代 宗，方建軍，趙敏捷，張 琳，堯章偉

(1.省部共建復(fù)雜有色金屬資源清潔利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650093;2.昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093)

酸浸和氨浸被廣泛用于銅的濕法浸出中[1-2]。氨浸在處理酸性脈石礦物含量高、結(jié)合率高的銅礦石時(shí)，浸出劑消耗大，銅浸出率相對(duì)較低。而酸浸反應(yīng)速率快、銅浸出率高[3-4]。近年來(lái)，對(duì)于高結(jié)合率的銅礦石的酸浸研究都有較好結(jié)果[5-6]，取得了很好的技術(shù)指標(biāo)。

工業(yè)生產(chǎn)中，一般對(duì)含硅、鋁等酸性脈石礦物的氧化銅礦石采用酸浸，而對(duì)含鈣、鎂等堿性脈石礦物的氧化銅礦石采用堿浸[7-8]。試驗(yàn)礦石中酸性脈石礦物含量較高，因此研究了在常壓下采用攪拌酸浸工藝浸出銅，以期探究硫酸體系中氧化銅礦石的浸出規(guī)律，確定適宜的浸出條件，進(jìn)而為此類氧化銅礦石綜合回收銅提供技術(shù)參考。

1 原礦性質(zhì)

1.1 礦石化學(xué)成分

試驗(yàn)用礦石中酸性脈石礦物含量較高，堿性脈石礦物較少。其主要化學(xué)成分分析結(jié)果見(jiàn)表1。

由表1看出，礦石中含有Mg、Al、Si、Ca、Fe、Cu等元素，主要有價(jià)元素為Cu，有害元素含量相對(duì)較低。

1.2 礦石銅物相組成

礦石中銅物相分析結(jié)果見(jiàn)表2，X-射線衍射圖譜如圖1所示?？梢钥闯觯旱V石氧化率為88.64%、結(jié)合率高達(dá)60%，屬于高結(jié)合率難處理氧化銅礦；礦石中含有少量水膽礬和輝銅礦，主要脈石礦物為方解石、石英、鈉長(zhǎng)石、地開(kāi)石等。

表2 礦石銅物相分析結(jié)果 %

圖1 礦石的X-射線衍射圖譜

礦石表面和斷面上可清楚看到藍(lán)色或綠色銅礦物，有用礦物主要是綠色或藍(lán)色硅孔雀石、孔雀石等氧化銅礦物，有少量硫化銅礦物。礦石氧化率高、結(jié)合率高、鈣鎂氧化物含量高，是典型的“三高”難處理礦石，采用浮選法很難有效回收銅礦物。

2 試驗(yàn)方法及原理

試驗(yàn)在燒杯中進(jìn)行，采用攪拌酸浸工藝浸出銅。將礦石破碎、研磨至不同細(xì)度，用不同濃度稀硫酸浸出。稱取50 g礦石于燒杯中，加入不同濃度稀硫酸，控制不同液固體積質(zhì)量比，在不同溫度、不同攪拌速度下進(jìn)行浸出，浸出結(jié)束后抽濾，濾渣洗滌3次，烘干，分析其中銅質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算銅浸出率。

氧化銅礦石在硫酸浸出過(guò)程中可能發(fā)生的反應(yīng)[5，9]如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

銅礦物與硫酸反應(yīng)生成CuSO4，CuSO4進(jìn)入浸出液后再經(jīng)固液分離、萃取、電積可得所需產(chǎn)品。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 硫酸質(zhì)量濃度對(duì)銅浸出率的影響

在礦石粒度-74 μm占70%、液固體積質(zhì)量比3∶1、浸出時(shí)間120 min、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，硫酸質(zhì)量濃度對(duì)銅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 硫酸質(zhì)量濃度對(duì)銅浸出率的影響

由圖2看出：硫酸質(zhì)量濃度在106～165 g/L范圍內(nèi)，銅浸出率從42.83%提高到90.32%；硫酸質(zhì)量濃度提高到228 g/L，銅浸出率提高到91.55%；硫酸質(zhì)量濃度高于228 g/L后，銅浸出率有所降低。礦石中的硅酸鹽礦物及鈣、鎂等氧化物會(huì)隨硫酸過(guò)量而加劇溶解；另外，隨硫酸質(zhì)量濃度提高，浸出液中Si質(zhì)量濃度也會(huì)提高，對(duì)后續(xù)固液分離和萃取工序有影響：因此，確定硫酸最佳質(zhì)量濃度為165 g/L。

3.2 液固體積質(zhì)量比對(duì)銅浸出率的影響

在硫酸質(zhì)量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占70%、浸出時(shí)間120 min、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，液固體積質(zhì)量比對(duì)銅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 液固體積質(zhì)量比對(duì)銅浸出率的影響

由圖3看出：隨液固體積質(zhì)量比增大，銅浸出率提高；但液固體積質(zhì)量比大于3∶1后，銅浸出率基本保持不變。因此，確定最佳液固體積質(zhì)量比為3∶1。

3.3 攪拌速度對(duì)銅浸出率的影響

在硫酸質(zhì)量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占70%、浸出時(shí)間120 min、液固體積質(zhì)量比3∶1、室溫條件下，攪拌速度對(duì)銅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 攪拌速度對(duì)銅浸出率的影響

由圖4看出：隨攪拌速度增大，銅浸出率提高；攪拌速度大于300 r/min后，銅浸出率提高幅度不大。攪拌速度增大到一定值后，攪拌擴(kuò)散對(duì)反應(yīng)的影響已降低，而動(dòng)力消耗會(huì)增大，因此，確定最佳攪拌速度為300 r/min。

3.4 礦石粒度對(duì)銅浸出率的影響

在硫酸質(zhì)量濃度165 g/L、液固體積質(zhì)量比3∶1、浸出時(shí)間120 min、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，礦石粒度對(duì)銅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。

圖5 礦石粒度對(duì)銅浸出率的影響

由圖5看出，銅浸出率隨礦石粒度減小先升高后降低，礦石粒度為-74 μm占50%以上后，銅浸出率提高幅度不大。綜合考慮，確定礦石粒度以-74 μm占50%為宜。

3.5 浸出時(shí)間對(duì)銅浸出率的影響

在硫酸質(zhì)量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占50%、液固體積質(zhì)量比3∶1、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，浸出時(shí)間對(duì)銅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。

圖6 浸出時(shí)間對(duì)銅浸出率的影響

由圖6看出：隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)，銅浸出率提高；但浸出時(shí)間超過(guò)100 min后，銅浸出率變化不大，這表明此時(shí)銅浸出反應(yīng)基本結(jié)束。綜合考慮，確定適宜的浸出時(shí)間為100 min。

3.6 溫度對(duì)銅浸出率的影響

在硫酸質(zhì)量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占50%、浸出100 min、液固體積質(zhì)量比3∶1、攪拌速度300 r/min條件下，溫度對(duì)銅浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

圖7 溫度對(duì)銅浸出率的影響

由圖7看出：銅浸出率隨溫度升高而提高，溫度高于40 ℃后，銅浸出率穩(wěn)定在93%左右。值得注意的是，硫酸與礦物之間的反應(yīng)過(guò)程中放熱，因此浸出體系初始反應(yīng)溫度應(yīng)高于室溫。綜合考慮，試驗(yàn)在室溫下進(jìn)行即可，無(wú)須加熱。

3.7 綜合條件驗(yàn)證試驗(yàn)

單因素試驗(yàn)確定的適宜浸出條件為：硫酸質(zhì)量濃度165 g/L，攪拌速度300 r/min，液固體積質(zhì)量比3∶1，浸出100 min，溫度40 ℃。在此條件下進(jìn)行3組驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果銅浸出率分別為93.18%、92.97%、93.12%，平均93.09%，指標(biāo)穩(wěn)定。

4 結(jié)論

用硫酸溶液從某難處理氧化銅礦石中浸出銅是可行的。在硫酸質(zhì)量濃度165 g/L、液固體積質(zhì)量比3∶1、攪拌速度300 r/min、礦石粒度-74 μm占50%、浸出時(shí)間100 min、40 ℃條件下，銅浸出率可達(dá)93%。此方法簡(jiǎn)單易行，技術(shù)指標(biāo)較好且穩(wěn)定。

參考文獻(xiàn)：

[1] LIU W,TANG M,TANG C,etal.Dissolution kinetics of low grade complex copper ore in ammonia-ammonium chloride solution[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2010,20(5):910-917.

[2] 吳愛(ài)祥,胡凱建,王貽明,等.含碳酸鹽脈石氧化銅礦的酸浸動(dòng)力學(xué)[J].工程科學(xué)學(xué)報(bào),2016,38(6):760-766.

[3] 紀(jì)翠翠.高堿性氧化銅礦石的氨浸：萃取試驗(yàn)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué),2009.

[4] 孫敬鋒,廖璐,李紅立,等.某氧化銅礦石的硫酸攪拌浸出試驗(yàn)研究[J].濕法冶金,2014,33(2):101-103.

[5] 呂夢(mèng)陽(yáng),文書(shū)明,劉建,等.云南楚雄難處理氧化銅礦酸浸試驗(yàn)研究[J].礦產(chǎn)綜合利用,2012(2):21-23.

[6] 呂晉芳,簡(jiǎn)勝,楊林.某高結(jié)合率氧化銅礦石酸浸試驗(yàn)[J].金屬礦山,2013，42(7):89-90.

[7] 戴艷萍.氧化銅礦的化學(xué)處理研究[D].贛州：江西理工大學(xué),2010.

[9] 朱屯.現(xiàn)代銅濕法冶金[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2002:13-17.