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          離心萃取機提取銅濕法冶金工藝的應用

          作者:管理員    發布時間:2016/5/17 11:04:47

          離心萃取機提取銅濕法冶金工藝的應用

              前些年,由于銅價較低,開發技術也不夠完善,一些低品位銅礦未能得到充分利用。近年來,隨著濕法冶金技術的較快發展,銅價的攀升,這些礦床的開發日益受到重視,因而經濟有效開發這些低品位礦床的濕法冶金工藝也得到了快速發展。一、國內外銅濕法冶金技術發展現狀

              自1 96 8年以來,世界上己設計、建設并運轉了約50家浸出一溶劑萃取一電積廠,其中美國有16家,2 000年銅產量達55.75萬噸,占其精煉銅產量的28%, 某目前年產量己達到25.83萬噸。智利1980年采用溶劑萃取一電積工藝生產的銅僅有1.5萬噸,2000年己發展成為世界最大銅生產國,有生產工廠21家,年產銅134.73萬噸,占其精銅總量的51 %。

              現在溶劑萃取一電積工藝己被業界認為是成熟的、低成本、低風險的技術,采用該工藝生產的銅產量2 000年己達240萬噸,占世界銅產量的20%以上m,到2 003年濕法銅的產量己占到世界礦銅產量的1 /4。

          從上世紀60年代這一工藝得到生產應用以來,我國一些研究單位分別開展了浸出履浸、氨浸、細菌浸出即生物冶金)、萃取工藝、萃取劑等方面的研究80年代以后,形成了比較完整的浸出一萃取一電積工藝并且在生產中得到初步應用。從90年代起,隨著國際銅濕法冶金技術的快速發展,加上國內銅生產和市場受到國外越來越嚴重的沖擊,銅濕法冶金新工藝研究被列入國家“九五”重點科技攻關計劃,有力地推動和加速了我國銅濕法冶金技術的研究和推廣。目前正進行較大規模開發性生產的有德興銅礦廢石評均含銅0.09%的細菌浸出一萃取一電積試驗廠,年產銅2 000;紫金礦業公司硫化銅礦細菌浸出一萃取一電積試驗廠,年產銅1 000;中條山銅礦峪礦就地酸浸一萃取一電積試驗廠,年產銅500噸。盡管濕法冶金技術近年來有了較大發展,但與國外相比尚有較大差距,主要是在浸出基礎理論和工業化技術方面存在差距,而且己建立的工業生產廠規模小、產量低。

          二、銅濕法冶金原理、工藝及礦石的適應性

              1.我國銅資源及生產簡況

              我國銅礦產資源相對缺乏,且品位低,質量差;大型礦少,中小型礦多;貧礦多,富礦少;復雜金屬礦多,單一礦少;地下礦多,露天礦少。采選難度較大,特別是選礦,由于原礦品位低,礦物組成復雜,因而選礦成本高,精礦品位普遍偏低,給后續的冶煉造成一定難度。

              2.銅濕法冶金原理

          浸出一萃取一電積工藝的基本過程如圖1所示。

           

              氧化銅礦石的浸出原理。常見的氧化銅礦物主要是孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦、自然銅,浸出劑為H2SO、和Fe2 (SO4)3,浸出過程發生的化學反應為:

              孔雀石Cu2 (OH)2CO32H2SO4= 2CuSO4CO2十3H2O;

              硅孔雀石CuSiO3·nH2SO4十H2SO4= CuSO4SiO2+(n+1)H20;

              赤銅礦Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O;

              藍銅礦Cu (OH)2·CuCO32H2SO4=2CuSO4CO2十3H2O

              硫化銅礦石的浸出原理。對于硫化銅礦石,生物氧化浸銅是目前研究最多、發展最快、前景最好的技術之一。

              目前用于生物浸出的微生物主要是氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌。它們可在35℃以下的高酸及重金屬濃度較高的極端環境中生存。細菌氧化浸出的機理一般認為有兩種:細菌吸附到礦物表面直接與礦物發生作用使礦物溶解的直接作用機理;礦物溶解釋放出的Fe2+在溶液中被細菌氧化成Fe3+,Fe3+作為氧化劑氧化硫化礦的間接作用或化學作用機理。

            輝銅礦的細菌浸出輝銅礦在酸性及Fe3+存在的條件下,可以被氧化成FeSO、和S:

              Cu2S2Fez2(SO4)3= 2CuSO44 FeSO4+S

              所生成的FeSO、和S再由細菌氧化成Fe2 (SO)4、和H2S4、如此反應循環進行·

              在細菌作用下,輝銅礦也可被氧氣氧化而溶解:

              2Cu2S+5O2+2H2SO4=4CuSO42H2O

              輝銅礦的浸出被認為是以Fe3+間接氧化作用為主,細菌是浸出反應的間接氧化劑。

              銅藍的細菌浸出。由于浸出環境中沒有Fe3+及其他氧化劑,所以浸出作用只能是由細菌引起,在浸出期間酸耗等于零,其反應為:

              CuS2O2=CuSO4

              細菌浸出在礦物表明發生,浸出后礦物表明的化學組成未發生變化,說明浸出中沒有轉化為其他硫化物的中間過程,也沒有產生元素S

              硫砷銅礦的細菌浸出在H2O,O2存在條件下,在氧化亞鐵硫桿菌氧化硫硫桿菌及復合細菌作用下,硫砷銅礦發生直接浸出反應:

              4CuAsS6H}01302= 4H3As044CuS02

              黃銅礦·斑銅礦的細菌浸出反應在細菌存在條件下直接與Fez2(SO)3發生如下:

              CuFeS2+2Fe2(SO)3=CuSO4+2FeSO4十2S

              2 CuSFeS2+2Fe2 (SO4)3十1702=1 0CuSO2十4FeSO4十2FeO

          其中,FeSO、與FeO在酸與細菌作用下又轉化為F2e (SO4)3并繼續反應。

          3.適宜采用濕法冶金工藝處理的銅礦石類型

              對于氧化銅礦石,只要控制礦石粒度,一般都能獲得較滿意的浸出效果。但硫化銅礦石按其礦物種類不同,其浸出效果差異較大。國外目前采用生物氧化工藝處理的銅礦石基本上以次生硫

              化銅礦石如輝銅礦、藍輝銅礦、銅藍等為主,而對原生硫化銅礦石目前仍以火法處理。就礦石類型來看,目前濕法工藝主要處理斑巖型銅礦,這主要是斑巖型銅礦規模較大,含堿性脈石少,是硫酸浸出最理想的原料。如國內的德興銅礦、紫金山銅礦、中條山銅礦峪礦、大寶山銅礦等。我國矽卡巖型銅礦數量多,占50%以上,儲量占總儲量的29%,一般規模較小,零星分散,礦體賦存條件復雜,多數適宜于地下開采,開采成本較高。另外含堿性脈石較多,不利于用硫酸浸出。三、濕法冶金工藝在國內銅礦中的應用國內采用濕法工藝的生產試驗廠主要有德興銅礦、紫金山銅礦、中條山銅礦峪礦等。

              1.某銅礦銅回收工藝及指標

          某銅礦堆浸試驗廠以露天采礦剝離的廢石洽Cu 0.1 %~0.25%)為原料。按0.25%的臨界品位計算,其廢石總量有8.9億噸,其中含銅達到95.15萬噸。礦石大多數((85%以上)為原生硫化礦,屬最難浸礦石,在我國銅工業中具有典型性,遇到的問題及工藝流程特點也有一定代表性。試驗廠于1 9945月建成,年產A級銅2 000噸,噸銅成本10 450元,為國家“九五”科研攻關項目。該礦是國內唯一一家應用細菌浸出工藝處理原生硫化銅礦石為主的生產廠,通過堆浸一萃取一電積工藝,不僅從剝離廢石中回收部分銅,而且采礦過程產生的酸性礦坑水不再外排,減少了環境污染。自1 99710月投產以來,流程運行基本穩定。存在的主要問題是:整個礦堆銅的浸出率不高,僅16.59%,浸出液中Cu2+質量濃度未達到每升1g以上,一直低于0.6g。整個工藝流程如圖2所。

           

           

              2.紫金礦業公司銅回收工藝及指標

              紫金山銅礦是一己探明的大型含金銅礦,特點是上金下銅,儲量大,品位低。銅工業儲量125.64萬噸,礦石平均品位Cu 0.68%, S 2.58%, As 0.035%,主要目的礦物以藍輝銅礦和銅藍為主,其次為輝銅礦,塊硫砷銅礦和硫砷銅礦。由于原礦品位低,含砷高,采用傳統的浮選一火法冶煉工藝,投資大,成本高,污染重。而采用生物浸出工藝有較好的經濟效益。

              工藝流程基本同圖2。原礦破碎至-30mm,采用自動卸礦的后移式筑堆法筑堆,堆高8~10m浸出初期引入人工富化的馴化菌液,然后利用采礦平酮的酸性礦坑水配適量的工業硫酸,調pHi2后噴淋浸出。一般不需單獨補充菌液,只需維持pH2左右。當浸出液中Cuz十質量濃度大于1.5g幾時,送萃取電解生產陰極銅。

              目前己建成年產1 000噸的堆浸試驗生產廠,浸出周期210~240天,浸出率70%~75%,電銅質量達到1#銅標準,噸銅生產成本10 729元。該公司計劃擴建1萬噸電銅的生物冶金廠,成為國內最大生物提銅基地。

           3.中條山銅礦峪銅礦銅回收工藝及技術指標

              銅礦峪銅礦蘊藏有大量難采難選低品位氧化銅礦石,己探明儲量1  800多萬噸,礦石品位0.65,氧化率大于50%a 1997年,共同進行了“難采難選低品位氧化銅礦地下溶浸工業試驗”,經過近4年系統全面的試驗研究,己形成了適應于地下礦山就地破碎浸出回收銅的完整生產技術。

              目前有兩個溶浸廠即5#礦體東部工業化試驗溶浸廠和塌陷區就地溶浸廠正在生產和建設。

              5#礦體就地破碎試驗溶浸廠試驗礦塊水平標高930--968m,礦體傾角平均400,長62m,平均厚度14m。地質礦量3.32萬噸,品位0.975%。主要含礦巖性為變石英晶屑凝灰巖和變石英斑巖。礦石中主要含銅礦物為孔雀石、硅孔雀石、輝銅礦、銅藍,主要脈石礦物為石英、絹云母[5j。先用微差擠壓爆破法把礦石破碎到200mm (> 80%)以下,然后從坑外處理廠配液站將質量分數為1.5%^-2%的稀硫酸用泵接力輸送到試驗采場958, 968水平布液巷道,再通過分流閥、間隔4m的下向扇形布液孔均勻布液于整個采場平面。進入采場的稀硫酸靠重力自上而下以一定的速度滲透通過礦石,與礦石中Cu2+反應,生成的硫酸銅溶液匯集于采場底部集液池中,再用泵送萃取電解

              生產陰極銅。萃取電解工藝同其他生產廠一樣。

              投產兩年,共生產優質電積銅1  000噸,單位產品不含稅成本每噸9 000f}l,綜合回收率71%,經濟效益較好。

          塌陷區溶浸工程塌陷區噴淋溶浸廠是銅礦峪礦在地下溶浸試驗廠試驗成功基礎上建設的。它充分考慮了銅礦峪礦地下采集原生礦后,上部氧化礦自然塌陷堆積的特點,不需人工爆破,僅在表面按4X4㎡布置管網,安裝噴頭。采用沿等高線水平動態布液,稀酸用泵輸送到 970m標高噴淋場,噴淋液經過120--150m垂直高程一邊與礦石反應,一邊緩慢下降,經過20--30h到達底部坑下集液巷道,用泵返送地表萃取一電積處理廠。塌陷區溶浸目前地表有效噴淋面積8000m ,該礦計劃在3年內擴大到2.5m,并把該區域建成年產電銅1 500噸的獨立生產區域。

          四、生物氧化工藝對探采礦石的適應性

              生物氧化浸出技術近幾年在國外發展很快,在國內尚處于試驗和試生產階段。原則上講,這項技術可應用于金、銅、鎳、鉛、鋅、鉆等礦種,但目前國內外主要應用在金、銅的浸出。國內目前己建成某金生物氧化浸出廠((5 0t)、某生物氧化浸出試驗廠((1 0t)和某生物氧化浸出廠((100t),處理含砷含硫的難浸金精礦粉。采用生物氧化并形成一定規模的銅濕法冶金試驗廠有德興銅礦和紫金山銅礦。西北有色地勘局對部分礦山探采礦石也開展了這方面的探討性試驗,但效果不太理想,主要是受礦石中含鈣鎂等耗酸礦物較多的影響。1 999年,陜西省地礦研究所生物研究中心對煎茶嶺浮選金精礦進行了細菌氧化浸金試驗研究。煎茶嶺浮選金精礦屬于低砷低硫難浸金精礦,金以微細粒形式賦存于硫化礦物和脈石礦物中,硫化物包裹金占44.76%,硅酸鹽包裹金占9.26%,碳酸鹽包裹金占5.79%,另w (s)=6.22%, w(As)=0.82%。金精礦直接氰化,金浸出率僅35.3%;12 0h細菌預氧化后再氰化浸出,金浸出率達92.72%。但由于精礦中堿性成分CaO, M gO含量較高,達26%,造成氧化過程酸耗較高,達20%,即每噸精礦耗酸200kg,噸精礦處理成本達240元。2 002年,某生物浸出研究中心對陜西穆家莊原生銅礦石進行生物氧化浸出試驗,同樣由于礦石中脈石礦物酸耗較高,每噸礦石耗酸達205kg,未再進行后面的細菌氧化試驗。據有關資料介紹,礦石中堿性脈石成分大于5%后,酸浸或生物氧化不僅酸耗大,而且硫酸與氧化鈣反應生成石膏,罩蓋在礦石表面,影響浸出。某礦以浮選所得高堿性脈石精礦為對象,采用回轉窯焙燒一加壓氨浸一萃取一電積工藝回收陰極銅,獲得了較好的效果,但是針對原礦的研究還沒有更大突破。五、結束語

              不可否認,濕法冶金工藝是未來大規模處理低品位有色金屬、貴金屬礦的有效手段之一,也是世界上很多國家研究的重點方向之一。新成果的不斷出現,工藝的不斷完善,使許多用現有方法不能處理的礦石,在不久的將來都可能得到充分利用。

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