通过矿物学特性对铜渣进行再处理（以铜渣案例研究为例）

《RSC Advances》：Reprocessing of copper by flotation via mineralogical characteristics from a copper slag case study

铜渣浮选回收铜工艺优化研究。采用矿物学分析和浮选试验，系统考察了硫化钠活化、两段磨矿工艺及闭路浮选流程对铜回收率的影响。研究表明，硫化钠活化可使铜回收率从53.92%提升至87.58%，两段磨矿工艺在保证精矿品位21.24%的同时实现36.31%的高回收率，尾矿铜含量降至0.20%。

　　铜渣（Copper Slag, CS）是一种重要的工业副产品，主要来源于铜硫化矿石冶炼和 blister 铜的精炼过程。随着可开采铜资源的快速枯竭，铜渣作为铜生产的重要来源，其资源化利用显得尤为迫切。铜渣中包含有价值的铜矿物，通过矿物学分析发现，主要的铜矿物包括含砷铜/黄铜矿（0.56%）、铜蓝（1.29%）、赤铜矿（0.25%）和斑铜矿（0.24%）。铜渣的处理不仅关系到资源回收，也对环境保护具有重要意义。由于其复杂的矿物组成和细粒度分布，铜渣的选矿过程面临诸多挑战，例如金属矿物与脉石矿物的紧密共生、铜氧化物矿物的浮选性能较差等。因此，研究如何高效回收铜渣中的铜，同时减少环境污染，成为当前研究的重点。

在当前的工业实践中，铜的回收通常依赖于火法冶金、湿法冶金和浮选三种方法。火法冶金虽然能够实现较高的回收率，但其过程能耗巨大，且会引入复杂的渣成分，影响后续资源回收。湿法冶金则需要将 Cu?S 氧化为 CuO，以促进铜的离子富集，但该过程需要使用昂贵且具有腐蚀性的试剂。相比之下，浮选法因其环境友好、成本低廉和高效率（>90%）而成为铜渣回收的首选方法。然而，传统浮选方法在处理高氧化率的铜渣时效果有限，通常需要采用硫化方法以提高浮选效果。

本研究旨在通过系统分析铜渣的矿物学特征和浮选过程，优化浮选参数，从而提高铜的回收率。研究内容包括对铜渣的矿物组成、粒度分布、矿物解离行为的分析，以及对浮选过程中试剂类型、用量和流程设计的实验探究。实验采用了一种结合矿物学特征的浮选流程设计，并通过实验室测试验证了其可行性。此外，研究还探讨了单级和双级磨矿工艺对铜回收的影响，发现双级磨矿在实现精准粒度控制方面具有显著优势，能够在降低能耗的同时提高矿物回收率。

在浮选过程中，Na?S 被用作活化剂，用于激活在磨矿过程中难以回收的铜氧化物矿物。通过硫化作用，Na?S 能够将铜氧化物矿物表面转化为 CuS 化合物，从而增强其浮选性能。实验结果显示，当 Na?S 用量从 0 增加到 150 g/t 时，铜回收率显著提高，从 53.92% 上升至 87.58%，但当用量进一步增加至 200 g/t 时，回收率反而下降。这表明 Na?S 的最佳用量需要在实验中进行精确调控。此外，通过使用不同类型的捕收剂，研究者发现 KM3 捕收剂在铜回收过程中表现出较好的综合性能，能够实现较高的铜回收率和适当的 concentrate 品级。

在磨矿实验中，研究者发现随着磨矿时间的延长，?45 μm 粒度的占比逐渐增加，表明磨矿过程能够有效提高铜矿物的解离度。然而，磨矿时间过长会导致细颗粒的过度破碎，形成“过磨”现象，这不仅增加了磨矿能耗，还可能降低浮选效果。实验结果显示，当磨矿时间增加到 9 分钟时，铜回收率达到 84.24%，而进一步延长至 11 分钟时，铜回收率略有下降，同时 concentrate 品级也出现波动。因此，研究者建议将磨矿时间控制在 9 分钟以内，以达到最佳的铜回收效果。此外，双级磨矿工艺在实现更精细的粒度控制方面表现出优势，能够有效提高铜的回收率，同时降低能耗。

在浮选实验中，研究者采用了一种闭环浮选流程，通过多级浮选操作提高了铜的回收率。实验结果显示，采用闭环浮选工艺后，铜 concentrate 的品级达到 21.24%，回收率达到 36.31%，而浮选尾矿中的铜含量显著降低至 0.20%，远低于传统浮选尾矿中常见的 0.3–0.5%。这一结果表明，闭环浮选工艺在铜渣处理中具有较高的应用潜力，能够有效减少环境污染并提高资源回收率。此外，实验还发现，铜渣中铜矿物的浮选性能受其粒度分布、矿物共生结构以及试剂类型的影响较大，因此需要根据具体矿物特征优化浮选流程。

本研究的成果不仅为铜渣的资源化利用提供了科学依据，也为铜工业的可持续发展提供了新的思路。通过结合矿物学分析和浮选实验，研究者成功开发了一种高效、环保的铜渣处理流程，能够在较低能耗下实现较高的铜回收率。这一成果对于解决铜渣处理中的环境问题具有重要意义，同时也为类似低品位硫化矿石的资源回收提供了参考。此外，研究还揭示了铜渣中铜矿物的浮选行为及其影响因素，为今后的浮选工艺优化和资源回收技术开发奠定了基础。

综上所述，铜渣的处理是一项复杂的工程任务，涉及矿物学分析、磨矿工艺优化、浮选试剂选择等多个方面。通过系统的实验研究，本研究成功地提高了铜渣中铜的回收率，同时降低了环境污染风险。这一成果不仅有助于提升铜资源的利用效率，也为工业废弃物的资源化利用提供了新的方向。未来，随着技术的不断进步和环保要求的不断提高，铜渣的处理和回收将更加注重高效、低成本和可持续性。因此，本研究的成果具有重要的实际应用价值，为铜渣的资源化利用和铜工业的绿色发展提供了有力支持。