·350· 工程科学学报，第39卷，第3期 赋存状态、矿物的嵌布特征进行了分析，为渣中铜的回 表1镍渣的主要化学成分（质量分数） 收提供了理论基础.王巍等通过矿物参数自动定量 Table 1 Chemical composition of nickel slag % 分析仪(MLA)、扫描电镜和X射线衍射等方法对某铜 Fe FeO Cu Cao Mgo Al203 治炼渣的矿物组成、嵌布特征、粒度分布、元素的赋存 0.4731.1338.000.090.145.6413.102.41 状态等性质进行了系统研究，在此研究基础上进行了 Si0z Ba Cr Mn Zn其他 湿法分步浸出，有效回收了铜和锌并简化了后续浸出 33.501.16 0.0190.0140.3040.1250.0614.97 液处理.喻正军网利用化学物相分析、X射线衍射分 析等方法，对某镍转炉渣的矿物组成、嵌布特征、粒度 成分分析一致.除铁镁橄榄石外，在X射线衍射图谱 和金属分布，钴、镍、铜的赋存状态等工艺矿物性质进 52°~60°和64°~78°处有馒头峰出现，说明渣中还有 行了分析，为后续镍、钴、铜的综合回收提供了矿物学 相当数量的非晶态玻璃质存在.其他成分，如硅酸钴、 基础.由此可见，对治炼渣的工艺矿物性质进行详细 磁铁矿、硫铁镍矿、辉铜矿、氧化锌等含量较少 的分析是对其进行再利用的前提和关键 2400 ①铁镁橄榄石 目前对镍沉降渣工艺矿物性质还未进行过系统的 ②一硅酸钻 2000 研究，本文利用X射线衍射、研究级偏/反两用光学显 ③一磁铁矿 ④一硫铁镍矿 微镜、扫描电镜及X射线能谱分析等方法，研究了金 ⑤—辉铜矿 1600 ⑥一氧化锌 川镍沉降电炉渣的化学组成、主要矿物组成、渣的矿相 结构特征、铜、镍、铁的分布等工艺矿物学性质，为今后 1200 1 4 此类渣的资源化利用提供理论依据 800 1实验 400 实验渣样取自金川公司最新的沉降电炉水淬渣， 10 20 30 40 5060 7080 9 渣的主要粒度为1~5mm,经对辊破碎机破碎至-2 209 mm.X射线衍射分析采用日本理学Uima-V3KWX 图1镍渣的X射线衍射图谱 射线衍射仪，Cu靶，石墨单色器，40kV/40mA.光学显 Fig.1 XRD pattem of the nickel slag 微镜：德国徕卡DM4500P研究级偏/反两用光学显微 在偏光显微镜下，镍沉降渣呈灰色，反射率较低， 镜.扫描电镜：德国蔡司EV0®I8扫描电子显微镜， 由图2可以看出镍渣主要矿物成分是铁镁橄榄石和玻 最高分辨率4.0nm,最大放大倍数100万倍，测试时采 璃体，并可见辉铜矿颗粒（见图3），这与化学分析和X 用加速电压20.00kV. 射线衍射分析一致.另外，微细粒金属矿物广泛分布 2实验结果及分析 于硅酸盐基质中（如图4），因粒度过细，光学显微镜难 以分辨其成分.扫描电镜及X射线能谱分析进一步分 2.1化学成分 析显示，这部分微细粒金属矿物是铜镍锍（见图5(a) 镍渣的主要化学成分如表1所示，从化学成分看， 中颗粒A及其对应的能谱图)，另外，在镍渣中还可看 金川镍沉降渣主要由铁氧化物、硅氧化物、镁和钙的氧 到大颗粒铜镍锍，其基本成分与微细粒铜镍锍相同 化物组成，其他成分含量较少，属于Fe0SiO,系渣.渣 (见图5(b)中颗粒B及其对应的能谱图)，所不同的 中Fe主要以Fe0形式存在(Fe0中铁占TFe94.89%), 是，微细粒铜镍铁硫化物（铜镍锍）是渣熔液与镍锍分 Fe,O,含量较少，说明渣中磁铁矿(Fe0·Fe,0,)含量也很 少.渣中Mg0质量分数为13.10%，根据有色治金中 二氧化硅饱和度Q=w(SiO2)/w(Fe0)+w(Mg0)], 式中为质量分数，得出Q=0.66,0.5<Q<1.0,结合 渣中Fe0、Mg0含量，推测镍渣中Fe主要以2Fe0·SiO2 (铁橄榄石)的形式存在.渣中S质量分数为 1.16%,根据渣的治炼形成过程，S很可能存在于金属 硫化物中.从化学成分分析不难看出，该镍渣中主要 具有回收利用价值的成分为镍元素. 50m 2.2矿物成分 图1为该镍沉降渣样品的X射线衍射图谱，从图 图2镍渣中橄横石呈现典型的干涉色 上可以看出渣的主要成分是铁镁橄榄石，与前述化学 Fig.2 Nickel slag with typical interference colors工程科学学报，第 39 卷，第 3 期 赋存状态、矿物的嵌布特征进行了分析，为渣中铜的回 收提供了理论基础． 王巍等［4］通过矿物参数自动定量 分析仪( MLA) 、扫描电镜和 X 射线衍射等方法对某铜 冶炼渣的矿物组成、嵌布特征、粒度分布、元素的赋存 状态等性质进行了系统研究，在此研究基础上进行了 湿法分步浸出，有效回收了铜和锌并简化了后续浸出 液处理． 喻正军［5］利用化学物相分析、X 射线衍射分 析等方法，对某镍转炉渣的矿物组成、嵌布特征、粒度 和金属分布，钴、镍、铜的赋存状态等工艺矿物性质进 行了分析，为后续镍、钴、铜的综合回收提供了矿物学 基础． 由此可见，对冶炼渣的工艺矿物性质进行详细 的分析是对其进行再利用的前提和关键． 目前对镍沉降渣工艺矿物性质还未进行过系统的 研究，本文利用 X 射线衍射、研究级偏/反两用光学显 微镜、扫描电镜及 X 射线能谱分析等方法，研究了金 川镍沉降电炉渣的化学组成、主要矿物组成、渣的矿相 结构特征、铜、镍、铁的分布等工艺矿物学性质，为今后 此类渣的资源化利用提供理论依据． 1 实验 实验渣样取自金川公司最新的沉降电炉水淬渣， 渣的主要粒度为 1 ～ 5 mm，经对辊破碎机破碎至 － 2 mm． X 射线衍射分析采用日本理学 Ultima--Ⅳ 3KW X 射线衍射仪，Cu 靶，石墨单色器，40 kV /40 mA． 光学显 微镜: 德国徕卡 DM4500P 研究级偏/反两用光学显微 镜． 扫描电镜: 德国蔡司 EVO  18 扫描电子显微镜， 最高分辨率 4. 0 nm，最大放大倍数 100 万倍，测试时采 用加速电压 20. 00 kV． 2 实验结果及分析 2. 1 化学成分 镍渣的主要化学成分如表 1 所示，从化学成分看， 金川镍沉降渣主要由铁氧化物、硅氧化物、镁和钙的氧 化物组成，其他成分含量较少，属于 FeO--SiO2系渣． 渣 中 Fe 主要以 FeO 形式存在( FeO 中铁占 TFe 94. 89%) ， Fe2O3含量较少，说明渣中磁铁矿( FeO·Fe2O3 ) 含量也很 少． 渣中 MgO 质量分数为 13. 10% ，根据有色冶金中 二氧化硅饱和度 Q = w( SiO2 ) /［w( FeO) + w( MgO) ］， 式中 w 为质量分数，得出 Q = 0. 66，0. 5 ＜ Q ＜ 1. 0，结合 渣中 FeO、MgO 含量，推测镍渣中 Fe 主要以 2FeO·SiO2 ( 铁橄 榄 石) 的 形 式 存 在［6］． 渣 中 S 质 量 分 数 为 1. 16% ，根据渣的冶炼形成过程，S 很可能存在于金属 硫化物中． 从化学成分分析不难看出，该镍渣中主要 具有回收利用价值的成分为镍元素． 2. 2 矿物成分 图 1 为该镍沉降渣样品的 X 射线衍射图谱，从图 上可以看出渣的主要成分是铁镁橄榄石，与前述化学 表 1 镍渣的主要化学成分( 质量分数) Table 1 Chemical composition of nickel slag % Ni Fe FeO Co Cu CaO MgO Al2O3 0. 47 31. 13 38. 00 0. 09 0. 14 5. 64 13. 10 2. 41 SiO2 S P Ba Cr Mn Zn 其他 33. 50 1. 16 0. 019 0. 014 0. 304 0. 125 0. 061 4. 97 成分分析一致． 除铁镁橄榄石外，在 X 射线衍射图谱 52° ～ 60°和 64° ～ 78°处有馒头峰出现，说明渣中还有 相当数量的非晶态玻璃质存在． 其他成分，如硅酸钴、 磁铁矿、硫铁镍矿、辉铜矿、氧化锌等含量较少． 图 1 镍渣的 X 射线衍射图谱 Fig． 1 XＲD pattern of the nickel slag 在偏光显微镜下，镍沉降渣呈灰色，反射率较低， 由图 2 可以看出镍渣主要矿物成分是铁镁橄榄石和玻 璃体，并可见辉铜矿颗粒( 见图 3) ，这与化学分析和 X 射线衍射分析一致． 另外，微细粒金属矿物广泛分布 于硅酸盐基质中( 如图 4) ，因粒度过细，光学显微镜难 以分辨其成分． 扫描电镜及 X 射线能谱分析进一步分 析显示，这部分微细粒金属矿物是铜镍锍( 见图 5( a) 图 2 镍渣中橄榄石呈现典型的干涉色 Fig． 2 Nickel slag with typical interference colors 中颗粒 A 及其对应的能谱图) ，另外，在镍渣中还可看 到大颗粒铜镍锍，其基本成分与微细粒铜镍锍相同 ( 见图 5( b) 中颗粒 B 及其对应的能谱图) ，所不同的 是，微细粒铜镍铁硫化物( 铜镍锍) 是渣熔液与镍锍分 · 053 ·