王曉丹 摘譯

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100380)

國外工程技術(shù)

黃銅礦精礦的加壓浸出研究

王曉丹 摘譯

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100380)

加壓浸出處理銅精礦是一種可替代傳統(tǒng)法處理銅精礦的新興工藝，其優(yōu)點(diǎn)在于該工藝不會(huì)像火法處理時(shí)一樣產(chǎn)生空氣污染。本文對(duì)黃銅礦精礦在H2SO4-O2體系浸出時(shí)得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了討論。試驗(yàn)采用單一粒徑的黃銅礦精礦樣品，在容積為2 L的加壓反應(yīng)器中進(jìn)行浸出。試驗(yàn)研究的主要因素包括：攪拌速度，溫度，氧分壓，硫酸濃度，粒徑以及浸出時(shí)間。研究結(jié)果表明當(dāng)攪拌速度達(dá)到700 r/min，足以使顆粒懸浮，氧氣分布效果良好。溫度是影響銅從精礦中浸出速率的主要因素。溫度為160 ℃時(shí)，銅從單一粒徑(53～75 μm)的精礦樣品中的浸出速率相對(duì)較慢，60 min內(nèi)銅的浸出率約為90%，當(dāng)溫度升至190 ℃時(shí)，銅的浸出速率顯著加快，10 min內(nèi)銅的浸出率可以達(dá)到100%。另一方面，氧分壓為517～1 034 kPa，硫酸濃度為5～20 g/L時(shí)對(duì)銅的浸出速率影響較小。

濕法冶金； 精礦； 黃銅礦； 加壓浸出

0 前言

由于大多數(shù)國家都頒布了日益嚴(yán)格的環(huán)保條例，這些措施將增加銅精礦火法處理的費(fèi)用，因此近些年對(duì)銅精礦浸出的研究明顯增加。在研究過的可選方法中，硫酸介質(zhì)中的加壓浸出工藝在某些方面具有優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)樵摷夹g(shù)在鋅精礦、難處理金礦及精礦的處理中成功地實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。另一個(gè)原因是因?yàn)榇蠖鄶?shù)硫酸介質(zhì)工藝易于與多數(shù)礦業(yè)公司現(xiàn)有的堆浸工藝相結(jié)合，利用現(xiàn)有的萃取和電積生產(chǎn)能力。

基于以上原因，人們開發(fā)了許多工藝對(duì)銅精礦進(jìn)行處理，這些工藝可根據(jù)操作溫度劃分為低溫加壓浸出，中溫加壓浸出和高溫加壓浸出。用這三種加壓浸出工藝處理銅精礦在某種程度上都實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用。

低溫加壓浸出工藝的操作溫度低于單質(zhì)硫的熔點(diǎn)(119 ℃)。一般說來，這些工藝包括：精礦的超細(xì)磨從動(dòng)力學(xué)上強(qiáng)化難處理含銅物料的溶解，例如黃銅礦在低溫時(shí)溶解動(dòng)力較差。某些情況下，在浸出體系中使用催化劑如氯化物或溴化物離子來強(qiáng)化物料的溶解反應(yīng)。這些反應(yīng)中大部分硫化物中的硫被氧化成元素硫。因此黃銅礦的浸出反應(yīng)可寫成：

(1)

根據(jù)以下反應(yīng)式硫酸亞鐵可以氧化成硫酸鐵。

(2)

所生成的三價(jià)鐵離子可強(qiáng)化黃銅礦的溶出。三價(jià)鐵離子會(huì)在某種條件下發(fā)生一定程度的水解，生成一種針鐵礦沉淀或某種類型的黃鐵礬，鐵礬的種類因浸出體系存在的離子不同而不同。

中溫加壓浸出工藝操作溫度范圍是140～180 ℃，該工藝要求使用特殊試劑將硫化礦物和液硫之間的潤濕性降至最小，除此之外還要進(jìn)行細(xì)磨。使用硫磺分散劑的目的是防止硫化物顆粒外形成液硫?qū)佣档徒鰟?dòng)力。這些工藝中，硫化物中的硫部分氧化成元素硫和硫酸。因此，除了反應(yīng)式(1)之外，還可歸結(jié)納出以下浸出反應(yīng)：

(3)

浸出過程中所生成的元素硫和硫酸的比例變化范圍較大，其值取決于精礦的物料組成和操作條件，特別是酸度和溫度。如硫酸亞鐵的氧化如反應(yīng)(2)所示，在較高溫度條件下反應(yīng)變得更快，鐵離子會(huì)以赤鐵礦的形式沉淀，然而在較高酸度時(shí)也可觀察到有黃鐵礬生成。高溫加壓浸出工藝的操作溫度大于200 ℃，通常在220 ℃左右。由于在這種浸出條件下大多數(shù)的硫化物氧化成硫酸鹽，這種工藝也稱為全壓力氧化工藝，如反應(yīng)式(3)所示的反應(yīng)即為浸出的主要反應(yīng)。這類工藝的主要特性是精礦中的硫化物具有很好的浸出動(dòng)力學(xué)。浸出體系中產(chǎn)生的三價(jià)鐵主要以赤鐵礦的形式沉淀，在高酸度條件下還會(huì)形成鐵基硫酸鹽。

本文對(duì)某黃銅礦精礦壓力浸出得到的一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了討論，浸出體系為H2SO4-O2，浸出溫度范圍為160～190 ℃。

1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1 原料

浸出試驗(yàn)所使用的銅精礦來自于Andina礦山(Codelco，智利)。用一套孔徑分別為150 μm、106 μm、75 μm和38 μm的美國標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)樣品進(jìn)行粒度分級(jí)。多數(shù)試驗(yàn)所用樣品的粒級(jí)在53～75 μm之間。不同粒徑樣品的化學(xué)組成如表1所示，53～75 μm粒徑樣品的物相組成如表2所示，從中可以看出精礦中的主要硫化物是黃銅礦和黃鐵礦。硫砷銅礦，銅藍(lán)和閃鋅礦也有少量存在。主要的脈石礦物是層狀硅酸鹽，K-長石和石英。

表1 黃銅礦精礦不同粒級(jí)樣品的化學(xué)成分

表2 粒徑為53～75 μm黃銅礦精礦的礦物組成分析 %

1.2 浸出試驗(yàn)

浸出試驗(yàn)是在一個(gè)容積為2 L的高壓釜反應(yīng)器中進(jìn)行，高壓釜材質(zhì)為20 Cb卡氏合金。此高壓釜的攪拌裝置為雙層軸向葉輪，攪拌速度可調(diào)，釜內(nèi)還有加熱夾套和內(nèi)冷卻盤管。高壓釜還裝有一套液相取樣系統(tǒng)。

試驗(yàn)開始先向高壓釜中加入1 L的硫酸溶液預(yù)熱至～80 ℃，緊接著加入3 g黃銅礦精礦樣品，將體系密封好后加熱到試驗(yàn)所需溫度。一旦溫度穩(wěn)定后通入純氧，壓力穩(wěn)定后反應(yīng)開始進(jìn)行。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，溶液取樣，然后向冷卻盤管內(nèi)通入循環(huán)冷卻水使系統(tǒng)迅速冷卻至室溫。將固體濾渣過濾后烘干一夜。對(duì)濾液也進(jìn)行取樣，使用原子吸收光譜對(duì)其中的銅進(jìn)行化學(xué)分析。

2 試驗(yàn)結(jié)果

反應(yīng)器中取出溶液相樣品及最終濾液的化學(xué)分析結(jié)果表明在反應(yīng)器冷卻至室溫的過程中，精礦的溶解程度維持某一水平。因此對(duì)濾液的分析僅用作參照以檢查每次試驗(yàn)的有效性。本文研究了對(duì)銅浸出過程產(chǎn)生影響的主要參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)果如下：

2.1 攪拌速度的影響

圖1為攪拌速度對(duì)粒度為53～75 μm樣品中銅浸出的影響。浸出的條件為：溫度180 ℃，氧分壓689 kPa，硫酸濃度為20 g/L。

從圖1中可以看出攪拌速度為400 r/min時(shí)銅的溶解速度顯著低于攪拌速度為600 r/min及700 r/min時(shí)的溶解速度。然而當(dāng)攪拌速度為700 r/min和800 r/min時(shí)浸出速度沒有明顯變化，這表明攪拌速度達(dá)到700 r/min時(shí)就可以使固體顆粒充分懸浮，氧氣均勻地分布在溶液中。因此接下來的試驗(yàn)所用的攪拌速度均為800 r/min，以保證溶解反應(yīng)不受擴(kuò)散控制。應(yīng)注意的是如果其它試驗(yàn)采用的固體濃度高于本試驗(yàn)時(shí)應(yīng)增加攪拌強(qiáng)度以保證銅的溶解不受擴(kuò)散控制。

-75+53 μm,180 ℃,20 g/L H7SO4,PO2689 kPa

2.2 硫酸濃度的影響

試驗(yàn)研究了硫酸初始濃度為5～20 g/L時(shí)對(duì)銅浸出的影響，除了反應(yīng)剛開始的幾分鐘，銅的浸出幾乎與酸濃度無關(guān)，不加始酸時(shí)銅的浸出速度遠(yuǎn)小于加始酸的浸出試驗(yàn)。盡管如此，接下來的試驗(yàn)全部使用20 g/L的硫酸溶液作為標(biāo)準(zhǔn)液。

2.3 氧分壓的影響

如圖2所示，氧分壓在517～1 034 kPa范圍內(nèi)對(duì)銅的浸出率影響較小，即在此范圍內(nèi)氧氣對(duì)銅從黃銅中浸出的影響并不明顯，也就是浸出速度與氧氣濃度無關(guān)。

-75+53 μm,180 ℃,800 rpm,20 g/L H2SO4

2.4 溫度的影響

不同溫度下所獲得銅的浸出率數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3中可以看出，溫度是影響精礦中銅浸出的重要因素。溫度為160 ℃時(shí)銅的浸出速度較慢(60 min內(nèi)銅的浸出率為90%)，但是當(dāng)溫度為190 ℃時(shí)浸出速度變得非?？?，不到10 min樣品(粒徑為53～75 μm)中銅的浸出率幾乎可以達(dá)到100%。在相似條件下相對(duì)于文獻(xiàn)所發(fā)表的黃銅礦浸出數(shù)據(jù)，本研究所使用的銅精礦具有較高的反應(yīng)活性，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)所使用的精礦中的黃鐵礦含量較高。有報(bào)道稱由于黃鐵礦和黃銅礦之間存在電相互作用，所以黃鐵礦的存在可以增加黃銅礦的浸出速率。綜上所述本驗(yàn)中精礦中存在黃鐵礦增加了銅的浸出速率。

-75+53 μm,800 rpm,20 g/L H2SO4,PO2 698 kPa

2.5 粒徑的影響

圖4所示為使用不同粒徑物料進(jìn)行試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù)。由于粒徑越小固液兩相接觸面積越大，從圖4中反映出物料粒徑越小浸出速度越快。盡管如此，本試驗(yàn)中所研究的粒徑范圍內(nèi)粒徑的影響并不顯著。

800 rpm,180 ℃,20 g/L H2SO4,PO2 698 kPa

3 結(jié)論

基于以上試驗(yàn)結(jié)果可以得出以下結(jié)論：研究中所使用的黃銅礦精礦表現(xiàn)出較高的反應(yīng)活性，其原因是由于精礦中黃鐵礦含量較高。試驗(yàn)體系中酸的濃度和氧氣的濃度對(duì)銅從精礦的浸出影響較小。攪拌速度達(dá)到700 r/min時(shí)就可以使固體顆粒充分懸浮，氧氣均勻地分布在溶液中。溫度是影響精礦浸出的最重要因素，相比于190 ℃時(shí)，試驗(yàn)溫度在160 ℃時(shí)銅從單一粒徑(53～75 μm)樣品中的浸出速度相對(duì)較慢。溫度為160 ℃，反應(yīng)時(shí)間為60 min時(shí)銅的浸出率為90%，但當(dāng)溫度為190 ℃時(shí)浸出速度變得非?？?，不到10 min銅就完成了浸出過程。

略)

蘇平校對(duì)

Pressureleachingofachalcopyriteconcentrate

Translated selectively by WANG Xiao-dan

Pressure leaching is an attractive alternative to process copper concentrates without atmospheric pollution as produced by pyrometallurgical processing. In the present work, we discuss some experimental data obtained in the pressure leaching of a chalcopyrite concentrate in H2SO4-O2system. The leaching experiments were carried out in a 2 liter batch pressure reactor using mono-sized chalcopyrite concentrate samples. The main variables studied included stirring speed, temperature, partial pressure of oxygen, sulfuric acid concentration, particle size, and leaching time. The results showed that a stirring speed over 700 rpm was sufficient to obtain adequate suspension of the particles and good oxygen distribution. The variable that affected most the dissolution rate of copper from the concentrate was the temperature. At 160 ℃, the copper dissolution from a mono-size -75+53 μm concentrate sample was relatively slow and about 90 percent of copper was dissolved in 60 minutes, while at 190 ℃, the dissolution was very rapid and complete copper extraction was obtained in about 10 minutes. On the other hand, the partial pressure of oxygen between 517 to 1 034 kPa and the sulfuric acid concentration from 5 to 20 g/l affected little the dissolution rate of copper.

hydrometallurgy, concentrate, chalcopyrite, pressure leaching

王曉丹(1985—)，男，吉林松原人，碩士，從事有色冶金設(shè)計(jì)工作。

TF811

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