萬(wàn) 磊

（中國(guó)有色礦業(yè)集團(tuán)有限公司，北京 100029）

在過(guò)去，由于銅金屬價(jià)格較低，銅的開發(fā)技術(shù)也并不十分完善，所以很多低品位的銅礦沒有被充分利用。隨著濕法冶金技術(shù)在近年來(lái)的不斷發(fā)展，低品位銅礦床的開采也越來(lái)越受到當(dāng)今社會(huì)的重視。銅濕法冶金工藝在低品位銅礦的開采之中可以發(fā)揮出關(guān)鍵性的作用與優(yōu)勢(shì)，該技術(shù)在其中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

1 銅資源及其在我國(guó)的生產(chǎn)現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

就銅礦而言，我國(guó)對(duì)外依存度較高，且我國(guó)銅的資源稟賦較差，大多數(shù)的銅礦都屬于中小型銅礦，大型銅礦十分稀少，且大多是貧礦。我國(guó)的大多數(shù)銅礦中，都含有大量的復(fù)雜伴生金屬[1]。且大多數(shù)的銅礦是地下開采，露天銅礦較少。在銅礦的選礦過(guò)程中，因?yàn)樵V品位低，礦物組成復(fù)雜，所以就在很大程度上增加了選礦成本。加之精礦的品位大多比較低，不僅使后期的冶煉工作增大了難度，也影響了銅的銷售價(jià)格。

將銅濕法冶金應(yīng)用到冶金工藝中，其最大的優(yōu)點(diǎn)就是降低成本。根據(jù)調(diào)查研究顯示，在當(dāng)今的銅礦冶煉中，火法生產(chǎn)每生產(chǎn)一噸銅需要投入的資金大約是6.5萬(wàn)元，而銅濕法工藝，則每生產(chǎn)一噸銅需要的投資僅僅為1.5萬(wàn)元[2]。由此可見，將銅濕法應(yīng)用到冶金工藝之中，將會(huì)讓銅的生產(chǎn)成本顯著降低?；谶@一情況，對(duì)國(guó)內(nèi)幾個(gè)典型銅礦銅濕法冶金工藝成本進(jìn)行了總結(jié)，其結(jié)果如下。

就生產(chǎn)規(guī)模而言，最大的是中條山銅礦，最小的是德興試驗(yàn)廠。由此我們可以看出，如果進(jìn)一步增加生產(chǎn)規(guī)模，銅濕法冶金工藝的成本優(yōu)勢(shì)也會(huì)更加明顯。

2 銅濕法冶金工藝的原理分析

（1）氧化銅礦石浸出。在氧化銅礦石之中，最為常見的有硅孔雀石、自然銅、孔雀石和赤銅礦，在具體的銅濕法工藝應(yīng)用過(guò)程中，將Fe2SO4以及H2SO4作為浸出劑。以下是其浸出的化學(xué)反應(yīng)：

在硫化銅礦之中，礦石的主要浸出原理就是通過(guò)生物氧化的方式來(lái)浸出，該技術(shù)在目前的發(fā)展速度比較快，工業(yè)應(yīng)用前景比較光明。在當(dāng)今，生物浸出工藝之中的主要微生物包括氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵桿菌等，在35℃以下的條件，這些物質(zhì)可以生存在有著較高重金屬濃度以及酸性的條件之中。在具體的細(xì)菌氧化過(guò)程中，其主要的機(jī)理可以按照兩種來(lái)進(jìn)行劃分，其一，礦物質(zhì)將細(xì)菌吸附到其表面，然后直接和細(xì)菌發(fā)生作用，進(jìn)而將礦物溶解；其二，礦物在溶解過(guò)程中會(huì)釋放出二價(jià)鐵離子，而溶液中的細(xì)菌會(huì)將其氧化成三價(jià)鐵離子，三價(jià)鐵離子在氧化硫化銅之中可以作為氧化劑，進(jìn)而發(fā)生直接化學(xué)作用或者是間接化學(xué)作用。

（2）輝銅礦細(xì)菌浸出。在有三價(jià)鐵離子的酸性條件之下，輝銅礦受到氧化之后可轉(zhuǎn)化為S 單質(zhì)和FeSO4，其化學(xué)反應(yīng)為：

在反應(yīng)之后，生成的S 單質(zhì)和FeSO4 將會(huì)再一次受到細(xì)菌的氧化，進(jìn)而形成H2SO4 和Fe2SO4，且這樣的反映可以一直循環(huán)下去。因?yàn)槭艿郊?xì)菌的作用，所以輝銅礦也可以在氧氣中發(fā)生氧化反應(yīng)，其氧化反應(yīng)為：

在輝銅礦的浸出工藝之中，主要的浸出原理是借助于三價(jià)鐵離子進(jìn)行間接氧化，在該反應(yīng)之中，主要的間接氧化劑是細(xì)菌。

（3）銅藍(lán)細(xì)菌浸出。因?yàn)殂~藍(lán)的浸出環(huán)境之中不含有三價(jià)鐵離子，也不含有其他的氧化劑，所以銅藍(lán)的浸出僅僅可以依靠細(xì)菌，且銅藍(lán)浸出過(guò)程中不會(huì)消耗酸。其具體的化學(xué)反應(yīng)是：

在該反應(yīng)進(jìn)行的過(guò)程中，礦物質(zhì)表面會(huì)直接浸出細(xì)菌，在細(xì)菌浸出之后，礦物的表面不會(huì)出現(xiàn)化學(xué)組成變化，這就說(shuō)明該反應(yīng)所浸出的物質(zhì)并沒有轉(zhuǎn)化為硫化物的這個(gè)中間過(guò)程，也并沒有S單質(zhì)產(chǎn)生。

（4）硫砷銅礦細(xì)菌浸出。在有氧氣和水存在的環(huán)境之下，由于氧化硫硫桿菌、復(fù)合細(xì)菌以及氧化亞鐵硫桿菌所產(chǎn)生的作用，使得硫砷銅礦可以直接發(fā)生浸出反應(yīng)，其浸出反應(yīng)為：

（5）斑銅礦和黃銅礦細(xì)菌浸出。在存在細(xì)菌的環(huán)境之下，細(xì)菌可以和Fe2(SO)3直接發(fā)生反應(yīng)，其反應(yīng)如下：

在該反應(yīng)中，F(xiàn)eSO4和FeO 可以在細(xì)菌和酸的作用之下轉(zhuǎn)化成Fe2(SO4)3，然后繼續(xù)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

3 銅濕法冶金工藝在我國(guó)銅礦之中的具體應(yīng)用

（1）在德興銅礦的應(yīng)用。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，將露天開采的礦剝離廢石作為原料，其中的銅品位在0.1%～0.25%之間，在此按照0.25%這一臨界品位進(jìn)行計(jì)算。

在該銅礦，廢石的總重量可以達(dá)到8.9億t，其中含有95.15萬(wàn)t銅。在這些礦石之中，有85%以上的礦石都屬于原生硫化礦，是難浸礦石。在該試驗(yàn)廠建成的第一年，A級(jí)銅的產(chǎn)量就達(dá)到了2000t，每噸銅的生產(chǎn)成本僅僅為10450元。在該銅礦的生產(chǎn)中，主要是借助于細(xì)菌浸出的方法來(lái)對(duì)原生的硫化銅礦石進(jìn)行處理，借助于堆浸工藝、萃取工藝以及電積工藝進(jìn)行處理。通過(guò)這些處理方式，不僅讓剝離廢石中所含有的銅得到有效回收，同時(shí)也避免了酸性廢水的排放對(duì)環(huán)境的影響。

（2）在中條山銅礦的應(yīng)用。中條山銅礦主要是銅礦峪銅礦，其中有著很多的氧化銅礦石，這些氧化銅礦石的品位很低，采用浮選起來(lái)十分困難，其總質(zhì)量超過(guò)1800 萬(wàn)t，品位通常在0.65%左右，氧化率可以達(dá)到50%以上。其具體參數(shù)見下表。

表2 試驗(yàn)礦具體情況

該銅礦的主要礦巖性屬于變石英斑巖以及變石英晶屑凝灰?guī)r，主要的含銅礦石包括硅孔礦石、銅藍(lán)、孔雀石、輝銅礦，絹云母和石英是其蛀牙的脈石礦物。

在具體的回收過(guò)程中，首先通過(guò)微擠壓爆破的方法讓礦石破碎，讓80%以上的礦石達(dá)到200mm 以下，再?gòu)目油獾呐湟赫局杏帽脤①|(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%～2.0%之間的稀硫酸輸送到實(shí)驗(yàn)廠的水平液體布置巷道之中，然后借助于分流閥將這些液體在整個(gè)采場(chǎng)均勻布置。稀硫酸液體在自身重力的作用之下以相應(yīng)的流速在礦石之中穿過(guò)，并和礦石之中的銅離子發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而生成硫酸銅溶液，這些硫酸銅溶液在采場(chǎng)底部位置的集液池匯集，然后通過(guò)泵送萃取的方式來(lái)電解形成陰極銅。

（3）在紫金礦業(yè)公司的應(yīng)用。該銅礦的銅儲(chǔ)量很大，但金屬品位比較低。據(jù)了解，該銅礦的總銅儲(chǔ)量可以達(dá)到125.64 萬(wàn)t，銅平均品位是0.68%，砷平均品位是2.58%，硫的平均品位是0.35%。在該銅礦之中，銅藍(lán)以及藍(lán)輝銅礦是主要的目的礦物，硫砷銅礦、塊硫砷銅礦以及輝銅礦是次要的目的礦物。在應(yīng)用傳統(tǒng)的浮選工藝進(jìn)行銅生產(chǎn)的過(guò)程中，不僅需要消耗大量的資金成本，而且也會(huì)對(duì)環(huán)境造成很大程度的污染，基于這一情況，該公司將銅濕法冶金工藝引入到了該銅礦的冶金工藝中。

首先將原來(lái)的礦石破碎到30mm 以下，并通過(guò)自動(dòng)卸礦后移式的方法來(lái)進(jìn)行礦石堆筑，堆筑高度應(yīng)該控制在8m ～10m 之間，在浸出的初期階段，可以先將人工富化馴化菌液引入，再借助于采礦平硐之中的酸性礦坑水和適量的工業(yè)硫酸配置成PH大約為2 的噴淋液來(lái)進(jìn)行浸出處理。在浸出液之中，銅離子的濃度在每升1.5g 以上。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，因?yàn)槲覈?guó)的銅資源賦存比較少，銅礦規(guī)模普遍較小，且品位比較低，所以銅的采選以及加工都比較困難?；谶@一情況，在銅礦的具體冶金過(guò)程中，可以將銅濕法冶煉技術(shù)加以更系統(tǒng)深入的科學(xué)應(yīng)用，以此來(lái)提升銅的冶煉效果，降低銅的生產(chǎn)成本，使更多的低品位銅礦石的資源化成為可能。