铜炉渣矿物学特性及浮选基础研究.pdf

中图分类弓‘卫验 U D C6 2 2 ．7 硕士学位论文 学校代码 Q 堇3 三 密级公珏 铜炉渣矿物学特性及浮选基础研究 S t u d yo nt h eM i n e r a l o g yP r o c e s sa n dF l o t a t i o n B a s i c R e s e a r c ho f c o p p e rs l a g 作者姓名 学科专业 研究方向 学院 系、所 指导教师 副指导教师 朱海锋 矿业工程 矿物加工工程 资源加工与生物工程学院 孙伟教授 黄红军 论文答辩口期础哞蚰a 答辩委员会主 中南大学 2 0 1 4 年5 月 万方数据 学位论文原创性声明 I I I I I H M I I I I I I III IJ Y 2 6 8 7 16 3 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研 究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名蚪 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学 位论文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 复印、缩印或其它手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名 蝉 导师签名 万方数据 摘要 铜炉渣矿物学特性及浮选基础研究 摘要我国矿山资源日渐枯竭，但对金属资源的需求依然不断增长， 因此如何有效的回收利用冶炼铜渣中的有用金属成为了保证国家资 源安全与经济发展的重要手段。炉渣采用选矿方式处理，回收率高成 本低富集效果好，且药剂种类较少易于操作，是从炉渣中回收铜金属 最有效的方法之一。本文通过以金属铜为单矿物研究对象，开展了电 炉渣、转炉渣工艺矿物学与浮选技术的研究。 1 金属铜单矿物浮选试验表明，Z ．2 0 0 、丁基黄药、丁胺黑药对金 属铜有良好的捕收效果，Z - 2 0 0 浮选回收率最高但在碱性条件下浮选 效果变差。根据接触角试验，p H 对铜表面疏水性影响较大，三种捕 收剂都能对金属铜表面起到疏水作用，其中Z - 2 0 0 疏水作用最好；当 p H l O 时，丁胺黑药与丁基黄药对铜表面疏水作用更为明显。通过红 外光谱分析可以发现，捕收剂在铜表面发生化学吸附，铜表面疏水性 可以显著的被丁基黄药、丁胺黑药与Z - 2 0 0 提升。 2 通过转炉铜渣物相分析得出，金属铜粒度跨度较大，嵌布粒度 复杂，金属铜颗粒单独或在晶象界面间析出时颗粒较大，在铁橄榄石 或玻璃晶相中析出时颗粒较小，难以单体解离。炉渣中硫化铜矿物主 要以辉铜矿、黄铜矿、斑铜矿为主，辉铜矿大部分被玻璃晶象包裹但 通常颗粒较大，斑铜矿与黄铜矿共生，蓝辉铜矿颗粒较细，以点分散 的形式赋存于炉渣中。 3 根据了炉渣粘度测试与相关分析，炉渣中氧化镁、氧化钙、三 氧化二铝等成分含量的变化将引起炉渣粘度的变化，从而影响炉渣冷 却过程中铜结晶的大小，适当的添加氧化钙可以降低炉渣粘度从而促 进铜结晶长大，使得转炉渣中微细铜颗粒更好结晶，为后续浮选处理 提供了更为优质的原矿。 4 根据电炉渣元素分析表明，含铜矿物在各粒级中存在，矿石嵌 布较为复杂，细颗粒矿物含铜较高，同时部分含铜难磨矿物赋存于矿 石中，浮选机充气量、转速、浮选浓度等相关参数对电炉渣浮选行为 有一定影响，在一2 0 0 目充气量2 0 0 m 3 ／h ，矿浆浓度为3 3 ％，转速 2 0 0 0 r ／m i n 条件下，浮选效果较好。 5 根据转炉渣工艺流程试验，在磨矿细度一0 ．0 7 4 m m 占7 3 ．2 2 ％， 碳酸钠用量8 0 0 9 ／t ，氧化钙用量4 0 0 9 ／t ，丁基黄药与丁胺黑药混合捕 收剂l O O g ／t 条件下，按照一段粗选再磨后筛分三次扫选的工艺流程 万方数据 硕士学位论文 摘要 进行转炉渣浮选实验，最终获得了品位3 6 ．5 7 ％，回收率9 4 ．7 4 ％的铜 精矿；通过电炉渣浮选试验发现，调整剂碳酸钠、氧化钙、混合捕收 剂对电炉渣浮选依然有良好的效果，在碳酸钠用量8 0 0 9 ／t ，氧化钙用 量3 0 0 9 ／t ，丁胺黑药与丁基黄药混合药剂1 0 0 9 ／t ，起泡剂4 0 9 ／t 条件 下，采取一粗一精两扫且用浮选柱扫尾的工艺流程，最终获得了品位 1 9 ．0 6 ‰回收率7 2 ％铜精矿。 关键字转炉渣，电炉渣，赋存状态，浮选 分类号T D 9 l I I 万方数据 硕士学位论文 A B S T R A C T S t u d yo nt h eM i n e r a l o g yP r o c e s sa n dF l o t a t i o nB a s i c R e s e a r c ho fc o p p e r s l a g A b s t r a c t T h e m i n i n g r e s o u r c ei sb e i n ge x h a u s t e dw i t hag r o w i n g d e m a n do fm e t a lr e s o u r c e ．R e c o v e r yt h ec o p p e ri nt h es l a gi so n eo ft h e m o s tu s e f u lw a yt oe n s u r et h er e s o u r c es a f e t ya n dd e v e l o p m e n to ft h e c o u n t r y ．F l o t a t i o ni sae a s ya n de f f i c i e n tm e t h o dt oh a n d l es l a gw h i c hh a s al o wc o s ta n d g o o dr e c o v e r y ．T h i sp a p e rc a r r i e da s e r i e ss t u d ya b o u tt h e p u r ec o p p e r ’t h ef l o t a t i o np r o g r e s sa n dt h en a t u r eo ft h eo r e ． 1 F l o t a t i o nt e s t ss h o wt h a t ，Z 一2 0 0b u t y lx a n t h a t ea n db u t y l a m i n e d i t h i o p h o s p h a t ea l lh a v eg o o dc o l l e c t i n ga b i l i t yo nc o p p e nZ 一2 0 0h a st h e b e s tf l o t a t i o nr e s u l tb u ti na l k a l ie n v i r o n m e n ti t sf l o t a t i o nr e s u l t sb e c o m e w o r s e ．A c c o r d i n gt ot h ec o n t a c ta n g l et e s t s ，t h r e ek i n d so fc o l l e c t o r a g e n t sa l lC a no b v i o u s l ye n h a n c et h ec o n t a c ta n g l eo fc o p p e r ．Z - 2 0 0h a s t h eb e s th y d r o p h o b i ce f f e c t ．W h e np H 10b u t y lx a n t h a t ea n db u t y l a m i n e d i t h i o p h o s p h a t eh a v ea b e t t e rh y d r o p h o b i ce f f e c to nc o p p e nA c c o r d i n gt o t h ei n f r a r e ds p e c t r a l a n a l y s i s ，s i n c ec h e m i s o r p t i o n sa r ef o r m e do nt h e s u r f a c e ，h y d r o p h o b i c i t y o fc o p p e ri s h i 曲l ye n h a n c e db yx a n t h a t e ， b u t y l a m i n ed i t h i o p h o s p h a t ea n dZ 一2 0 0 ． 2 A c c o r d i n gt ot h ec o p p e rs l a gp h a s ea n a l y s i s ，t h ec o p p e rp a r t i c l es i z e h a sal a r g es p a nt h a tl a r g ec o p p e rp a r t i c l e sf o r m e da l o n eo ra st h e i n t e r f a c eb e t w e e n c r y s t a l l i n ep r e c i p i t a t e a n ds m a l l c o p p e rp a r t i c l e s d i f f i c u l tt ob es a p a r a t e da r ep a c k a g e db ya y a l i t eo rg l a s sc r y s t a l l i n ep h a s e ． T h ec o p p e rs u l p h i d em i n e r a l sc o n t a i n e di nt h es l a ga r em a i n l yc h a l c o c i t e ， c h a l c o p y d t ea n db o m i t e ．C h a l c o c i t ea r em a i n l yp a c k a g e db yg l a s sp h a s e t h a th a sal a r g es i z e ，b o r n i t ea n dc h a l c o p y r i t ea r eu s u a l l ys y m b i o t i ca n d b l u ec h a l c o c i t eu s u a l l ys p r e a di nt h es l a gi nt h ef o r mo f p o i n t ． 3 B yt h ee x p e r i m e n to ft h ev i s c o s i t yo ft h es l a g ，t h ec h a n g eo fM g O ， C a Oa n dA 1 2 0 3i nt h es l a gC a nc a u s ea c h a n g ei nt h ev i s c o s i t yo ft h es l a g t h a ta f f e c tt h es i z eo f c o p p e ri nt h es l a g ．A d da p p r o p r i a t eq u a n t i t yo fC a O c a nr e d u c et h ev i s c o s i t yo ft h es l a gm a k i n gt h e c o p p e rf o r m i n gb e t t e r c r y s t a l l i z a t i o nt op r o v i d eb e t t e rs l a gf o rf o t a t i o n ． 4 B a s e do nt h ee l e c t r i cf u m a c es l a ge l e m e n t a la n a l y s i s ，t h ec o p p e r e x i s ti nd i f f e r e n ts i z ei n c l u d i n gal o to fs m a l lc o p p e rp a r t i c l e sa n ds o m e I V 万方数据 硕士学位论文 A B S T R A C T l a r g ec o p p e rp a r t i c l e sw h i c ha r eh a r dt ob eg r i n d e d ．T h i sp a p e rc o n d u c t s o m ee x p e r i m e n t sa b o u tg r i n d i n gf i n e n e s s ，s t i r r i n gs p e e da n dp u l pd e n s i t y t od e t e r m i n er e l e v a n tp a r a m e t e r s ；A tai n f l a t a b l ea m o u n to f2 0 02 0 0 m 3 ／h ， a p u l pd e n s i t yo f3 3 ％a n d t h es p e e do fm a c h i n ei s2 0 0 0 r ／m i n ，t h e p r o d u c t i v i t ya n dr e c o v e r ya r eb o t he n h a n c e d ． 5 A c c o r d i n gt ot h ec o n v e r t e rs l a gp r o c e s se x p e r i m e n t ，a tt h eg r i n d i n g f i n e s s e so f7 3 ．2 2 ％，t h eq u a n i t yo fC a Oi s4 0 0 9 ／t ，t h ed o s a g eo fa g e n t m i x e db yi slo o g ／t ，t h ec o n v e r t e rs l a gi ss e l e c t e db yo n er o u g h e r , t h r e e s c a v e n g i n gp r o c e s sc o m b i n e dw i t hr e g f i n d i n ga n ．ds c r e e n i n gp r o g r e s sa t f i r s t ，e v e n t u a l l ya t a s t eo f3 6 ．5 7 ％a n dar e c o v e r yo f9 4 ．7 4 ％c o n c e n t r a t e w a sg a i n e d ．I nt h ee x p e r i m e n to fe l e c t r i cf u r n a c es l a g ，t h eq u a n t i t yo f N a 2 C 0 3a n dC a O a r es e p a r a t e l y8 0 0 e d ta n d30 0 9 ／t ，t h ed o s a g eo fm i x e d a g e n ta n db l o w i n ga g e n ta r es e p a r a t e l y lO O g ／ta n d4 0 9 ／t ．F i n a l l ya c o p p e rc o n c e n t r a t ew i t hat a s t eo f19 ．0 6 ％a n dar e c o v e r yo f7 2 ％a r e g a i n e d ． K e y w o r d s c o n v e r t e rs l a g ，e l e c t r i cf u m a c es l a g ，o c c u r r e n c e ，f l o t a t i o n C l a s s i f i c a t i o n T D 9 V 万方数据 硕士学位论文目录 目录 学位论文原创性声明⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V I 第一章文献综述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1 铜资源基本概况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1 ．1 世界铜资源总体态势⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 ．2 中国铜资源现状和主要特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～2 1 ．2 炉渣综合回收利用研究进展⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．1 炉渣的产生⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．2 炉渣的性质及资源状况⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 ．2 ．3 炉渣的资源化利用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．2 ．4 回收炉渣所含有价金属⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 炉渣浮选现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 1 ．3 ．1 影响炉渣浮选的主要因素⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 1 ．3 ．2 炉渣选矿工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 1 ．3 ．3 炉渣选矿实际应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．4 课题研究的意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 第二章试验材料及研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 2 ．1 试验矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 2 ．1 ．1 实际矿石矿样⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．1 ．2 单矿物实验原料制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 2 ．2 实验药剂及主要仪器和设备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l 2 ．3 研究方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 2 2 ．3 ．1 纯矿物浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．2 实际矿石浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．3 矿物物相分析、元素分析。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 2 2 ．3 ．4 红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．5 表面接触角测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．6 炉渣冷却粘度测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 第三章炉渣铜矿物结晶状态及冷却方式的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 4 V l 万方数据 硕士学位论文目录 3 ．1 炉渣工艺矿物学研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 3 ．1 ．1 炉渣中金属铜嵌布形式研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 3 ．1 ．2 硫化铜矿物嵌布形式研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 3 ．2 炉渣冷却过程中粘度对铜矿物结晶的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 6 3 ．2 ．1 不同添加剂对渣粘度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 3 ．2 ．2 炉渣粘度对铜结晶的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．17 3 ．3 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l8 第四章金属铜浮选行为及表面作用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 9 4 ．1 金属铜单矿物浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 4 ．1 ．1 捕收剂对金属铜浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 4 ．1 ．2p H 对金属铜浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 4 ．1 ．3 硫化钠对金属铜浮选行为的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 4 ．2 接触角试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 l 4 ．2 ．1p H 对金属铜表面疏水性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 4 ．2 ．2 捕收剂作用下p H 对金属铜疏水性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 2 4 ．2 ．3 捕收剂浓度对金属铜疏水性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 4 ．2 ．4 硫化钠对金属铜表面润湿性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 4 ．3 红外光谱分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 第五章炉渣实际矿石新型浮选工艺研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 9 5 ．1 转炉渣工艺矿物学特点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 5 ．1 ．1 转炉渣化学元素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 5 ．2 转炉渣实际矿石浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 5 ．2 ．1 磨矿细度对转炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 5 ．2 ．2N a 2 C 0 3 用量对转炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 5 ．2 ．3 调整剂对转炉渣浮选的影响。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 5 ．2 ．4 起泡剂用量对转炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 5 ．2 ．5 不同捕收剂对转炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 5 ．2 ．5 再磨一筛分工艺对炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 5 ．2 ．6 转炉渣浮选闭路试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 5 ．3 电炉渣矿石性质的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．3 ．1 矿样多元素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 5 ．4 电渣实际矿石浮选试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．4 ．1 磨矿细度对电炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 V l I 万方数据 硕士学位论文 目录 5 ．4 ．2 浮选机相关参数对电炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 5 ．4 ．3 调整剂与助磨剂用量对电炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 5 ．4 ．4 不同捕收剂对电炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．4 ．52 撑油用量对电炉渣浮选的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．4 ．6 电炉渣浮选工艺全流程试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 5 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 第六章结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 0 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 硕士期间主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 7 万方数据 硕士学位论文 第一章文献综述 第一章文献综述 1 ．1 铜资源基本概况 铜金属是人类历史中最早发现并使用的金属之一，因其良好的延展性、耐磨 性、导热和导电性能而被广泛应用[ 1 - 3 ] 。已知的含铜矿物大概有2 5 0 多种，主要 工业矿物如表1 - 1 ，其中最重要的是黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿。铜的合金性良好， 能与镍、铅、铂等多种金属制备特性各不相同的合金，如铜锌矿合金具有良好的 延展性，铜锡合金具有较强的耐磨性等，且大多数铜合金都具有较好的防腐能力。 H ．5 】铜在金属材料消费中仅次于钢铁和铝，成为关乎国计民生乃至各类高新技术 领域中不可或缺的基础材料和战略资源。 袁卜1 铜的工业矿物种类 含铜量 矿物种类分子式 ％ 自然元素自然铜 C u 1 0 0 硫化物黄铜矿C u F e S 2 3 4 ．5 斑铜矿C u 5 F e S 4 6 3 ．3 辉铜矿 C u 2 S7 9 ．8 铜蓝C u S 6 6 ．4 硫砷化物和硫砷铜矿C u 3 A s S 4 4 8 ．3 硫锑化物砷黝铜矿 C u ，F e 1 2 A s 4 S 1 3 5 7 ．0 黝铜矿 C u ，F e 。2 S b 4 S 。。 5 2 ．1 氧化物赤铜矿 C u 2 08 8 ．8 黑铜矿C u O 7 9 ．8 碳酸盐孔雀石C u C O 。．C u O H 2 5 7 ．3 蓝铜矿2 C u C 0 3 ．C u o n 2 5 5 ．1 硫酸盐铜靛矾C u S 0 4 胆矾C u S 0 4 ．5 H 2 0 铜叶绿矾C u F e 4 S O , 6 o H 2 ．2 0 H 2 0 硅酸盐硅孔雀石 C u Si 0 3 2 H 2 03 6 ．0 1 ．1 ．1 世界铜资源总体态势 根据美国地质调查局估计‘7 1 ，全球陆地铜资源与深海结核铜资源合计超过3 7 亿吨。世界储量超过5 0 0 万吨的巨型铜矿约有6 0 个，斑岩矿、砂页岩约占巨型 铜矿的8 6 ％。智利、秘鲁、澳大利亚、中国、刚果 金 等1 0 多个国家，占了 万方数据 硕士学位论文 第一章文献综述 世界铜储量的近8 5 ％，铜资源虽然分布广泛，却高度集中。根据瑞典R M G 公司 的统计【8 J ，斑岩型在全球铜矿山总量中所占份额日益上升，世界平均铜品位已经 下降到0 ．7 7 ％，优质的铜资源及呈现枯竭之势。 1 ．1 ．2 中国铜资源现状和主要特点 我国的铜储量为世界第七位，铜矿的分布范围很广，随着近年来对铜资源勘 查投入的增加，许多新的铜矿床被发现，总储有量约为8 0 4 1 吨【9 1 。铜矿分布很 广，除香港和天津外，全国各地区均发现铜矿，江西铜储量位居全国第一占总量 的2 0 ．8 ％，其次为西藏、云南、甘肃、内蒙等省，其铜储量均在三百万吨以上。 我国铜资源与其它国家相比，具有如下特点f 1 M 6 1 1 贫矿较多，富矿少。我国勘测所得铜资源，选矿入选品位只有o ．6 6 ％。3 5 ．2 ％ 的铜矿品位在1 ％以上；只有少部分铜矿品位大于2 ％，不少矿山关闭速度加快， 开采品位已经下降到0 ．3 ％一0 ．4 ％。 2 矿点较多，但比较分散，大型铜矿、高品位铜矿少，部分铜矿位置偏远不 利于开发，我国大型铜矿占铜矿总数仅为3 ％左右，在云南、西藏和青海等偏远 地区就有5 个；超过五百万吨的超大型铜矿仅有两个，分别是江西德兴铜矿床和 西藏王龙矿床。 3 共伴生矿多，单一矿少。单一矿仅占全国总矿床数的2 7 ．1 ‰许多矿山为 多金属矿山，含有可观的金、银、珀族金属，此类铜金属矿山选矿难度较大但具 有巨大的经济效益。 4 坑采多，露采少。目前，国营矿山的大中型矿床，多数为地下开采，仅有 甘肃白银厂矿田与湖北大冶铜山口、湖南宝山等几个矿床。 5 铜尾矿排量迅速增长，目前铜冶炼炉渣已经多达5 0 0 0 多万t ，含有大量的 铜及相当数量的贵金属和稀有金属，将炉渣作为重要的二次资源进行使用是可持 续发展的必然趋势。 1 ．2 炉渣综合回收利用研究进展 1 ．2 ．1 炉渣的产生 用于铜冶炼生产的原料尽管性质不尽相同，但是按性质可以分为两大类即氧 化矿与硫化矿。湿法冶金通常用来处理氧化矿，而火法冶炼通常用来处理硫化矿。 我国9 5 ％的原生铜采用火法冶炼【17 1 。传统的火法冶炼分为四大部分，即锍熔炼、 转炉吹炼、火法精炼以及电解精炼。造锍熔炼是将铜精矿中的铜全部转化为硫化 物，反应中生成的硫化物相互溶解形成冰铜，反应生成的氧化物、脉石矿物以及 溶剂反应形成硅酸盐型炉渣[ 1 8 - 2 1 1 。吹炼温度一般在1 1 5 0 。C 至1 3 0 0 。C ，使冰铜中 万方数据 硕士学位论文第一章文献综述 的铁硫等部分杂志从冰铜中被氧化去除，将冰铜转化为粗铜。粗铜中的大多数杂 志对氧的亲和力远远大于铜对氧的亲和力，通过火法精炼使得杂质在火法精炼阶 段以氧化物炉渣的形式去除。根据炉渣冶炼过程中的各种成分反应可以看出，炉 渣是冶炼炉料中S i 0 2 、C a O 、F e O 等多种复杂组分在高温条件下经过复杂物理化 学反应的产物【2 2 1 。 1 ．2 ．2 炉渣的性质及资源状况 炉渣是铜在高温火法冶炼铜矿石过程中的必然产物，主要来自于各组分燃烧 的产物。铜渣的主要成份有铜硫化物、磁铁矿、磁黄铁矿和少量金属铜，硅酸 盐类矿物，玻璃体等。硅酸盐类矿物以铁橄榄石为主，铜硫化物和金属铜是选矿 作业的主要目的矿物[ 2 3 - 2 4 1 。目前我国每年产生铜冶炼渣为5 0 0 万t ，由于长期堆 放大量土地被占用，周围环境被严重污染。炼铜炉渣一般主要成分为铁硅酸盐和 磁性氧化物，硅酸盐类矿物存在形式主要以铁橄榄石为主，其次为辉石灰。根据 冶炼工艺流程的不同，炼铜炉渣大致可分为炉渣、转炉渣、反射炉渣等等【2 5 1 。 1 电炉渣 电炉渣是采用电炉冶炼金属的过程中排出的固体废物，按化学成分为氧化渣、 还原渣。其中氧化渣约占电炉渣总量的6 0 ％，- - 7 0 ％，成分介于高炉渣和转炉渣 之间，还原渣约占电炉渣总量的3 0 ％～4 0 ％。其特点是含钙、铝高，含铁低[ 2 6 - 2 7 】。 电炉渣中含铜量较低，一般在1 ％以下，以黄铜矿、斑铜矿、方黄铜矿等铁硫化 铜的形式存在，硫化铜的结晶粒度一般偏细，小于O ．0 4 3 m m 的中细粒累计占总 硫化铜比高达9 6 ．5 6 ％，小于O ．O l O m m 的细粒占3 3 ．0 9 ％。 2 转炉渣 转炉渣是由转炉吹炼而产出的渣分，其性质由铜精矿自身性质、冶炼时的操作条 件和炉渣冷却速度决定。转炉渣外观一般呈黑色和黑中透绿，坚硬、结构致密，密 度约为4 ”4 ．5k g ／d m 3 ，渣中含量最多的元素是铁和硅，它们大都以化合物形态存 在，主要成分是在冶炼造渣时生成的铁硅酸盐矿物和磁铁矿，其次还有一些残留 的硫化铜矿物、金属铜和少量的氧化铜等，性质极其复杂；特别是铜火法冶炼工 艺改革以后，铜的硫化物减少而氧化物增加，导致铜渣的性质更为复杂，同时还 有转炉渣冷却速度等因素的影响，造成这类铜渣十分难选[ 2 8 - 3 1 】。 3 反射炉渣 反射炉熔炼是传统炼铜的主要方法之一，曾经发展较快，但目前在逐渐被淘 汰。反射炉和闪速炉熔炼炉渣中，铜主要以锍夹渣存在，只有约0 ．3 ％的铜存在于 橄榄石和透明的硅酸盐中【3 2 】。 我国一次铜矿石资源日渐枯竭，富矿少贫矿多品位低采选困难，由于矿石品 位较低冶炼过程中会产生大量炉渣。目前我国每年产生铜冶炼渣为5 0 0 万t ，冶 万方数据 硕士学位论文 第一章文献综述 炼铜炉渣的总量已高达5 0 0 0 万t ，由于长期堆放大量土地被占用，周围环境被 严重污染[ 3 3 - 3 4 l 。随着冶炼铜企业规模的逐渐增大，铜炉渣的数量还在日益增加。 相当数量的铜金属与稀塞金属存在于炼铜炉渣中，而铜在金属材料消费中仅次于 钢铁和铝，是关乎国计民生乃至各类高新技术领域中不可或缺的基础材料和战略 资源，因此研究铜金属的浮选特性与炉渣浮选的工艺对国家战略资源安全与工业 发展有重要的意义1 3 引。 1 ．2 ．3 炉渣的资源化利用 1 炉渣用作建筑水泥 将炉渣用于建筑材料是综合回收利用炉渣的主要途径之一。炉渣中所含的硅 酸二钙与硅酸盐水泥熟料相类似，钢渣中的S i 0 2 、C a O 、A 1 2 0 3 皆是硅酸盐水泥主 要熟料的矿物组成，具备火山灰活性。以钢渣为主要成分加入一定量的其他掺和 料和适量石膏，经磨细后可制成钢渣水泥【3 6 1 。杨杨等发现电炉渣水泥具有快硬、 早强的特性，硬化时不易收缩，其物理力学性能符合国家要求且白度较高，适用 于建筑工程1 3 7 ] 。将炉渣混合煅烧石膏等充分细磨制成的水性硬白色材料又被称为 钢渣白水泥，主要用于建筑装饰工程，可以配制成彩色灰浆或制造各种彩色或白 色混凝土。钢渣白水泥的研制开发是炉渣综合利用技术上的新成果【3 8 1 。 2 作为筑路材料与地基回填材料 炉渣因其良好的耐磨性、水化活、抗压强度高等特性适合作为沥青混合材 料骨料和基层材料，在实验室试验与实际铺建道路时，各种指标均符合技术要求， 宝山杨行镇采用炉渣铺筑一条2 4 2 2 m ，宽1 4 m 的试验路段，上层路面采用粗颗 粒电炉渣混凝土沥青材料，二层路面采用细颗粒式电炉渣，该路段是我国首条采 用炉渣沥青混合而铺建的路面，在实际使用两年之后，路面情况依然良好【3 剑。美 国副产转炉渣百分之二十用于制备沥青混凝土材料，而德国9 5 ％的转炉渣被用作 道路材料，国内炉渣集料的研究虽然取得了一定进展，但是由于各个钢厂原材料 与冶炼工艺的不同，因此处理方法不能通用m 】。根据氧化炉渣比重大、坚硬、水 硬性等特征，可用于改良地基，巩固堤坝，大大改善建筑地基的牢固性。 3 用于农业生产 由于炉渣中含有P 、S i 、C a 、F e 等大量有益于农作物的营养元素，且这些 元素在经过高温煅烧，其溶解度增大，更加容易被植物吸收，可用作复合矿物质 废料，因而对农业生产、改良土壤、满足农作物营养等方面十分有益【4 1 1 。含磷较 高的炉渣可以用来生产磷肥，马鞍山钢厂所生产的钢渣磷肥不仅在酸性土壤中使 用效果较好，在缺磷碱性土壤上使用也可以获得不错的效果武钢在湖北进行了大 面积钢渣磷肥试验，亩产水稻增产2 0 至7 2 k g ，改善效果明显；炉渣中含硅较高 又可以来用提高抗病虫害的能力，又因为炉渣中含有一定量可溶性的镁和磷，又 4 万方数据 硕士学位论文 第一章文献综述 可以用来改良土壤【4 2 1 。 4 作废水处理吸附剂 九十年代中期国外研究了炉渣对含镍、铅、铜等的金属废水的净化作用，炉 渣作为吸附剂可以去除废水中的各种重金属离子【4 2 1 。国内尚未出现以钢渣作为废 水处理剂的工业化应用，其核心难点是钢渣造粒问题，钢渣直接冷却后粒度不均 匀