康宏宇
(奎屯銅冠冶化有限責(zé)任公司,新疆 伊犁 833200)
濕法冶銅是目前提取銅資源的主要方法之一,大量應(yīng)用實(shí)例表明,濕法冶銅具有投資成本低、對(duì)環(huán)境污染小、礦產(chǎn)資源利用率比較高等優(yōu)勢(shì)[1]。我國(guó)濕法冶銅工藝研究和應(yīng)用的起步比較晚,各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范還不夠成熟,因此,生產(chǎn)規(guī)模還比較小,和其他國(guó)家相比仍然存在不小的差距,在這樣的基礎(chǔ)上開展?jié)穹ㄒ便~工藝的研究就顯得尤為重要。
我國(guó)銅礦資源比較匱乏,并且品位比較低,質(zhì)量比較差,大型銅礦比較小,多為中小型銅礦,復(fù)雜金屬礦多,采礦難度比較大。濕法冶銅最大的優(yōu)點(diǎn)是投資小,成本低。相關(guān)報(bào)道現(xiàn)實(shí),火法冶銅每噸投資成本在6.5萬元左右,濕法冶銅每噸投資成本大約只有1.5萬元左右,如果大規(guī)模生產(chǎn)則生產(chǎn)成本更低。因此,濕法冶銅對(duì)我國(guó)銅工業(yè)的發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
(1)有利于處理低品位銅礦。濕法冶銅可適用銅的氧化礦,回收效率比較高,在生物技術(shù)不斷發(fā)展的背景下,各項(xiàng)技術(shù)愈發(fā)成熟,在品位更低的硫化銅礦方面也可以得到良好的應(yīng)用。傳統(tǒng)處理方法認(rèn)為無法處理的表外礦、廢石、尾礦等都可通過濕法冶銅工藝重新利用,只有礦石的含銅量在0.04%~0.07%之間,都可以作為濕法冶銅的原材料,大大提升銅資源的利用范圍。
(2)濕法冶銅工藝比較簡(jiǎn)單。和其他冶銅工藝相比,濕法冶銅的工藝更加簡(jiǎn)單,耗能也更低,因此,成本比較低,如果可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn),則濕法冶銅的成本會(huì)進(jìn)一步降低。
(3)產(chǎn)品的可利用性比較高。陰極銅的質(zhì)量非常高,甚至可以達(dá)到99.99%,主要原因是溶劑萃取技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)銅的選擇性,在其他合金陽(yáng)極和電解液中加入Co2+,可有效防止陽(yáng)極腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生,從而保證陰極產(chǎn)品的質(zhì)量。
濕法冶銅的原理,可簡(jiǎn)單概述為三個(gè)步驟,即浸出、萃取、電積,具體濕法冶銅過程如圖1所示:
圖1 濕法冶銅過程圖
對(duì)氧化銅礦石而言,在采用濕法冶銅時(shí),需要合理控制礦石的粒度,以便提升銅的浸出效果。但針對(duì)硫化銅礦石而言,礦物種類不同,浸出效果比較差,多結(jié)合生物氧化工藝處理聯(lián)合使用,但對(duì)于原生硫化銅礦而言,仍然采用火法處理法[1]。
通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究表明,氧化銅礦石的礦物有100多種,當(dāng)硫酸浸出時(shí)可浸出來。而槽浸則比較適用于高品位氧化銅處理中,并且浸出周期相對(duì)比較短,如果在浸出液中的含銅量比較高,則可直接進(jìn)行電積處理。最開始濕法冶銅工藝為:在浸出槽中以50g/L~100g/L硫酸浸出品位在1%~2%的氧化銅。為提升濕法冶銅效率,通常在裝有攪拌進(jìn)出裝置的浸出槽中通過50g/L~100g/L大的硫酸浸出細(xì)粒氧化銅[2]。此種濕法冶銅工藝對(duì)氧化銅礦石的品位要求比較高。或者通過預(yù)先富集處理。
堆浸法主要應(yīng)用在難選氧化銅礦石、低銅表外礦石、非礦石浸出中,把礦石對(duì)堆放在一起后,在表面噴灑適量的浸出劑。如果浸出劑可滲透礦堆銅被溶出匯集到集液池中。經(jīng)過一定的周期以后,在上方重新堆砌新礦,通過如此循環(huán)操作的方法,即可冶銅的目的。
在具體應(yīng)用過程中,主要分為兩個(gè)步驟,第一步是用濃硫酸熟化細(xì)碎的氧化銅礦石;第二步是采用稀硫酸溶液進(jìn)行薄層堆浸,可實(shí)現(xiàn)就地浸出。通過將浸出劑注入氧化銅礦石,溶解中有價(jià)金屬的浸出法。
針對(duì)硫化銅礦石而言,生物氧化浸銅是目前應(yīng)用和研究的主要內(nèi)容,也是目前濕法冶銅中發(fā)展最快和前景做好的工藝之一。生物浸出中的微生物主要為氧化亞鐵硫酸桿菌或者是氧化硫酸桿菌,這兩種微生物可在35℃以下或者重金屬含量比較高的惡劣環(huán)境下生存。細(xì)菌氧化浸出的機(jī)理包括兩種,一種是細(xì)菌吸附到硫化銅礦石表面和礦物發(fā)生作用下促使礦物逐漸溶解;另一種是礦物溶解時(shí)會(huì)釋放出二價(jià)鐵在溶解中被細(xì)菌氧化為三價(jià)鐵,三價(jià)鐵可作為氧化劑來氧化硫化銅礦石,具體工藝如下:
(1)輝銅礦的細(xì)菌浸出。輝銅礦在三價(jià)鐵的條件下,可被氧化為硫酸鐵和硫,具體的化學(xué)反應(yīng)公式為:Cu2S+2Fe2(SO4)3=2CuSO4+4FeSO4+S
該化學(xué)公式中,F(xiàn)eSO4和S經(jīng)過細(xì)菌氧化后會(huì)從新形成Fe2(SO4)3和H2SO4進(jìn)行充分循環(huán)反應(yīng)。
(2)銅藍(lán)的細(xì)菌浸出。在銅藍(lán)的浸出環(huán)境中并不包含三價(jià)鐵和其他氧化劑,因此,在浸出作用下,濕法冶銅的主要機(jī)理由細(xì)菌引起,在浸出過程中酸耗為零,具體的化學(xué)反應(yīng)公式如下:CuS+2O2=CuSO4
細(xì)菌浸出在銅藍(lán)的表面發(fā)生,無論是浸出過程中,還是浸出后銅藍(lán)的化學(xué)組成并未為發(fā)生變化,從該化學(xué)反應(yīng)公式中可以看出,浸出過程中并沒有轉(zhuǎn)化為其他硫化物的中間過程,也沒有形成元素S。
(3)硫砷銅礦的細(xì)菌浸出。在水和氧同時(shí)存在的條件下,在氧化亞鐵桿菌、氧化硫桿菌等其他復(fù)合細(xì)菌的作用下實(shí)現(xiàn)浸出,具體的浸出化學(xué)反應(yīng)公式為:4CuAsS+6H2O+13O2=4H3AsO4+4CuSO2
(4)黃銅礦、斑銅礦的細(xì)菌浸出。黃銅礦、斑銅礦可在細(xì)菌存在的狀態(tài)下,直接和Fe2(SO)3進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),具體化學(xué)反應(yīng)公式為:CuFeS2+2Fe(SO)3=CuSO4+2FeSO4+2S
2Cu5FeS2+2Fe2(SO4)3+17O2=10CuSO2+4FeSO4+2FeO
上述這兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)公式中,F(xiàn)eSO4和FeO在酸和細(xì)菌的作用下,可重新轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3,然后進(jìn)行繼續(xù)反應(yīng),直到達(dá)到全部反應(yīng)完成。
綜上所述,本文結(jié)合理論實(shí)踐,研究了濕法冶銅工藝,研究結(jié)果表明,和火法冶銅相比,濕法冶銅具有成本更低、效率更高、污染更小的優(yōu)勢(shì),符合目前我國(guó)冶銅事業(yè)綠色發(fā)展理念的需求。不同銅礦石所具有的特性和含有的雜質(zhì)不同,因此,需要根據(jù)銅礦石的實(shí)際特性,選擇與之相適的方法,才能提升浸出效率,氧化銅礦石在浸出操作是可采用攪拌浸出方式,生物浸出中的微生物主要為氧化亞鐵硫酸桿菌或者是氧化硫酸桿菌,浸出液可直接凈化除雜質(zhì),流程短,投資少,對(duì)環(huán)境污染小,原料應(yīng)用范圍較廣,金屬回收率較高,銅的回收率大于98%,其他金屬,如銀、金、鐵等也得到有效回收。