。 或数种铜矿物相嵌共生； 磁性氧化铁 在硅酸盐基体 中呈 自形 晶结构和硅 酸盐 共晶结构 。 以多边状 、 树枝状 、 放射 状结构产 出； 铁橄榄 石呈柱 状 、 板状、 粒状 组成炉 渣基体 。一 般转炉 渣密 度为 4 ． O t ／ m3 左 右， 硬 度较高， 耐磨性 强。 其相对耐 磨性 是普通铜 硫矿 石 的 1 ． 5 2倍u ， 6 J 。渣 中可选 目的矿 物主要是硫化铜、 金属铜和磁性氧化铁。 转炉渣 中铜 矿物和磁性氧化铁 的粒度大 小随炉渣冷却方式和渣 中某些组分含量的不同而有较大差异。 2 ． 2 渣冷却速度对可选性的影响 炉渣中晶粒 的大小 、 自形程度 、 相互关系及 主要 元素在各相 中的分配与炉渣 的冷却方式 速度 有着 密切的关系。缓 冷过 程 中， 炉 渣熔体 的初析微 晶可 通过溶解一沉淀形式成长， 形 成结晶 良好的 自形晶 或半 自形 晶， 同时有用矿物藉此扩散迁移、 聚集并长 大成相 对集 中的独 立相 J 。转 炉渣 的选别 效果关 键取决于熔渣冷却过程中矿物 的聚粒大小。炉渣的 相变温度为 1 0 8 0 ～1 1 4 0 o C。 在相 变温 度以上 采取 缓慢冷却， 有利于矿物晶粒的析 出和长大。 易于磨矿 单体解离和选 别处理。反之。 急速冷却会 阻止晶粒 析 出和迁移聚集， 而成为微细矿粒， 即使细磨也难以 达到相互解离。另外。 急冷 会使炉渣形成非 晶质构 造， 降低渣的可磨度。 给磨矿带来困难。研究表 明在 1 0 0 0 oC以下渣基本上没有相变发 生， 此时加速冷却 不会对炉渣的可磨度和可选性产生不利影响。有资 料表明【 6 J ， 当炉 渣在 1 0 0 0 oC以上 时， 冷 却速 度 由 1 ℃／ mi n增加到 1 0 ℃／ rai n ， 渣 中 一5 ／ t m 铜分布率会 从 0 ． 8 6 ％增加至 1 0 ． 4 4 ％， 而 3 0 ／ t m 的铜分 布率则 由 6 8 ． 8 9 ％下降至 5 4 ． 7 5 ％； 冷却速度 由 5 ℃／ mi n增 加到 1 0 ℃／ mi n ， 炉渣 经磨 矿 4 5 mi n后，一0 ． 0 3 7 mm 粒级产率 由 9 3 ． 6 ％降为 8 0 ． 7 ％。 一 般 认 为， 转 炉 渣 采 用 选 矿 方 法 处 理。 其 在 1 0 0 0 ℃以上时的冷却速 度以不大于 3 ℃／ mi n为宜 。 2 ． 3 渣的组成对可选性的影响 转炉渣 中 S i 02的含量 会影响渣 的组成结 构和 晶粒 的大小， 从而影响选别效 果。当渣 中 S i 02 含量 高时， 渣的粘度增加， 阻碍铜相 晶粒 的迁移聚集。 生 长速度降低， 晶粒细小， 铜相 中硫化铜 的含量下 降。 S i 02 含量越高， 选铜 难度越 大， 通常渣 中的主要 成 份铁和硅的含量 相互呈反 比关 系。 当 S i 0 2含 量低 时铁含量就高， 磁性氧化铁含量也相应增加。 反之硅 酸铁含量上升， 磁性氧 化铁下 降。渣 中呈弱磁性 的 铁橄榄石所占比例越 大。 磁选 时磁精矿 降硅就 越困 难。而且 ， 渣 中 S i 0 2 含 量增高， 会产生 比较 多的坚 硬的非晶质物， 渣可磨性差。总之， 低硅渣比高硅渣 更适合选 矿处理 u ． 6 ] 。有研 究资料表 明， 从冶炼 和 选矿综合考虑， S i 02 含量 以 2 0 ％为宜。 此外， 渣 中 2 O3 或 C a O含 量增 加， 也会 促进 渣非晶质的生成， 妨碍硫化物颗粒的沉淀生长。 对选 别不利[ 1 _ 。 3 某炼铜 厂转炉 渣 的选 矿试验 3 ． 1 试料性质 试料采 自某铜冶炼厂转炉车间的生产样 。试料 多元素分析结 果见表 1 。铜 、 铁物 相分析 分别见 表 2 、 表 3 。 表 1 转炉渣多 元素分析 结果 ％ 表 2 转炉渣铜 物相分析 结果 ％ 含量0． 8 5 3 7． 4 5 1 5． 2 9 5 3 ． 5 9 占有率 1 ． 5 9 6 9． 8 8 2 8． 5 3 1 0 0 ． O 0 由表 1 ～3可 以看出， 该厂转炉 渣 S i 0 2含量适 中， 但渣中铜品位及硫化铜含量偏低， 金属铜和氧化 铜含量高， 部分过粗 金属铜颗粒 和氧化铜会影 响铜 浮选指标 ； 渣 中磁性氧化 铁含 量不足 3 0 ％。 铁精 矿 降硅应是重点。 3 ． 2 试验情况和试验结果 试验的 目的是确定合理的磨选工艺流程和铜铁 选别技术条件， 在保证铜 回收 的基础上， 综合 回收磁 性氧化铁， 得到合格 的铁精 矿。通过试验对 比， 确定 琢 目 ■ I 疆睡 哪 维普资讯 第 4期 王珩 炼铜转炉渣中铜铁 的选矿研 究 2 1 采用先浮后磁原则流 程。先后进行 了铜 浮选 、 铜尾 选铁多项条件试验。条件试验表 明， 磨矿细度对铜 、 铁选别指标影响较大 ， 而其他选别条 件在细度一 定 时对指标的影响不很敏感 。这与很多相关研究资料 报道 的情 况 是 一致 的[ 0 ， 引。考 虑到 渣 中 氧化 铜 占 1 7 ． O 7 ％和硅含量高的情况， 分别进行了铜 浮选添加 硫化钠活 化氧化铜 和添 加水玻璃 抑制 硅 的条件 试 验， 但试验结果表明两者对提 高选 铜指标均无 明显 效果， 故未添加。 由图 1 可以看出， 随着磨矿细度的增加， 选别指 标持续变好， 所 需磨矿细度较高 。针对 磨矿细度要 求高， 渣难磨， 磨矿所需 费用大的情况， 重 点进行 了 磨矿细度与磨选 流程的组合对 比试验研 究， 以探索 最佳 的磨矿效果和确 定合理的磨一选工艺流程。分 别进行了不 同细度 的一段 磨矿和 多段 磨矿探 索试 验， 最终采取一段 磨矿和中矿 、 磁性矿再磨共三种流 程进行磨矿与选别流程闭路试验对 比。试验流程分 别见图 2 、 图 3 、 图 4 ， 所得试验结果见表 4 。 逞 瓣 回 曜 蓦 喑 如 每 婆 婆 曜 7 9． 6 8 5 9 O 9 5 9 7． 1 9 8 ． 6 磨矿 细度， _ o ． 0 7 4 mm占％ 铜回收率； 铁精矿含硅 ； 铜精矿品位 图 1 磨矿细度与选别指标的关系 炉渣 图 2一段磨矿流程 试验最终推荐流程为磨一浮一磁一浮选 中矿与 磁性 矿合并 再磨一再 浮一再 磁的选 矿工 艺选 流 程 即 图 4流程 ， 该流程试验指 标为本次试验最终 指 标 即表 4中图 4流程试验指标 。 试验确定工 艺技术条件 一段磨矿 一0 ． 0 4 3 mm 占 7 9 ． 1 ％，中 矿 磁 性 矿 再 磨 一 0 ． 0 4 0 mm 占 9 9 ． 3 2 ％， 铜 浮选为 自然 p H 8 ． 2 ， 一段浮选丁基 黄药 2 0 0 g ／ t ， 松油 4 0 g ／ t ， 再 浮丁基黄药 3 6 g ／ t ， 松油 2 0 g ／ t ， 两段磁选 磁场强度均为 6 3 ． 6 6 k A／ m。 炉渣 图 3中矿再磨流程 炉渣 图 4 中矿与磁性矿合并再磨流程 推荐流程 4 转炉渣选矿的主要特点 1 渣 中各种矿物组份可选性差异明显， 比较好 选 。由于转炉渣形成于熔析过 程， 其 矿物组份与天 然矿石相 比比较单一， 物质稳定。渣 中无矿泥， 非铜 硫化物及可溶性盐类含量也很低， 铜浮选受干扰少。 渣中铜主要 以硫化铜和金属铜 存在， 其 可浮性同天 然易选硫化铜矿石相似， 而渣 中其 它化合物多 以硅 酸盐或氧化物存在。可浮性与硫化铜和金属铜差异 较大， 因此 ， 铜 浮选 比较容易。试验表现为铜浮选适 应条件 比较宽 ， 所 需药剂 条件 比较 简单， 浮 游速 度 快。在 自然 p H条件下使用通用药剂即能使铜得到 有效 回收。渣 中磁性 氧化铁可用磁选方法 回收， 但 由于磨矿细度高， 磁选时夹带和 磁团聚会使少量 硅 进入铁精矿， 给铁精矿降硅带来一定难度。 2 磨矿细度要求高， 渣难磨，是转炉渣选矿的 加 H m 8 6 4 2 维普资讯 2 2 有色矿山 2 0 0 3年 第 3 2卷 表 4 各流程小型闭路试验结果对比 ％ 主要特点。与天然硫化铜铁矿 石相 比， 转炉渣 的形 成过程要迅速得多， 所 以在结构 构造和嵌布特性上 两者有较大差异。渣中主要铜 、 铁矿物 除少数呈金 属或合金形式存在的颗粒较粗外 较普通矿物细小 、 分散。部 分 铜、 铁 矿 物 只 有 0 ． 0 0 5～0 ． 0 1 mm。因 此， 磨矿细度对选别效 果起着决定性影 响。根据 国 内外生产实践， 细度达到 一0 ． 0 3 7 mm占 9 5 ％以上时 方可获得 满意 指标⋯。本 次试验 亦表 明渣 中部分 呈细粒紧密共生 的铜铁 硅连生体， 最终磨矿 细度达 到 一0 ． 0 4 0 mm占 9 9 ％才能得到有效分离。 转炉渣与天然硫化铜铁矿石的可磨性差异也 比 较大， 转炉渣硬度大。 耐磨性强， 尤其细磨时， 需要较 长的磨矿时间。本次试验 ， 用试验 室小型筒形球 磨 机， 将炉渣磨至 一0 ． 0 4 3 mm 占 7 9 ． 6 ％和 9 8 ． 6 ％时， 分别需要磨矿 2 0分钟和 4 5分钟。 3 采用 阶段 磨矿 阶段选别很有 必要。采取 一 段细磨方式 与转炉 渣铜铁 矿物 的嵌布 特性 不相适 应， 也不经济。国 内外大 多数渣选 厂采用 了阶段 磨 矿阶段选别流程。通过本次不同磨一选流程闭路试 验指标对 比看 出 见表 4 ， 采取一段 粗磨一中矿再 磨流程， 虽然总细度与一段细度相当， 但磨矿效果要 好 ， 选铜指标提高 显著。但 采取一段 细磨一 中矿再 磨流程， 铜尾矿磁选 时铁精矿 品位及含硅情况 改善 不明显， 尤其是铜在铁精矿中得到了明显富集， 鉴于 铜矿物的非磁性特性， 这样的富集是铜铁共生所致 。 由转炉渣的一般特性分 析可知， 渣中硫化铜矿物 多 与磁性氧化铁呈细粒紧密共生或被其包裹于橄榄石 基体 中， 因此， 只采取磨矿与铜浮选相配合 的磨选流 程仍不能达 到最佳 磨矿 效果 。磁 性矿 再磨是 必要 的。为 了简化流程， 避免流程中磨机数量过多， 试验 将浮选中矿与磁性矿 合并进行再磨 处理 ， 取得 了 良 好效果。与中矿再 磨流程指标 比较 ， 在不增加 总磨 矿细度的情况下 ， 对磁性矿实施再磨后， 不仅铁精矿 含硅大幅度降低， 铁精矿质量 明显提高， 而且使部分 与磁性矿紧密共 生的铜 得到解离和 回收， 选铜指 标 再次提高。 由此可 见， 阶段磨矿尤其是对磁性矿进行再 磨 是实现铜 、 铁有效 回收的关键 。 5 结 语 1 转炉 渣 的形成 条件 直接 影响 其选矿 效果 。 采用缓慢冷却， 控制渣 中含硅量 ， 有利于转炉渣的选 睡 匿l疆睡 啊 F 维普资讯 第 4期 王珩 炼铜转炉渣中铜铁的选矿研究 2 3 别处理。采用选矿方法处理转炉渣 比常规火法更具 优势。随着铜 冶炼 工艺 向闪速及 熔池 富氧 强化 发 展， 转炉渣 的选矿应用也越来越多。 2 转炉渣中铜 、 铁选别技术条件简单。渣难磨 又必须细磨是转炉渣选矿 的主要特点。多段磨矿 比 一 段磨矿技术经济上更 为合理， 选择合适 的磨选流 程是关键。本次试验表 明， 对 浮选 中间产 品和磁选 磁性矿均应 实施再磨处 理， 才能获得理想 的铜 铁选 别指标。 3 通过 某炼铜厂转炉渣的选矿试验研 究， 提 出 磨一浮一磁一 中矿与磁性矿合并再磨一再浮一再磁 工艺流程 。 适合转炉渣的特性 ， 在原渣含铜 1 ． 5 8 ％、 硫化 铜 占 4 4 ． 6 2 ％ 的 情 况 下，获 得 铜 精 矿 品 位 1 9 ． 8 2％， 回收率 8 5 ． 4 8 ％较为理 想 的选铜 指 标， 还 综合回收 了渣中磁性 氧化铁， 得到含硅合 格的铁精 矿 。铜精矿 只占原渣量的 7 0 ％左 右， 大大减少 了渣 的返 回量， 消除了磁性 氧化铁对熔炼的不利影响， 综 合效益显著。 [ 参考文献】 [ 1 ] 吴礼杰． 转炉渣中有价金属的选别 [ J ] ． 矿业研究与开 发 ， 2 0 0 1 ， 2 1 4 2 9 3 1 ． [ 2 ] 萧有茂． 国内外铜冶炼炉渣选矿贫化技术水平和流程 特 点的分析 [ J 】 ． 白银科技 ， 1 9 9 3 ， 2 1 3 2 0 ， 4 7 ． [ 3 ] 当代中国有色金属工业 编委会． 新中国有色金属铜 工 业 [ M ] ． 1 9 8 7 ． [ 4 ] 黄 明琪， 雷贵春． 贵溪冶炼厂转炉渣选矿生产 1 0年综 述 [ J ] ． 江西有 色金属 ， 1 9 9 8 ， 1 2 2 1 7 2 0 ． [ 5 ] 王周和． 金口岭铜矿转炉渣选铜工艺技术特点及生产 实践 [ J ] ． 有色 金属 选矿部 分 ， 1 9 9 8 ， 6 1 2 1 6 ． [ 6 ] 王少青， 卢荣富． 炉渣选矿在我国的发展与应用[ J ] ． 有 色 矿 山， 1 9 9 3 ， 3 4 24 6 ． [ 7 ] 凌 云 汉 ． 从 炼铜 炉 渣 中提 取 有 价 金 属 [ J ] ． 化工 冶金 ， 1 9 9 9 ， 2 0 2 ； 2 2 0 2 2 4 ． [ 8 ] 宋温 ， 刘 晓蕾． 铜 冶炼转炉 渣选铜 的试 验研 究[ J ] 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