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摘要：我国铜矿资源贫乏，炼铜炉渣产量巨大，且含铁量高。文章介绍了铜渣的物质组成，分别介绍了几种国内对铜渣回收利用铁的实例及回收效果，并提出了回收铜渣中的铁资源所存在的问题。
关键词：铜渣 铁资源 回收利用
近年来，我国铜消费量急剧增加，铜消费增长速度高于产量增长速度。作为主要的铜生产国，我国火法炼铜生产的铜占铜产量的95%以上。目前，生产1t铜的平均产渣量为2～3t[1，2]，庞大的铜渣储量不仅造成环境污染，也浪费了大量资源。作为铜冶炼过程中的主要副产品，铜渣中含有大量可回收利用的有价元素，且铁含量远高于我国铁矿石平均可采品位。随着人们建设资源节约型和环境友好型社会的意识不断增强，人们对铜渣的回收利用做了大量的实验室研究和工业实践，对其中铁资源的回收也进行了大量研究，取得了一定的成果。
一、铜渣的性质
铜渣呈黑色、致密的粒状和条状，有金属光泽，颗粒形状不规则、棱角分明。铜渣的主体是FeO、SiO2、CaO，黑色金属Fe含量较高，同时也存在少量有色金属元素[3]。铜渣主要成分是铁硅酸盐和铁氧化物，如铁橄榄石（2FeO·SiO2）、磁铁矿（Fe3O4）及一些脉石组成的无定形玻璃体，全铁品位一般在40%以上，具有较大的利用价值。
二、铜渣中铁资源回收利用现状
铜渣中铁组分主要分布在橄榄石相和磁性氧化铁中，传统的利用方式为利用磁选处理得到铁精矿。近年来，随着研究的不断深入，铜渣中铁资源的回收方式逐渐多元化，包括选矿法、还原法、氧化改性法等等。
1.浮选-磁选法
铜渣中的铜主要以硫化铜的形式存在，根据传统选矿生产实践，可利用浮选回收铜渣中可浮性较好的硫化铜和细粒金属铜，再利用磁选回收浮铜后尾矿中的强磁性铁，实现铜渣中铜铁元素的有效回收利用。
王珩[4]选用磨矿—浮选—磁选—浮选中矿与磁性矿合并再磨—再浮—再磁的阶段磨矿阶段选别的流程对铜渣进行了试验研究。在转炉渣含铜1.58%、含铁53.54%的情况下，获得铜精矿品位19.82%，回收率85.48%%的选铜指标，同时回收了渣中磁性氧化铁，得到铁品位62.52%、回收率35.02%、含SiO2 9.94%的合格铁精矿。
浮选-磁选法能有效回收铜渣中的铜和铁，但缺点是铁回收率较低，主要原因在于铜渣含铁物相中磁性氧化铁含量较少，仅20%～30%，而主要含铁物相铁橄榄石等硅酸盐相在磁选过程中进入尾矿。
2.直接还原-磁选法
直接还原-磁选法，是指通过加入助还原剂，在还原气氛中将铁橄榄石和磁铁矿直接还原为金属铁，最后通过磁选将粉末铁和尾渣分离。
杨慧芬等[5]以褐煤为还原剂，采用直接还原一磁选方法对含铁39.96%（质量分数）的水淬铜渣进行回收铁的研究。铜渣、褐煤和CaO质量比为100：30：10，还原温度为1250℃，焙烧时间为50 min，再磨细至85%的焙烧产物粒径小于43μm的最佳条件下，可获得铁品位为92.05%、回收率为81.01%的直接还原铁粉。
3.氧化改性法
高温熔融氧化法是在温度高于1200℃时，向熔池中吹人氧化性气体，在氧化性气氛中将铁橄榄石中的铁转化为Fe3O4[6]，然后通过磁选工艺回收铜渣中的磁性氧化铁。通过对铜渣氧化处理，可使富铁相Fe3O4有效地析出并粗化，克服了磁选分离困难、铁精矿硅含量超标和回收率低等问题，实现铁组分的选择性富集与分离。
刘纲、朱荣等[7]对某铜厂炼铜副产品铜渣进行了高温熔融氧化铜渣富集提取铁的研究，研究表明，Fe3O4相富集成长的最佳物理条件为：当铜渣升温至1350℃时向熔池中吹气7 min，并且气体流量为0.3 L/min，该条件下Fe3O4的面积百分比最大。先加热至I350℃，再恒温60 min，然后再降至室温的温度控制方案最佳。所得的铁精矿品位在61%以上，回收率达到79.3%，产品能够满足高炉炼铁原料的要求。
4.低温氧化改性法
为解决高温熔融氧化能耗高、易过氧化等问题，廖曾丽等[8]提出了铜渣在中低温下氧化改性的实验方法。通过控制氧气流量、氧化温度、时间等反应因素，实现在低温条件下将铁橄榄石转变为磁性铁，从而在后续的处理中提高铁品位和回收率。
实验结果表明：随着氧化温度的升高和氧化时间的延长，铁橄榄石逐转化为Fe3O4和少量Fe3O3，且物相粒度趋向均匀；粒度分布为35～50μm的铜渣在氧化温度800℃、氧气流量0.1 L/min、氧化时间60min的条件下，Fe3O4的面积分数可达43.39%，氧化效果最佳。
三、结论
铜渣主要成分是铁硅酸盐和含铁氧化物，全铁品位一般在40%以上，具有较大的利用价值。目前，国内针对铜渣中铁资源的回收有多种不同的方法，选择回收方法时应当综合考虑铜渣中其他的有价元素回收价值、铜渣的矿物组成及嵌布状态，以及冶炼厂的布局、设备的可行性、环境保护、节能减排等因素，选择最适合的回收方式。
参考文献
[1]陈淑萍，伍赠玲，蓝碧波，郭其章.火法炼铜技术综述[J].铜业工程，2010（4）：44-49.
[2]Bipra Gi， Premchand J R K.Characteristics and Utilization of Copper Slag-A Review[J]. Conserv. Recy， 2003，39（4）：299-313.
[3]李运刚.炼铜炉渣的综合利用.综合利用[J]，2000（6）：46-47.
[4]王珩.从炼铜厂炉渣中回收铜铁的研究.广东有色金属学报[J]. 2003，13（2）：83-87.
[5]杨慧芬，景丽丽，党春阁.铜渣中铁组分的直接还原与磁选回收.中国有色金属学报[J].2011，2l（5）：1165-1170.
[6]张家芸.冶金物理化学[M].北京：冶金工业出版社，2004：16-18.
[7]刘纲，朱荣，王昌安，等.铜渣熔融氧化提铁的试验研究.中国有色冶金[J].2009（1）：71-74.
[8]廖曾丽，唐谱，张波，等.铜渣在中低温下氧化改性的实验研究.中国有色冶金[J].2012（2）：74-78.
关键词：铜渣 铁资源 回收利用
近年来，我国铜消费量急剧增加，铜消费增长速度高于产量增长速度。作为主要的铜生产国，我国火法炼铜生产的铜占铜产量的95%以上。目前，生产1t铜的平均产渣量为2～3t[1，2]，庞大的铜渣储量不仅造成环境污染，也浪费了大量资源。作为铜冶炼过程中的主要副产品，铜渣中含有大量可回收利用的有价元素，且铁含量远高于我国铁矿石平均可采品位。随着人们建设资源节约型和环境友好型社会的意识不断增强，人们对铜渣的回收利用做了大量的实验室研究和工业实践，对其中铁资源的回收也进行了大量研究，取得了一定的成果。
一、铜渣的性质
铜渣呈黑色、致密的粒状和条状，有金属光泽，颗粒形状不规则、棱角分明。铜渣的主体是FeO、SiO2、CaO，黑色金属Fe含量较高，同时也存在少量有色金属元素[3]。铜渣主要成分是铁硅酸盐和铁氧化物，如铁橄榄石（2FeO·SiO2）、磁铁矿（Fe3O4）及一些脉石组成的无定形玻璃体，全铁品位一般在40%以上，具有较大的利用价值。
二、铜渣中铁资源回收利用现状
铜渣中铁组分主要分布在橄榄石相和磁性氧化铁中，传统的利用方式为利用磁选处理得到铁精矿。近年来，随着研究的不断深入，铜渣中铁资源的回收方式逐渐多元化，包括选矿法、还原法、氧化改性法等等。
1.浮选-磁选法
铜渣中的铜主要以硫化铜的形式存在，根据传统选矿生产实践，可利用浮选回收铜渣中可浮性较好的硫化铜和细粒金属铜，再利用磁选回收浮铜后尾矿中的强磁性铁，实现铜渣中铜铁元素的有效回收利用。
王珩[4]选用磨矿—浮选—磁选—浮选中矿与磁性矿合并再磨—再浮—再磁的阶段磨矿阶段选别的流程对铜渣进行了试验研究。在转炉渣含铜1.58%、含铁53.54%的情况下，获得铜精矿品位19.82%，回收率85.48%%的选铜指标，同时回收了渣中磁性氧化铁，得到铁品位62.52%、回收率35.02%、含SiO2 9.94%的合格铁精矿。
浮选-磁选法能有效回收铜渣中的铜和铁，但缺点是铁回收率较低，主要原因在于铜渣含铁物相中磁性氧化铁含量较少，仅20%～30%，而主要含铁物相铁橄榄石等硅酸盐相在磁选过程中进入尾矿。
2.直接还原-磁选法
直接还原-磁选法，是指通过加入助还原剂，在还原气氛中将铁橄榄石和磁铁矿直接还原为金属铁，最后通过磁选将粉末铁和尾渣分离。
杨慧芬等[5]以褐煤为还原剂，采用直接还原一磁选方法对含铁39.96%（质量分数）的水淬铜渣进行回收铁的研究。铜渣、褐煤和CaO质量比为100：30：10，还原温度为1250℃，焙烧时间为50 min，再磨细至85%的焙烧产物粒径小于43μm的最佳条件下，可获得铁品位为92.05%、回收率为81.01%的直接还原铁粉。
3.氧化改性法
高温熔融氧化法是在温度高于1200℃时，向熔池中吹人氧化性气体，在氧化性气氛中将铁橄榄石中的铁转化为Fe3O4[6]，然后通过磁选工艺回收铜渣中的磁性氧化铁。通过对铜渣氧化处理，可使富铁相Fe3O4有效地析出并粗化，克服了磁选分离困难、铁精矿硅含量超标和回收率低等问题，实现铁组分的选择性富集与分离。
刘纲、朱荣等[7]对某铜厂炼铜副产品铜渣进行了高温熔融氧化铜渣富集提取铁的研究，研究表明，Fe3O4相富集成长的最佳物理条件为：当铜渣升温至1350℃时向熔池中吹气7 min，并且气体流量为0.3 L/min，该条件下Fe3O4的面积百分比最大。先加热至I350℃，再恒温60 min，然后再降至室温的温度控制方案最佳。所得的铁精矿品位在61%以上，回收率达到79.3%，产品能够满足高炉炼铁原料的要求。
4.低温氧化改性法
为解决高温熔融氧化能耗高、易过氧化等问题，廖曾丽等[8]提出了铜渣在中低温下氧化改性的实验方法。通过控制氧气流量、氧化温度、时间等反应因素，实现在低温条件下将铁橄榄石转变为磁性铁，从而在后续的处理中提高铁品位和回收率。
实验结果表明：随着氧化温度的升高和氧化时间的延长，铁橄榄石逐转化为Fe3O4和少量Fe3O3，且物相粒度趋向均匀；粒度分布为35～50μm的铜渣在氧化温度800℃、氧气流量0.1 L/min、氧化时间60min的条件下，Fe3O4的面积分数可达43.39%，氧化效果最佳。
三、结论
铜渣主要成分是铁硅酸盐和含铁氧化物，全铁品位一般在40%以上，具有较大的利用价值。目前，国内针对铜渣中铁资源的回收有多种不同的方法，选择回收方法时应当综合考虑铜渣中其他的有价元素回收价值、铜渣的矿物组成及嵌布状态，以及冶炼厂的布局、设备的可行性、环境保护、节能减排等因素，选择最适合的回收方式。
参考文献
[1]陈淑萍，伍赠玲，蓝碧波，郭其章.火法炼铜技术综述[J].铜业工程，2010（4）：44-49.
[2]Bipra Gi， Premchand J R K.Characteristics and Utilization of Copper Slag-A Review[J]. Conserv. Recy， 2003，39（4）：299-313.
[3]李运刚.炼铜炉渣的综合利用.综合利用[J]，2000（6）：46-47.
[4]王珩.从炼铜厂炉渣中回收铜铁的研究.广东有色金属学报[J]. 2003，13（2）：83-87.
[5]杨慧芬，景丽丽，党春阁.铜渣中铁组分的直接还原与磁选回收.中国有色金属学报[J].2011，2l（5）：1165-1170.
[6]张家芸.冶金物理化学[M].北京：冶金工业出版社，2004：16-18.
[7]刘纲，朱荣，王昌安，等.铜渣熔融氧化提铁的试验研究.中国有色冶金[J].2009（1）：71-74.
[8]廖曾丽，唐谱，张波，等.铜渣在中低温下氧化改性的实验研究.中国有色冶金[J].2012（2）：74-78.