李家林，嚴(yán)小虎

長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012

前 言

銅冶煉渣為火法煉銅過程中產(chǎn)生的渣料，渣的產(chǎn)生量隨著銅金屬產(chǎn)量的增加而增加。據(jù)統(tǒng)計，每生產(chǎn)1 t金屬銅將產(chǎn)出約2.2 t的銅冶煉渣[1]，我國已累計堆存銅冶煉渣高達(dá)1.4億t[2]。銅冶煉渣的大量堆存不僅嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境，更是資源的極大浪費。銅冶煉渣作為一種“人造礦物”，礦物組成極為復(fù)雜，其中富含F(xiàn)e、Cu、Au、Ag、Ni等有價金屬，全鐵品位在40%左右[3]，遠(yuǎn)高于我國鐵礦29.10%的可開采品位[4]，且以磁鐵礦形式存在的鐵金屬分布率近50%，是一種具有較高利用價值的二次資源[5]。銅冶煉渣的綜合利用得到了廣泛的研究，主要是回收其中的銅、鐵金屬[6-8]。開發(fā)利用銅冶煉渣，綜合回收渣中的有價金屬元素鐵，對銅冶煉行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 試驗礦樣

試驗所用銅冶煉渣取自湖南某銅冶煉廠，為銅冶煉渣經(jīng)磨礦至-0.075 mm占95.65%的細(xì)度后，經(jīng)細(xì)磨—浮選回收銅后的尾礦，其化學(xué)多元素分析結(jié)果見表 1，鐵物相分析結(jié)果見表2。

由表1和表2分析結(jié)果可知：樣品中可供選礦回收的主要元素是Fe，含量高達(dá)47.14%；需要選礦排除或降低的脈石組分主要是SiO2，其含量為23.30%；次為少量的Al2O3、CaO和MgO，四者合計含量為30.89%。有害雜質(zhì)S的含量較高，為0.23%。鐵的賦存形態(tài)大致分為兩種：一是呈磁鐵礦形式產(chǎn)出，分布率為53.01%，加上少量金屬鐵，二者合計分布率為53.48%，這即為采用弱磁選工藝分選樣品中鐵礦物時鐵的最大理論回收率；二是以含鐵硅酸鹽的形式產(chǎn)出，分布率為44.38%，顯然該部分將進(jìn)入尾礦。

表1 試樣化學(xué)多元素分析結(jié)果 /%

表2 試樣鐵物相分析結(jié)果 /%

采用MLA(礦物參數(shù)自動分析系統(tǒng))對礦樣進(jìn)行了礦物含量測定，結(jié)果見表3所示。

表3 試樣中主要礦物含量分析結(jié)果 /%

由表3分析結(jié)果可知：樣品主要由磁鐵礦、鐵橄欖石和玻璃體三種物質(zhì)組成，三者含量合計高達(dá)97.00%，其中磁鐵礦為36.35%；而銅礦物含量極低，僅為0.49%，但種類較為繁多，包括斑銅礦、輝銅礦、金屬銅、方黃銅礦、赤銅鐵礦和砷銅礦等6種；其他微量礦物尚見金屬鐵、赤鐵礦、褐鐵礦、金屬鉛、方鉛礦、金屬鋅、閃鋅礦、磁黃鐵礦、紅砷鎳礦、鉻鐵礦、石英和鎂鐵鋁石等。

2 試驗結(jié)果及討論

2.1 一段弱磁選場強

對試驗所用銅尾渣進(jìn)行了磁鐵礦的解離特征測定，結(jié)果表明在此磨礦細(xì)度下磁鐵礦單體含量為55.29%，具備了拋出部分合格尾礦的可行性。因此，不經(jīng)磨礦直接對其進(jìn)行了一段弱磁場強試驗，結(jié)果見表4所示。

表4 銅尾渣直接弱磁選場強試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，隨著磁場強度的升高，磁選精礦產(chǎn)率和鐵回收率逐漸提高，而精礦TFe品位在55.64%～55.90%范圍內(nèi)波動，變化幅度很小。綜合考慮，選擇弱磁粗選、精選場強為0.20 T、0.18 T，銅尾渣在此弱磁選條件下經(jīng)一次粗選一次精選工藝處理，可獲得產(chǎn)率為55.88%、TFe品位55.83%、鐵回收率為65.89%的鐵精礦選別指標(biāo)。

2.2 粗精礦再磨細(xì)度

試驗過程中，對弱磁粗精礦樣品中磁鐵礦的解離度進(jìn)行了測定，結(jié)果見表5所示。

表5 弱磁粗精礦中磁鐵礦解離度分析結(jié)果 /%

從表5磁鐵礦解離度分析結(jié)果可知，粗精礦中磁鐵礦單體僅占57.6%，加上>3/4的連生體，總含量僅占78.9%。礦物分選的前提是目的礦物盡量單體解離，因此，在磁場強度粗選0.15 T、精選0.10 T下進(jìn)行了粗精礦再磨細(xì)度試驗，試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 弱磁粗精礦磨礦細(xì)度試驗結(jié)果

從圖1可知，隨著磨礦細(xì)度的逐漸提高，弱磁選精礦品位逐漸上升而鐵回收率略有下降。在磨礦細(xì)度達(dá)到-0.030 mm占95.31%時，磁選能獲得鐵精礦TFe品位59.86%、鐵回收率為93.03%的分選指標(biāo)；進(jìn)一步提高磨礦細(xì)度，弱磁選鐵精礦品位提高不明顯。綜合考慮，選擇磨礦細(xì)度-0.030 mm占95.31%進(jìn)行后續(xù)試驗。

2.3 二段弱磁選場強

在磨礦細(xì)度-0.030 mm占95.31%時進(jìn)行二段弱磁場強試驗，結(jié)果見表6所示。

表6 二段弱磁選場強試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，隨著磁選場強的逐漸升高，磁選精礦產(chǎn)率和鐵回收率略有提高而精礦品位TFe在59.79%～59.90%范圍內(nèi)波動，變化幅度很小。綜合考慮，選擇弱磁粗選、精選場強分別為0.15 T、0.12 T。粗精礦再磨樣品在此場強下經(jīng)一粗一精工藝處理，可獲得產(chǎn)率為88.01%、TFe品位59.84%、鐵回收率為93.03%的選別指標(biāo)。

2.4 弱磁精礦浮選試驗

采用反浮選工藝對弱磁選精礦進(jìn)行了提高鐵精礦品位試驗研究。在pH調(diào)整劑H2SO4用量2 000 g/t、調(diào)漿3 min條件下進(jìn)行了捕收劑YA-20藥劑用量試驗，其中YA-20為長沙礦冶研究院自制的陽離子型捕收劑，結(jié)果見圖2所示。

圖2 弱磁精礦反浮選試驗結(jié)果

試驗結(jié)果表明，隨著捕收劑YA-20藥劑用量的增加，精礦品位逐漸升高、鐵回收率逐漸下降。當(dāng)藥劑用量達(dá)到150 g/t時，反浮選能獲得鐵精礦TFe品位62.10%、鐵回收率66.66%的選別指標(biāo)。綜合考慮，捕收劑YA-20用量選擇150 g/t。

2.5 全流程試驗

為驗證篩選的最優(yōu)條件及在最優(yōu)條件下可獲得的分選指標(biāo)，進(jìn)行了弱磁選—磨礦—浮選全流程試驗，試驗詳細(xì)條件和結(jié)果見圖3所示。

圖3 磨礦—弱磁選—浮選工藝流程

從圖3試驗結(jié)果可知，本試驗所用銅冶煉渣采用磨礦—弱磁選—反浮選工藝處理，可獲得鐵精礦產(chǎn)率35.51%、TFe品位62.71%、鐵回收率47.03%的選別指標(biāo)；浮選尾礦再與產(chǎn)率52.45%、TFe品位36.03%的磁選尾礦合并后，總尾礦產(chǎn)率為64.49%、TFe品位38.89%，相當(dāng)于Fe2O3含量55.56%，可作水泥鐵質(zhì)調(diào)整料綜合利用。

2.6 產(chǎn)品質(zhì)量檢測

對磨礦—弱磁選—反浮選工藝處理獲得的鐵精礦和尾礦樣品進(jìn)行了化學(xué)多元素分析，結(jié)果見表7、表8所示。

表7 鐵精礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 /%

表8 尾礦化學(xué)多元素分析結(jié)果 /%

3 結(jié) 論

(1)工藝礦物學(xué)研究表明，樣品中可供選礦回收的主要元素是Fe，含量高達(dá)47.14%，其中鐵的賦存形態(tài)主要有兩種：一是呈磁鐵礦，分布率為53.01%，加上金屬鐵，二者合計分布率為53.48%；二是以含鐵硅酸鹽的形式產(chǎn)出，分布率為44.38%。

(2)采用磨礦—弱磁選—反浮選工藝處理，可獲得產(chǎn)率35.51%、TFe品位62.71%、鐵回收率47.03%的鐵精礦，以及產(chǎn)率64.49%、TFe品位38.89%、鐵損失率為52.97%的尾礦；尾礦可作為水泥鐵質(zhì)調(diào)整料銷售，通過本工藝處理可實現(xiàn)銅渣中鐵金屬的綜合回收及無尾排放。