·742 工程科学学报，第41卷，第6期 ly improved. KEY WORDS copper tailings:reduction:mineral phase:metal particles:merging 我国原生铜矿存在资源相对匮乏，矿石品位低 中Fe、Si、Ca含量较高，其余元素含量较低.选铜尾 等特点0.为满足铜治炼对矿石品位的需求，需要 矿筛析结果（表2）显示：粒度尺寸0~0.05mm占 通过选矿富集铜，这导致产出大量的选铜尾矿，因一 74.50%,粒度较细；各粒径范围内铁含量分布较均 直没有可行的技术长期处于堆存状态习.截至 匀.还原试验使用分析纯CaCl2为活化剂：褐煤为还 2014年底，我国选铜尾矿量约为30亿t,而尾矿平 原剂，其成分分析结果见表3，褐煤高位发热量为 均利用率仅为8.2%0，选铜尾矿堆积给生态环境 23.74Mkg1. 造成严重压力5-.选铜尾矿中的主要矿物为含铁 表1选铜尾矿化学组成半定量分析结果（质量分数） 矿物（橄榄石相和磁性氧化铁矿物），铁品位较高； Table 1 Chemical composition of copper tailings % 杨晓峰与马颖处理的选铜尾矿总铁为35.88%， Fe Si 汪洋等0研究的甘肃白银选铜尾矿总铁为37%， Ca Cu Pb Zn As S其他 均高于铁矿石29.1%的平均工业品位0.还原回 41.1911.8812.870.380.473.790.020.1329.27 收选铜尾矿中的铁可实现二次资源回收利用，缓解 表2选铜尾矿筛析结果 我国铁矿资源紧缺现状，还可解决废弃选铜尾矿的 Table 2 Screening and analysis results of copper tailings 环保问题，能够产生可观的经济、环境和社会效益. 粒度尺寸/mm 占比/% Fe质量分数/% 选铜尾矿作为一种潜在资源，其开发利用己受 0.074-0.15 6.40 36.04 到社会的普遍关注.杨晓峰与马颖回采用浮选一磁 0.05-0.074 19.10 39.85 选联合工艺处理选铜尾矿，得到的铁精矿产品中铁 0-0.05 74.50 41.55 品位为69.05%，磁性铁回收率达96.89%.Huang 等采用选铜尾矿一高炉渣一水泥熟料一石膏体系 表3 褐煤成分分析结果（质量分数） 制备蒸压加气混泥土：祝丽萍等团则采用矽卡岩型 Table 3 Composition analysis results of lignite % 选铜尾矿一矿渣一硅砂一熟料一石膏体系制备蒸压加 固定碳 灰分 挥发分 硫 磷 水分 气混泥土，制备的混泥土均可用作建筑材料.Fang 52.06 12.20 28.320.26 0.07 7.09 等往选铜尾矿中添加适当比例的河砂和沙粉制 1.2试验方法 备蒸压砂石灰砖，该砂砖的物理力学性能满足实用 要求.李耀星等的针对选铜尾矿富含硫、铜、铁等 取100g选铜尾矿与还原剂、活化剂按相应比例 混合均匀，加入适量水造球（球团粒径：10~20 多元素有价成分，采用中低温沸腾焙烧一浸出工艺 mm):球团先放置在80℃烘箱内烘干，再置于刚玉 可以综合回收铜、铁、硫等资源，减少固体废弃物的 坩埚中，盖上坩埚盖，用马弗炉进行金属化还原；达 排放.Geng等na采用直接还原-磁选法在低于熔化 到预定温度后，恒温一定时间，然后将坩埚取出快速 温度下将选铜尾矿中的铁橄榄石、磁铁矿等直接还 水淬；水淬后的还原球团部分干燥后用光学显微镜 原成金属铁 做矿物学分析，部分用棒磨机湿磨1min后进行磁 目前对还原一磁选法工艺研究的人比较多，但 选（磁场强度：100T):将所产磁性精矿和非磁尾 对还原过程和新生矿相形貌研究的人相对比较少. 矿分别过滤、干燥、取样分析.试验分别探究了还原 由于氯盐在矿石金属化还原过程中起氯化离析作 用，有助于金属的还原与颗粒的聚集生长闭，因此 温度、还原剂用量、还原时间、活化剂用量对选铜尾 矿还原回收铁的影响 本文选用氯化钙为活化剂，采用选择性还原焙烧一 磁选工艺处理选铜尾矿，侧重对不同工艺参数条件 1.3试验设备和仪器 下铁的还原、融合长大行为进行分析，揭示金属相生 主要试验设备有TDW型马弗炉、XZM一100型 成/融合演变规律 棒磨机、DTCXG-ZN50型磁选管和刚玉坩埚(50 mm×120mm). 1试验 采用美国Perkin--Elmer Optima5300DV电感耦 1.1试验原料 合等离子体原子发射光谱仪(ICP-OES)和一些必 选铜尾矿化学组成半定量分析结果见表1，其 要化学方法分析元素组成；采用日本Rigaku D/工程科学学报，第 41 卷，第 6 期 ly improved． KEY WOＲDS copper tailings; reduction; mineral phase; metal particles; merging 我国原生铜矿存在资源相对匮乏，矿石品位低 等特点［1］． 为满足铜冶炼对矿石品位的需求，需要 通过选矿富集铜，这导致产出大量的选铜尾矿，因一 直没有可行的技术长期处于堆存状态［2--3］． 截至 2014 年底，我国选铜尾矿量约为 30 亿 t，而尾矿平 均利用率仅为 8. 2%［4］，选铜尾矿堆积给生态环境 造成严重压力［5--8］． 选铜尾矿中的主要矿物为含铁 矿物( 橄榄石相和磁性氧化铁矿物) ，铁品位较高; 杨晓峰与马颖［9］处理的选铜尾矿总铁为 35. 88% ， 汪洋等［10］研究的甘肃白银选铜尾矿总铁为 37% ， 均高于铁矿石 29. 1% 的平均工业品位［11］． 还原回 收选铜尾矿中的铁可实现二次资源回收利用，缓解 我国铁矿资源紧缺现状，还可解决废弃选铜尾矿的 环保问题，能够产生可观的经济、环境和社会效益． 选铜尾矿作为一种潜在资源，其开发利用已受 到社会的普遍关注． 杨晓峰与马颖［9］采用浮选--磁 选联合工艺处理选铜尾矿，得到的铁精矿产品中铁 品位为 69. 05% ，磁性铁回收率达 96. 89% ． Huang 等［12］采用选铜尾矿--高炉渣--水泥熟料--石膏体系 制备蒸压加气混泥土; 祝丽萍等［13］则采用矽卡岩型 选铜尾矿--矿渣--硅砂--熟料--石膏体系制备蒸压加 气混泥土，制备的混泥土均可用作建筑材料． Fang 等［14］往选铜尾矿中添加适当比例的河砂和沙粉制 备蒸压砂石灰砖，该砂砖的物理力学性能满足实用 要求． 李耀星等［15］针对选铜尾矿富含硫、铜、铁等 多元素有价成分，采用中低温沸腾焙烧--浸出工艺 可以综合回收铜、铁、硫等资源，减少固体废弃物的 排放． Geng 等［16］采用直接还原--磁选法在低于熔化 温度下将选铜尾矿中的铁橄榄石、磁铁矿等直接还 原成金属铁． 目前对还原--磁选法工艺研究的人比较多，但 对还原过程和新生矿相形貌研究的人相对比较少． 由于氯盐在矿石金属化还原过程中起氯化离析作 用，有助于金属的还原与颗粒的聚集生长［17］，因此 本文选用氯化钙为活化剂，采用选择性还原焙烧-- 磁选工艺处理选铜尾矿，侧重对不同工艺参数条件 下铁的还原、融合长大行为进行分析，揭示金属相生 成/融合演变规律． 1 试验 1. 1 试验原料 选铜尾矿化学组成半定量分析结果见表 1，其 中 Fe、Si、Ca 含量较高，其余元素含量较低． 选铜尾 矿筛析结果( 表 2) 显示: 粒度尺寸 0 ～ 0. 05 mm 占 74. 50% ，粒度较细; 各粒径范围内铁含量分布较均 匀． 还原试验使用分析纯 CaCl2为活化剂; 褐煤为还 原剂，其成分分析结果见表 3，褐煤高位发热量为 23. 74 MJ·kg － 1 ． 表 1 选铜尾矿化学组成半定量分析结果( 质量分数) Table 1 Chemical composition of copper tailings % Fe Si Ca Cu Pb Zn As S 其他 41. 19 11. 88 12. 87 0. 38 0. 47 3. 79 0. 02 0. 13 29. 27 表 2 选铜尾矿筛析结果 Table 2 Screening and analysis results of copper tailings 粒度尺寸/mm 占比/% Fe 质量分数/% 0. 074 ～ 0. 15 6. 40 36. 04 0. 05 ～ 0. 074 19. 10 39. 85 0 ～ 0. 05 74. 50 41. 55 表 3 褐煤成分分析结果( 质量分数) Table 3 Composition analysis results of lignite % 固定碳 灰分 挥发分 硫 磷 水分 52. 06 12. 20 28. 32 0. 26 0. 07 7. 09 1. 2 试验方法 取 100 g 选铜尾矿与还原剂、活化剂按相应比例 混合 均 匀，加 入 适 量 水 造 球 ( 球 团 粒 径: 10 ～ 20 mm) ; 球团先放置在 80 ℃ 烘箱内烘干，再置于刚玉 坩埚中，盖上坩埚盖，用马弗炉进行金属化还原; 达 到预定温度后，恒温一定时间，然后将坩埚取出快速 水淬; 水淬后的还原球团部分干燥后用光学显微镜 做矿物学分析，部分用棒磨机湿磨 1 min 后进行磁 选( 磁场强度: 100 mT) ; 将所产磁性精矿和非磁尾 矿分别过滤、干燥、取样分析． 试验分别探究了还原 温度、还原剂用量、还原时间、活化剂用量对选铜尾 矿还原回收铁的影响． 1. 3 试验设备和仪器 主要试验设备有 TDW 型马弗炉、XZM--100 型 棒磨机、DTCXG--ZN50 型磁选管和刚玉坩埚( 50 mm × 120 mm) ． 采用美国 Perkin--Elmer Optima 5300DV 电感耦 合等离子体原子发射光谱仪( ICP--OES) 和一些必 要化学 方 法 分 析 元 素 组 成; 采 用 日 本 Ｒigaku D / · 247 ·