高寒地区湿法炼铜技术特点分析

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●Vol.34,No.62016年6月
中国资源综合利用
China Resources Comprehensive Utilization
高寒地区湿法炼铜技术特点分析
张
磊1,2,魏帮1,黄
胜1,蒋应平1,周志强1
(1.北京矿冶研究总院,北京
100160;2.东北大学冶金学院,沈阳
110819)
摘要:以哈萨克斯坦Kounrad 湿法炼铜项目为例,介绍了在高寒地区(冬季最低-35℃)从低品位废石中采用堆浸-萃取-电积工艺回收金属铜工艺,并对该项目的设计特点进行了阐述。

目前,该项目已正常运行4年,产出的阴极铜纯度超过99.99%,吨铜运行成本低于2000美元,实现了高寒地区全年365d 不间歇生产。

关键词:冶金技术;铜;高寒地区;堆浸-萃取-电积中图分类号:TF811
文献标识码:A
文章编号:1008-9500(2016)06-0059-03
Technical Characteristics of Copper Hydrometallurgy Project in
High Cold Region of Kazakhstan
Zhang Lei 1,2,Wei Bang 1,Huang Sheng 1,Jiang Yingping 1,Zhou Zhiqiang 1
(1.Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy ,Beijing 100160,China ;
2.School of Metallurgy ,Northeastern University ,Liaoning ,Shenyang
110819,China )
Abstract :The article introduces the hydrometallurgical process with Leaching -Solvent Extraction -Electro winning to recovery copper from low grade waste ore by the sample of Kounrad copper project.The design character of Kounrad project is described.This plat was normal running more than 4years ,which the purity
of cathode copper was beyond 99.99%.The
operating cost was below USD 2,000/tCu.This plant is annual
running with the high cold temperature.
Keywords :hydrometallurgy ;copper ;high cold region ;leaching-solvent extraction-electro winning
收稿日期:2016-01-29作者简介:张
磊(1980-),男,河北井陉人,高级工程师,主要从事湿法冶金等方面的研究。

2015年全球精炼铜的产量为19.00Mt ,消费量
达到了20.07Mt ,其中火法冶炼工艺占铜产量的80%左右。

自2013年铜价走低以来,湿法炼铜工艺
的投资低、工艺流程短、运营成本低、能处理低品位铜矿以及对环境友好等优点越来越显著,世界各国都加大了对湿法炼铜项目的投资力度。

智利、秘鲁、刚果(金)、赞比亚、哈萨克斯坦、蒙古等国都不同程度的建设了新的湿法炼铜厂。

一些低品位的氧化矿以及火法冶炼过程开采所产生的剥离废矿石也得到了开发利用。

本研究以哈萨克斯坦Kounrad 湿法炼铜项目为例,介绍了高寒地区湿法炼铜的工艺特点及进展。

1项目概况
湿法炼铜工艺主要包括浸出—萃取—电积等工序。

浸出主要有搅拌浸出、槽浸、堆浸等方式。

其
中堆浸方式投资和运行成本低,对于低品位的氧化矿及剥离矿多采用堆浸方式进行铜浸出。

但在高寒地区因气温低,容易结冰等,冬季大部分堆浸作业多停产或减产。

Kounrad 炼铜厂是哈萨克斯坦首个万吨级的湿法炼铜厂,采用的浸出方式为就地堆浸。

该铜矿地处哈萨克斯坦中部,周围为戈壁滩。

当地夏季炎热干燥,最高温度可达35℃;冬季寒冷多雪,最低气温为-35℃;年平均气温为5℃。

冬季一般从10月份到来年的4月份。

该地区年平均降雨量约150mm
该项目原料主要是氧化铜矿和低品位的硫化铜矿与外皮剥离矿。

矿石铜品位较低,在0.1%~0.2%之间,2012年,该项目年产铜10kt 的湿法冶炼厂投产运行,2015年4月,新扩建的年产铜5kt
的湿法炼铜厂也投入使用。

目前的生产能力为年产铜15kt 。

工作研究
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●2工艺流程及设计特点
本项目采用就地堆浸(Dump/In-situ Leaching )-萃取(Solvent Extraction )-电积(Electrowinning )工艺路线。

该项目的萃取、电积工序都配置在厂房内,
冬天可以保温,夏天可以减少水量的蒸发。

另外为保证萃取及电积工序能正常工作,在萃取和电积车间都配置了换热器,在冬季的时候可以根据需要对浸出富液和电积富液进行加热。

项目工艺路线见图1,溶液中堆浸液(PLS 液)的成分见表1。

图1
典型L-SX-EW 工艺
表1溶液中堆浸液(PLS 液)成分
由表1可知,溶液中Cl 浓度较高,因此对设备的选型要求较高。

本项目中所有的泵过流部件均采用双相不锈钢(即2205)材质制作。

2.1
堆浸工序
堆浸方式主要有两种:一种为就地堆浸(Dump/In-situLeaching ),另一种是筑堆堆浸(HeapLeaching )。

目前很多项目都采用筑堆浸出方式,需要对场地进行平整、挖渠、铺膜、堆筑等。

就地堆浸就是在已成型的堆上直接铺设滴淋管进行滴淋。

浸出液与矿石进行化学反应后会通过矿石缝隙进入堆场旁边的积液渠。

Kounrad 项目采用就地堆浸方式。

堆浸液通过
矿堆和土质层侧流进入堆旁的积液渠。

腐殖土下面是坚硬的岩石层,PLS 溶液不会通过岩石层往下渗
漏。

工厂在堆场周边设置了多个观察点随时观察地下污染情况,目前未发生硫酸溶液腐蚀现象。

堆浸部分采取分区域、分阶段浸出方案。

整个矿区根据铜储量、地理位置划分成不同的区域,每个区域的循环浸出周期为6个月(180d ),滴淋速率为3m 3/(m 2
·h )。

通过柱浸试验结果可知,矿石每个月的浸出率分别是25.16%、16.38%、16.15%、
16.15%、16.15%和10.00%。

经过计算,对矿区进行
了滴淋区域划分,计算溶液流量和矿堆喷淋面积,以保证每个月的出铜量。

萃余液(堆浸前液)通过直径400mm 的HDPE 管直接从厂房内用泵送到堆场,输送管道采用保温材料进行保温。

溶液到达堆顶后,采用直径为200mm 的HDPE 管分散送往划定的堆块。

同时,为了最大限度减少夏天的蒸发和冬天的冻结,采用直径16mm 的滴淋管进行滴淋。

滴淋管上布有3mm 的小孔,孔间距为500mm ,每根滴淋管的间距为500
mm ,以保证萃余液能均匀的喷淋到矿堆上。

滴淋管的布设见图2。

图2滴淋管的布设
为保证冬季滴淋工序的顺利进行,采用两种方式进行保温。

一是采用板式换热器,对PLS 进行加热。

加热后的PLS 进入萃取工序,萃余液温度可在8℃以上。

萃余液由泵泵入堆场,保证了溶液不发生结冰上冻。

二是采用保温膜进行保温。

保温膜为3mm 厚的HDPE 土工布。

土工布铺在地表,并加盖土袋固定。

该保温措施效果明显,实现了全年365d
不停歇浸出。

2.2
萃取工序
堆浸后的PLS 液进入澄清池澄清后再进入萃取车间。

因PLS 液中氯离子浓度较高(1.5~3.0g/L ),因此对萃取槽的制作材料防腐性能要求也较高。

萃取槽采用钢衬玻璃钢(FRP )材料制作,既保证了溶液过流部件不易腐蚀,同时也保证了萃取槽的强度。

混合室采用双混合室结构,进液方式为下进上出,搅拌桨叶采用双层搅拌,混合室四周加挡流板,保证有机相和水相的充分混合外,又减少了漩涡现象。

萃余液
反萃有机相
贫电积液
堆浸萃取反萃电积
浸出富液负载有机相富电积液
阴极铜
g/L pH 值
Cu
Cl
Fe
1.5~20
2~4
1.5~3.07.0~9.0
工作研究
中国资源综合利用第6期
Φ3滴淋孔
泵
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●萃取槽按水相流量400m 3/h 进行设计。

萃取段
相比O/A=1.1/1,PLS 流量为400m 3/h ,萃取温度冬
季为1℃,夏季为15℃,混合时间3min ,澄清速率为3.25m 3/m 2·h 。

选择LIX984N 作为铜萃取剂,每1个澄清室配2个混合室,萃取槽混合室尺寸为2.8
m ×2.8m ×3.4m ,澄清室尺寸为20m ×13m ×1.2m 。

萃取槽3D 摸拟见图3。

图3萃取槽3D 模拟
因矿区各堆的面积、品位和储量不同,每个月PLS 的流量也不同,为保证固定的铜产量,萃取工序
采用弹性操作方式。

当Q 水相≤400m 3/h ,即铜浓度高、溶液量低
时,采用2级串联萃取、1级返萃、1级洗涤(即
2E1S1W );
当1000m 3/h ≤Q 水相<400m 3/h 时,采用2级串联萃取、1级并联萃取、1级返萃、1级洗涤(即
2E1P1S1W );
当Q 水相>1000m 3/h 时,采用3级并联萃取、1级返萃、1级洗涤(即3EP1S1W )流程。

这种操作方式保证了铜产量的稳定。

2.3
电积工序
电积富液(反萃后液)由萃取车间送入电积车
间。

为保证电积溶液的循环量,电积液先泵入电积液池,然后再泵送到电积槽进行电积。

进液采用下进上出的循环方式。

富电积液中Cu 浓度达到40~45g/L ,电流密度控制在290~300A/m 2
之间,槽电
压为2.0~2.4V ,同极距90mm ,槽温约45℃,阴极析出铜周期约7d 。

电积槽采用乙烯基树脂加混凝土材质制作。

一期车间总共50个槽子,此后电积车间扩产,又增加了24个电积槽。

电积槽尺寸为5m ×1.2m ×1.4m ,阴极材质为316L ,尺寸为1000mm ×1000mm ×3mm ,每槽数量为51块,阳极材质为Pb-Ca-Sn 合
金,尺寸为960mm ×940mm ×6mm ,每槽数量为52块。

为了减少车间内酸雾挥发,采用两种措施减低车间内的酸雾浓度。

一是每个电积槽上均加盖盖板。

同时增加排气管,使挥发的酸雾经排气管由吸收塔吸收。

二是在电积槽溶液中加入塑料小球,降低了溶液中酸雾的挥发。

同时为了防止铜板上长“瘤子”,在溶液中加入瓜尔胶(Guar ),保证了铜板的光净度。

同时加入硫酸钴,以便在溶液中保持一定量的钴离子,防止阳极板中的铅溶解进入电积液。

3主要经济技术指标
电流密度约为290~300A/m 2,电流效率90%,
生产出的阴极铜纯度大于99.99%。

萃取剂LIX984N 消耗约5kg/t-铜,硫酸消耗约400kg/t-
铜。

铜板操作运营成本低于2000美元/t 。

4结论
北京矿冶研究总院自1983年在海南设计投产国内第一家氧化铜矿的浸出—萃取—电积厂至今,已先后设计并投产了几十家L -SX -EW 工厂。

Kounrad 15kt/a 湿法炼铜厂是北京矿冶研究总院在国外首个万吨级的湿法炼铜项目,同时也是世界上为数不多的高寒地区全年365d 不间歇堆浸项目。

参
考文献
1蒋应平,张磊.哈萨克斯坦阔温拉德1万t/a 湿法炼铜项
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昊,李
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(责任编辑/陈军
)
工作研究
第6期张磊等:高寒地区湿法炼铜技术特点分析
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