(NH_(4))_(2)SO_(4)-NH_(3)-H_(2)O体系浸出高碱性脉石低品位氧化铜矿
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由表2可知，试样-7.29 pm粒级占33.85% ,
其中 7. 29 ~74. 12 pm 占 60. 52% .
表1矿样的主要化学成分(质量分数)
Table 1 Chemical compositions analysis of copper
oxide ore (mass fraction)
%
SiO2 CaO MgO Al2 O3 k2 o Fe2 O3 CuO
56.120218. 387 5 11.677 5 8.524 4 1.667 9 1. 3900 1.281 8 TiO2 P2O5 Co2 O3 MnO SO3 ZrO2 Na2 O
0.505 4 0.172 5 0.119 9 0.105 4 0.030 8 0.014 1 0.002 3
表2粒度分析结果 Table 2 Granularity composition analysis results
表3相关配合离子的稳定常数 Table 3 Stability constants of related complex ions
物相
平衡常数lg 0 参考文献
Cu( NH3)2 +
4. 24
[16]
Cu( NH3)2 +
双守恒的条件下构建的浸岀体系中建立CU2（OH）2CO3 - （NH4LSO4 - NH3 - H2O的热力学模型，采用
Matlab的拟合功能与diff和solve函数算岀不同硫酸铵浓度时氨浸岀孔雀石的最佳氨浓度和总铜离子浓度.
实验考察了浸岀氨水浓度、氨铵比、液固比对铜浸岀率的影响.实验结果表明，高碱性脉石氧化铜矿石适宜浸
796
东北大学学报(自然科学版)
第42卷
行［3-4］，其中高碱性脉石型低品位氧化铜矿是典 型的氧化铜矿，国外主要分布在刚果(金)、赞比 亚［5］;国内主要分布在我国的新疆、云南、四川和 内蒙古地区，如:云南东川氧化铜矿、四川乐山氧 化铜矿和新疆的砂岩氧化铜矿［6］.高碱性脉石型 低品位氧化铜矿具有碱性脉石含量高、氧化率高、 含泥量高、品位低的“三高一低”特征，矿石中多 金属混杂,如:钙、镁、铝等杂质金属,其中钙、镁所 形成的碱性脉石约占矿石中总矿物的20% 40%，是这类矿石碱性高的主要原因.此外，矿石 中的矿物以氧化物为主，矿石的氧化率和结合率 都很高，属于典型的难处理低品位氧化铜矿［7-8］.
本文以难处理高碱性脉石低品位氧化铜矿为 研究对象,针对该矿样的主要含铜矿物孔雀石，基 于质量和电荷双守恒的条件下构建的浸出体系中 建立 Cu2( OH)2CO3-(NH4)2SO4-NH3-H2O 的热 力学模型，进行热力学计算.在此基础上，对氨水 浸出实验进行了验证.
1实验内容
1. 1实验原料 矿样取自刚果(金)某高碱性脉石氧化铜矿,
铜矿、铜蓝，其氨浸反应方程式分别如下.
Cu2( OH)2CO3 +6NH3 +2NH； =2Cu (NH3 )4+ +
H2 O + CO3-,
(1)
Cu3 ( CO3 )2 ( OH )2 + 10NH3 + 2NH4+ =
3Cu(NH3)2+ +2H2O +2CO3- ,
(2)
Cu2O+4NH3+4NH； + 1 O2=2Cu(NH3 )4+ +2H2O, (3)
第42卷第6期 2021年6月
东北大学学报(自然科学版) Journal of Northeastern University(Natural Science)
doi： 10. 12068/j.issn. 1005 -3026.2021.06.006
Vol. 42 ,No. 6 Jun. 2 0 2 1
量浓度，计算铜浸出率. 1.3浸出原理
氨浸法是对高碱性脉石低品位氧化铜矿最有
效的浸出手段，矿石中的铜通过与氨生成稳定的
络合离子浸入溶液中，而杂质钙、镁等金属不参加
反应，从而使目的金属与杂质金属钙、镁等分离. 氨浸法的优点是浸石、蓝铜矿、赤铜矿、辉
Cu2S + 5 O2 + 6NH3 + 2NH： = 2Cu ( NH3 )4+ +
第6期
肖发新等：(NHq)2SO4 - NH3 - H2O体系浸出高碱性脉石低品位氧化铜矿
797
SO2- + H2O,
(4)
CuS +4NH3 +2O2 = Cu( NH3)2+ + SO：-. (5)
2结果与讨论
铜是一种重要的金属资源,由于其机械性能、 导电及导热方面的优势，广泛用于电子电气、机械 制造、国防军工等领域.我国铜矿资源已查明储量
的基数大,但由于贫矿多、富矿少的铜矿床特点, 经济可采储量相对偏少[|-2],随着高品位硫化铜 矿不断消耗,对于低品位氧化铜矿的利用势在必
收稿日期：2020 -11 -13 基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFC1909003）. 作者简介：肖发新（1980 -），男，江西吉安人，东北大学副教授；涂赣峰（1964 -），男，江西萍乡人，东北大学教授,博士生导师.
低品位氧化铜矿常采用硫酸浸出的方式，但 针对高碱性脉石型低品位氧化铜矿若采用常规酸 浸工艺，不仅耗酸量大、经济效益小，而且在浸出 过程中产生的大量硫酸钙吸附在矿堆上发生板结 现象，严重恶化后续的溶液渗透效果，而若采用氨 浸工艺处理该类矿物，则能避免钙、镁等高碱性物 质浸入溶液中，保证铜氨溶液中铜的纯度［9-'0］. 目前国内外针对该类矿物大都采用氨浸，但 这些研究中氨水浓度均较高，达到2 mol/L以上， 由于高浓度氨水在生产中容易挥发及腐蚀设备, 恶化操作环境，难以在工业上大规模推广.因此研 究低氨浸出对高碱性脉石低品位氧化铜矿的工业 应用具有重要意义.
酸浸,则会在浸出的过程中产生硫酸钙和硫酸镁
微溶物堵塞浸出通道，这样会延长浸出周期、降低
浸出效率、增加生产成本.因此，实验中采用氨浸
来进行浸出实验.操作步骤如下. 称取5. 00 g矿粉于50 mL锥形瓶中，加入一
定浓度的氨水-硫酸铵溶液，在带有集热式磁力 搅拌器的水浴锅中加热,温度升至设定温度后搅 拌并计时.反应结束后抽滤，将浸出液定容至 50 mL,用铜试剂分光光度计法分析其中铜的质
2. 1热力学分析 高碱性脉石低品位氧化铜矿中主要含铜物相
为孔雀石，本文基于质量和电荷双守恒的条件下 在(NH4)2 SO4-NH3-H2 O浸出体系中建立 Cu2( OH)2CO3-( NH4)2so4-nh3-h2o 的热力学 模型［W-⑸.
溶液中各离子的活度系数很难获取，因此本 文的计算均采用浓度来代替活度,体系中相关配 合离子的稳定常数(251)如表3所示.
（NH4 ）2SO4 -nh3 -h2o 体系浸出
高碱性脉石低品位氧化铜矿
肖发新，彭宇，孙树臣，涂赣峰
（东北大学冶金学院，辽宁沈阳110819）
摘
要：以高碱性脉石低品位氧化铜矿为研究对象，针对该矿样钙镁含量高的特点，采用氨水-硫酸铵
浸岀体系进行了常温常压浸岀实验.针对该矿样的主要含铜矿物孔雀石（CU2（OH）2 CO3）,基于质量和电荷的
Leaching of High-Alkaline Gangue Low-Grade Copper Oxide
Ore in (NH4 ) 2 SO4 -NH3 -H2 O Solution
XIAO Fa-xin,, PENG Yu, SUN Shu-chen, TU Gan-feng
(School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China. Corresponding author: XIAO Fa-xin, E-mail: xiaofx@ smm. neu. edu. cn)
粒级/ pm
产率/ %
累计产率/ %
+ 74. 12 34.21 〜74. 12 15. 79 -34.21 7. 29 〜15. 79
-7. 29
5.63 19. 19 22. 95 18.38 33. 85
100 94. 37 75. 18 52. 23 33. 85
1.2实验方法 因该矿样含有大量的钙盐和镁盐，如果采用
岀条件为氨水浓度1. 2 mol/L,氨铵比2： 1,液固比3：1，该条件下铜浸岀率较高,达到约70% .实验结果与热力
学计算结果基本吻合.
关 键 词：氨浸;氨铵比;热力学；（NH*）2SO4 -NH3 -H2O体系;高碱性脉石低品位氧化铜矿
中图分类号：TD 952
文献标志码：A
文章编号：1005 -3026（2021）06 -0795 -07
Abstract: A low-grade copper oxide ore with highly alkaline was treated. According to the characteristics of the solution with the high content of calcium and magnesium, ammonia ammonium sulfate leaching system was adopted to conduct leaching experiment for recovering copper from a low-grade oxidized copper ore. The thermodynamic model of Cu2 (OH )2CO3(NH4) 2 SO4 -NH3 -H2 O was established in the leaching system of malachite ( Cu2 ( OH) 2 CO3) under the condition of double conservation of mass and charge. The fitting function of the Matlab software and the diff and solve functions were used to calculate the optimal ammonia concentration and total copper ion concentration of malachite under different ammonium sulfate concentrations, respectively. Parameters, such as ammonia concentration, ammonia-ammonium ratio and liquid solid ratio were optimized. The results indicate that the appropriate conditions include an ammonia concentration of 1. 2 mol/L, an ammonia-ammonium ratio of 2： 1 and a liquid-solid ratio of 3： 1. Under these conditions, the copper leaching rate reaches 〜70% . The calculated results are basically consistent with the experimental measurements. Key words: ammonia leaching ； ammonia ammonium ratio ； thermodynamic ； ( NH4 )2 SO4-NH3 H2 O system ； high-alkaline gangue low grade copper oxide
金属矿物主要有孔雀石(CU2( OH) 2CO3)、蓝铜矿 (Cu3( OH )2( CO3)2)、赤铜矿(CU2 O)、辉铜矿 (CU2S)、铜蓝(CuS)；脉石矿石主要有石英、方解 石.矿样的主要化学成分列于表1.
由表1可知，原矿中铜品位较低，脉石主要成 分为硅、钙、镁和铝,属于典型的高碱性脉石低品 位氧化铜矿.经过ICP定量分析，测得矿样Cu质 量分数仅为0. 89% .对该矿样进行粒度分析，结 果见表2.
其中 7. 29 ~74. 12 pm 占 60. 52% .
表1矿样的主要化学成分(质量分数)
Table 1 Chemical compositions analysis of copper
oxide ore (mass fraction)
%
SiO2 CaO MgO Al2 O3 k2 o Fe2 O3 CuO
56.120218. 387 5 11.677 5 8.524 4 1.667 9 1. 3900 1.281 8 TiO2 P2O5 Co2 O3 MnO SO3 ZrO2 Na2 O
0.505 4 0.172 5 0.119 9 0.105 4 0.030 8 0.014 1 0.002 3
表2粒度分析结果 Table 2 Granularity composition analysis results
表3相关配合离子的稳定常数 Table 3 Stability constants of related complex ions
物相
平衡常数lg 0 参考文献
Cu( NH3)2 +
4. 24
[16]
Cu( NH3)2 +
双守恒的条件下构建的浸岀体系中建立CU2（OH）2CO3 - （NH4LSO4 - NH3 - H2O的热力学模型，采用
Matlab的拟合功能与diff和solve函数算岀不同硫酸铵浓度时氨浸岀孔雀石的最佳氨浓度和总铜离子浓度.
实验考察了浸岀氨水浓度、氨铵比、液固比对铜浸岀率的影响.实验结果表明，高碱性脉石氧化铜矿石适宜浸
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东北大学学报(自然科学版)
第42卷
行［3-4］，其中高碱性脉石型低品位氧化铜矿是典 型的氧化铜矿，国外主要分布在刚果(金)、赞比 亚［5］;国内主要分布在我国的新疆、云南、四川和 内蒙古地区，如:云南东川氧化铜矿、四川乐山氧 化铜矿和新疆的砂岩氧化铜矿［6］.高碱性脉石型 低品位氧化铜矿具有碱性脉石含量高、氧化率高、 含泥量高、品位低的“三高一低”特征，矿石中多 金属混杂,如:钙、镁、铝等杂质金属,其中钙、镁所 形成的碱性脉石约占矿石中总矿物的20% 40%，是这类矿石碱性高的主要原因.此外，矿石 中的矿物以氧化物为主，矿石的氧化率和结合率 都很高，属于典型的难处理低品位氧化铜矿［7-8］.
本文以难处理高碱性脉石低品位氧化铜矿为 研究对象,针对该矿样的主要含铜矿物孔雀石，基 于质量和电荷双守恒的条件下构建的浸出体系中 建立 Cu2( OH)2CO3-(NH4)2SO4-NH3-H2O 的热 力学模型，进行热力学计算.在此基础上，对氨水 浸出实验进行了验证.
1实验内容
1. 1实验原料 矿样取自刚果(金)某高碱性脉石氧化铜矿,
铜矿、铜蓝，其氨浸反应方程式分别如下.
Cu2( OH)2CO3 +6NH3 +2NH； =2Cu (NH3 )4+ +
H2 O + CO3-,
(1)
Cu3 ( CO3 )2 ( OH )2 + 10NH3 + 2NH4+ =
3Cu(NH3)2+ +2H2O +2CO3- ,
(2)
Cu2O+4NH3+4NH； + 1 O2=2Cu(NH3 )4+ +2H2O, (3)
第42卷第6期 2021年6月
东北大学学报(自然科学版) Journal of Northeastern University(Natural Science)
doi： 10. 12068/j.issn. 1005 -3026.2021.06.006
Vol. 42 ,No. 6 Jun. 2 0 2 1
量浓度，计算铜浸出率. 1.3浸出原理
氨浸法是对高碱性脉石低品位氧化铜矿最有
效的浸出手段，矿石中的铜通过与氨生成稳定的
络合离子浸入溶液中，而杂质钙、镁等金属不参加
反应，从而使目的金属与杂质金属钙、镁等分离. 氨浸法的优点是浸石、蓝铜矿、赤铜矿、辉
Cu2S + 5 O2 + 6NH3 + 2NH： = 2Cu ( NH3 )4+ +
第6期
肖发新等：(NHq)2SO4 - NH3 - H2O体系浸出高碱性脉石低品位氧化铜矿
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SO2- + H2O,
(4)
CuS +4NH3 +2O2 = Cu( NH3)2+ + SO：-. (5)
2结果与讨论
铜是一种重要的金属资源,由于其机械性能、 导电及导热方面的优势，广泛用于电子电气、机械 制造、国防军工等领域.我国铜矿资源已查明储量
的基数大,但由于贫矿多、富矿少的铜矿床特点, 经济可采储量相对偏少[|-2],随着高品位硫化铜 矿不断消耗,对于低品位氧化铜矿的利用势在必
收稿日期：2020 -11 -13 基金项目：国家重点研发计划项目（2020YFC1909003）. 作者简介：肖发新（1980 -），男，江西吉安人，东北大学副教授；涂赣峰（1964 -），男，江西萍乡人，东北大学教授,博士生导师.
低品位氧化铜矿常采用硫酸浸出的方式，但 针对高碱性脉石型低品位氧化铜矿若采用常规酸 浸工艺，不仅耗酸量大、经济效益小，而且在浸出 过程中产生的大量硫酸钙吸附在矿堆上发生板结 现象，严重恶化后续的溶液渗透效果，而若采用氨 浸工艺处理该类矿物，则能避免钙、镁等高碱性物 质浸入溶液中，保证铜氨溶液中铜的纯度［9-'0］. 目前国内外针对该类矿物大都采用氨浸，但 这些研究中氨水浓度均较高，达到2 mol/L以上， 由于高浓度氨水在生产中容易挥发及腐蚀设备, 恶化操作环境，难以在工业上大规模推广.因此研 究低氨浸出对高碱性脉石低品位氧化铜矿的工业 应用具有重要意义.
酸浸,则会在浸出的过程中产生硫酸钙和硫酸镁
微溶物堵塞浸出通道，这样会延长浸出周期、降低
浸出效率、增加生产成本.因此，实验中采用氨浸
来进行浸出实验.操作步骤如下. 称取5. 00 g矿粉于50 mL锥形瓶中，加入一
定浓度的氨水-硫酸铵溶液，在带有集热式磁力 搅拌器的水浴锅中加热,温度升至设定温度后搅 拌并计时.反应结束后抽滤，将浸出液定容至 50 mL,用铜试剂分光光度计法分析其中铜的质
2. 1热力学分析 高碱性脉石低品位氧化铜矿中主要含铜物相
为孔雀石，本文基于质量和电荷双守恒的条件下 在(NH4)2 SO4-NH3-H2 O浸出体系中建立 Cu2( OH)2CO3-( NH4)2so4-nh3-h2o 的热力学 模型［W-⑸.
溶液中各离子的活度系数很难获取，因此本 文的计算均采用浓度来代替活度,体系中相关配 合离子的稳定常数(251)如表3所示.
（NH4 ）2SO4 -nh3 -h2o 体系浸出
高碱性脉石低品位氧化铜矿
肖发新，彭宇，孙树臣，涂赣峰
（东北大学冶金学院，辽宁沈阳110819）
摘
要：以高碱性脉石低品位氧化铜矿为研究对象，针对该矿样钙镁含量高的特点，采用氨水-硫酸铵
浸岀体系进行了常温常压浸岀实验.针对该矿样的主要含铜矿物孔雀石（CU2（OH）2 CO3）,基于质量和电荷的
Leaching of High-Alkaline Gangue Low-Grade Copper Oxide
Ore in (NH4 ) 2 SO4 -NH3 -H2 O Solution
XIAO Fa-xin,, PENG Yu, SUN Shu-chen, TU Gan-feng
(School of Metallurgy, Northeastern University, Shenyang 110819, China. Corresponding author: XIAO Fa-xin, E-mail: xiaofx@ smm. neu. edu. cn)
粒级/ pm
产率/ %
累计产率/ %
+ 74. 12 34.21 〜74. 12 15. 79 -34.21 7. 29 〜15. 79
-7. 29
5.63 19. 19 22. 95 18.38 33. 85
100 94. 37 75. 18 52. 23 33. 85
1.2实验方法 因该矿样含有大量的钙盐和镁盐，如果采用
岀条件为氨水浓度1. 2 mol/L,氨铵比2： 1,液固比3：1，该条件下铜浸岀率较高,达到约70% .实验结果与热力
学计算结果基本吻合.
关 键 词：氨浸;氨铵比;热力学；（NH*）2SO4 -NH3 -H2O体系;高碱性脉石低品位氧化铜矿
中图分类号：TD 952
文献标志码：A
文章编号：1005 -3026（2021）06 -0795 -07
Abstract: A low-grade copper oxide ore with highly alkaline was treated. According to the characteristics of the solution with the high content of calcium and magnesium, ammonia ammonium sulfate leaching system was adopted to conduct leaching experiment for recovering copper from a low-grade oxidized copper ore. The thermodynamic model of Cu2 (OH )2CO3(NH4) 2 SO4 -NH3 -H2 O was established in the leaching system of malachite ( Cu2 ( OH) 2 CO3) under the condition of double conservation of mass and charge. The fitting function of the Matlab software and the diff and solve functions were used to calculate the optimal ammonia concentration and total copper ion concentration of malachite under different ammonium sulfate concentrations, respectively. Parameters, such as ammonia concentration, ammonia-ammonium ratio and liquid solid ratio were optimized. The results indicate that the appropriate conditions include an ammonia concentration of 1. 2 mol/L, an ammonia-ammonium ratio of 2： 1 and a liquid-solid ratio of 3： 1. Under these conditions, the copper leaching rate reaches 〜70% . The calculated results are basically consistent with the experimental measurements. Key words: ammonia leaching ； ammonia ammonium ratio ； thermodynamic ； ( NH4 )2 SO4-NH3 H2 O system ； high-alkaline gangue low grade copper oxide
金属矿物主要有孔雀石(CU2( OH) 2CO3)、蓝铜矿 (Cu3( OH )2( CO3)2)、赤铜矿(CU2 O)、辉铜矿 (CU2S)、铜蓝(CuS)；脉石矿石主要有石英、方解 石.矿样的主要化学成分列于表1.
由表1可知，原矿中铜品位较低，脉石主要成 分为硅、钙、镁和铝,属于典型的高碱性脉石低品 位氧化铜矿.经过ICP定量分析，测得矿样Cu质 量分数仅为0. 89% .对该矿样进行粒度分析，结 果见表2.