通过高效还原剂稀释和浮选技术，从铜冶炼渣中高效回收铜

《Separation and Purification Technology》：Efficient recovery of copper from copper smelting slag by high-efficient reductant dilution and flotation

铜渣中Fe3O4含量过高导致浮选回收率低且能耗高，采用FeS2与碳混合的高效还原剂（HER）预处理铜渣，使Fe3O4含量从12.4%降至5.6%，铜回收率提升至71.82%，精矿品位达26.85%，同时磨矿能耗降低16.5%。Fe3O4减少削弱了铜矿物包裹，降低熔渣粘度，增大铜粒尺寸，机理研究通过SEM-EDS、TIMA-X、XPS和FactSage验证。

　　铜渣是铜冶炼过程中产生的副产品，通常每生产一吨金属铜会产生约两吨的铜渣。铜渣中富含多种金属，如铜（Cu）、铁（Fe）和锌（Zn）等，这些金属的回收对于资源的高效利用具有重要意义。在实际生产中，铜渣的处理面临诸多挑战，其中最主要的问题之一是其中含有大量的磁铁矿（Fe?O?）颗粒。这些磁铁矿颗粒不仅增加了熔渣的粘度，还对铜矿物的分离造成阻碍，进而影响后续的铜回收效率。此外，磁铁矿的高硬度也使得在破碎过程中需要消耗更多的能量，这不仅增加了生产成本，还对环境造成一定负担。因此，开发一种高效的方法来减少铜渣中的磁铁矿含量，成为提高铜资源回收率的关键。

目前，铜渣的处理方法主要包括火法冶金稀释、慢冷浮选以及湿法冶金浸出等。火法冶金稀释是一种成熟的技术，能够快速处理大量铜渣，并且对原料的适应性较强。然而，这种方法仍然存在一些问题，如部分铜矿物颗粒过于细小，难以完全沉降和回收。因此，铜渣中的铜含量通常仍较高，约为0.3%至0.5%。慢冷浮选则适用于处理细粒铜矿物的铜渣，但该方法只能有效回收铜硫化物，对于进一步提高回收率的潜力有限。湿法冶金浸出虽然能够回收铜、锌等多种金属，但其工艺流程较长，所需化学试剂种类繁多，导致整体成本较高，难以广泛推广。

浮选法由于其技术经济优势，已经成为铜渣回收的主流方法。然而，在实际应用中，浮选法仍面临两大限制因素。首先是铜精矿颗粒的尺寸限制。大多数铜渣中的铜精矿颗粒尺寸非常小，通常小于10微米，这使得在浮选过程中难以达到最佳的泡沫收集效果。因此，细小颗粒的分布直接影响了铜精矿的回收率。其次是磁铁矿对铜矿物的包裹问题。在铜渣中，大部分铜矿物颗粒被磁铁矿完全或部分包裹，而磁铁矿的硬度较高，使得在破碎过程中难以有效释放铜矿物，从而进一步限制了浮选回收率的提升。

铜矿物颗粒的细小化主要源于铜冶炼过程中铜精矿的分散现象。在铜冶炼过程中，铜精矿会形成微米级的液滴并分散在渣中。随后在渣与铜精矿的相分离过程中，这些细小颗粒由于沉降速度较低，容易与磁铁矿和脉石矿物交织在一起，导致分离不彻底和铜精矿的包裹现象。这些细小颗粒不仅增加了浮选过程的难度，还对浮选效果产生负面影响，包括矿物的解离性差、捕收剂的选择性不足以及精矿品位提升有限等问题。因此，如何有效减少磁铁矿对铜矿物的包裹，成为提高铜回收率的重要研究方向。

为了解决上述问题，研究人员提出了一种新的方法，即通过使用高效率还原剂（HER）对铜渣进行处理，从而改善铜矿物的回收条件。HER主要由70%的硫化亚铁（FeS?）和30%的半焦（C）组成，并添加了一种稳定剂。通过这种方法，可以显著降低铜渣中磁铁矿的含量，从而改善渣的物理性质，减少其粘度，并促进铜矿物的解离和回收。实验结果表明，在使用HER处理后的铜渣中，磁铁矿含量从原来的12.4%降低至5.6%，这一变化不仅改善了渣的流动性，还为铜矿物的进一步回收提供了有利条件。

在实际应用中，HER处理后的铜渣通过浮选工艺能够实现更高的铜回收率。在开放循环浮选过程中，铜回收率从65.26%提升至71.82%，同时铜精矿品位也从19.39%提高到26.85%。这表明HER的使用不仅提高了铜的回收效率，还显著提升了铜精矿的质量。此外，HER的使用还降低了破碎过程中的能耗，从原来的27.67千瓦时/吨降低至18.53千瓦时/吨。这一能耗的降低对于提升整个铜渣处理过程的经济性和环保性具有重要意义。

进一步的分析表明，HER的使用能够有效减少磁铁矿对铜矿物的包裹程度。通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等手段，研究人员发现，在HER处理后的铜渣中，铜矿物的包裹程度从45.9%降低至12%。这一变化不仅有助于提高铜矿物的解离性，还减少了其在浮选过程中的干扰。此外，HER的使用还改善了渣的粘度，使其从原来的5帕秒降低至1.5帕秒，这一变化进一步促进了铜矿物的沉降和分离。同时，铜矿物的平均粒径也从7.63微米增加至29.5微米，这一粒径的变化使得铜矿物更容易被浮选捕收剂捕获，从而提高了整体回收率。

这些研究结果不仅为铜渣的深度回收提供了新的思路，还为开发低能耗、高效率的铜回收工艺提供了理论支持和实践指导。通过HER的使用，可以有效解决铜渣处理中的关键问题，提高铜回收率，降低能耗，同时减少对环境的影响。此外，这些研究成果还可以为其他金属渣的处理提供借鉴，推动整个冶金行业的绿色转型和资源循环利用。

在实验过程中，研究人员还利用TIMA-X技术对铜渣的矿物组成进行了分析，并通过XPS和FactSage软件对矿物表面性质和化学反应机制进行了深入研究。这些分析手段为理解HER处理过程中磁铁矿的去除机制提供了重要的数据支持。研究发现，HER的使用不仅能够改变铜渣的矿物结构，还能通过化学反应减少磁铁矿的含量，从而改善铜矿物的回收条件。这些发现为后续的工艺优化和工业应用奠定了坚实的基础。

综上所述，通过使用高效率还原剂（HER）对铜渣进行处理，可以有效解决铜渣回收过程中的关键问题。HER的使用不仅降低了磁铁矿对铜矿物的包裹程度，还改善了渣的物理性质，提高了铜矿物的回收率，并减少了破碎过程中的能耗。这些研究成果对于推动铜渣的深度回收具有重要意义，同时也为冶金行业的可持续发展提供了新的技术路径。未来的研究可以进一步探索HER的优化配方和应用条件，以期在更大范围内推广这一技术，实现资源的高效利用和环境的保护。