低品位镍铜矿和铀矿浸出与分离富集研究

低品位镍铜矿和铀矿的浸出与分离富集研究一、低品位镍铜矿的浸出（一）氨浸低品位氧化镍矿采用的还原焙烧—氨浸工艺又称Caron法，由Caron教授发明，50年代古巴尼加罗(Nicaro)冶炼厂和70年代澳洲QNI 公司的Yabula镍厂相继建成此法生产线，全流程镍的回收率达到75%-80%，钴回收率约40%-50%。

还原焙烧的目的是使硅酸镍和氧化镍最大限度地被还原成金属，可采用回转窑、多膛炉或流态化炉，还原度一般控制在60%-70%，平均停留时间约0.5h，同时控制还原条件，使大部分Fe3+还原成Fe3O4，只有少部分Fe3+被还原成金属，结合的氧化镍( 如NiO·SiO2，NiO·Fe2O3)还原为活泼的、游离的金属镍。

所谓氨浸，是用氨性溶液在常压下采用多级逆流浸出方法将还原焙烧产出的焙砂中的镍、钴以Ni(NH3)62+、Co(NH3)62+的形式转入溶液中，而铁、镁等存在于渣中，从而达到镍、钴与铁等的初步分离。

氨浸法最大缺点是钴的回收率不高，小于60%。

低品位氧化铜矿也可采取氨浸办法，如云南东川汤丹氧化铜矿处理的高碱性脉石氧化铜矿，含铜0.8%-1.5%，片岩型矿，风化较好，碳酸盐含量较高，矿物中碱性脉石(CaO＋MgO)含量达10%以上。

若采用酸浸工艺，不仅耗酸量大，经济上不合理；同时由于酸浸时生成大量的硫酸钙易使矿堆板结，不利于溶液的渗透。

该厂是中国首家采用低浓度氨浸堆浸方法的铜厂，总体工艺由北京矿冶研究总院设计，设计能力为年产阴极铜300-500t。

矿石为露天开采，经颚式破碎机二级破碎，碎后粒度约50mm，分区筑堆，每层堆高6m。

矿堆铺设滴灌网滴灌浸出，同时抑制氨的挥发。

浸出液含铜1-1.5g/L，萃取提铜后经汽浮池浮油处理返回浸堆。

萃取系统为两级萃取、一级洗涤、一级反萃作业。

主要试剂液氨的消耗约为1.5tNH3/tCu。

（二）酸浸高压酸浸工艺处理氧化矿始于20世纪50年代末，工艺技术核心包括高压釜技术和溶液处理技术。

与还原焙烧-氨浸工艺相比，高压酸浸工艺具有能耗低、镍回收率高、钴浸出率高(可以达到90%以上)等优点。

低品位氧化镍矿的高压酸浸法通常用硫酸选择性浸出镍和钻，包括矿浆制备、浸出和镍钴回收3道工序。

矿石经过洗涤与筛分，加水制成固含量25%的矿浆，进浓密机浓密。

底流中固体占45%～75%，用泵送至浸出段。

在250-270℃、4-5MP的高温高压条件下，用稀硫酸将镍、钻等与铁、铝矿物一起溶解，并控制一定的pH值等条件，使浸出的少量铁、铝和硅等杂质元素水解进入渣中，镍、钴选择性进入溶液。

浸出液用硫化氢还原中和、沉淀，得到高质量的镍钴硫化物，再通过传统的精炼工艺配套产出最终产品。

澳大利亚西部考斯( Cawse)、布隆( Bulong)和莫林莫林( Murrin Murrin)三个镍厂均采用高压酸浸法处理低品位氧化镍矿，首期工程年生产能力2.7-3万t，总投资额为21.6亿澳元。

高压酸浸法最大的优点是钴的浸出率高，可达90%以上，大大高于其他流程。

但高压酸浸法只适合处理含镁低的氧化矿，因为镁含量高会加大酸耗量并影响后续工艺流程。

此外，由于高压酸浸过程中浸出液始终处于过饱和状态，溶液中不断有固体沉淀产生，大部分沉淀形成浸渣，少部分在高压釜内部形成结垢，影响高压酸浸工艺的运行。

高压酸浸需采用高压条件，对设备、规模、投资、操作控制等有很高要求，也影响了其推广应用。

因此，若能实现在常压条件下操作，则会给氧化矿的处理技术带来革命性转变。

常压酸浸法处理氧化镍矿的一般工艺为：对矿石先进行磨矿和分级处理，将磨细后的矿浆加入10%稀硫酸溶液，浸出温度约90℃，常压下搅拌，将矿石中的镍浸出进入溶液，镍浸出率可达80%，钴的浸出率可达到60%以上。

浸出液再用碳酸钙进行中和处理，过滤进行液固分离，得到的浸出液用CaO或NaS做沉淀剂进行沉镍。

欧洲镍公司2( European Nickel)目前正在土耳其进行大规模堆浸试验处理氧化镍矿，有望建成世界上第一座采用堆浸技术提取镍和钴的工厂。

常压酸浸法的缺点是矿堆容易板结，溶液渗透性差，影响浸出效果；Fe3+和Al3+等被大量浸出，浸出渣量大，酸耗较高；此外，除铁是所有常压酸浸工艺必须面对的难题。

常压酸浸法用于低品位氧化铜矿的成功案例是中条山铜矿峪铜矿，该矿是中国首次采用地下溶浸技术处理难选低品位氧化铜矿，由北京矿冶研究总院和长沙矿山研究院设计，设计能力为500tCu/a，1999年5月投产。

地下溶浸技术是一种采、选、冶相结合的矿物处理技术，不需要把矿石开采出来，不破坏植被和生态，对环境没有污染，对那些品位低、埋藏深、不宜开采或工程地质条件复杂，用常规技术无法开采或不经济的矿体有重要意义。

中条山铜矿峪铜矿在930m标高的采空区遗留有约400多万吨低品位氧化铜矿，矿石平均品位0.6%，氧化率50%以上。

采用地下溶浸技术，通过在地表喷淋，在旧矿坑道把溶液收集起来用泵送至地表作萃取处理。

浸出液含铜1～3g/L，采用两级萃取、一级反萃作业。

又如美国亚利桑那州的San Manuel 铜矿，是一大型斑岩铜矿，从50年代开始采矿，上部氧化矿采用堆浸，下部采空区进行地下溶浸，年生产能力7.3×105tCu。

（三）生物浸出生物浸出技术工业化始于20世纪60年代的铜矿、铀矿，到了20世纪80年代生物浸出技术发展更加迅速，并在铜、铀、金等冶金方面大规模工业应用，生物浸出的研究与应用领域已由铜、铀、金等的提取向镍、钴、锌、钼、磷、煤脱硫等领域拓展，到1999年镍钴矿的生物提取也相继实现了工业应用，标志着镍钴矿的生物浸出已从实验室走向工业化应用。

从80年代起, 国内一些从事基础研究的单位如北京有色金属研究总院、中国科学院过程工程研究所、中南大学等开始系统研究各类金属矿的细菌浸出机制的研究，以选育对pH和温度耐受性好、抗毒性强、浸矿效率高的细菌。

针对金川一矿区(龙首矿)和二矿区的低品位镍铜矿(包括贫矿、表外矿、混合矿及现行选矿工艺产出的尾矿等)，方兆珩等利用中科院微生物所提供的氧化亚铁硫杆菌(T.f.) 和氧化硫硫杆菌(T.t.)进行浸出实验，浸出时间为10d、温度35℃的优化条件下，镍浸出率可达到80%、铜达45%、钴达78%。

细菌浸出氧化矿是利用微生物自身的氧化或还原特性，使矿物的某些组分氧化还原，从而与原矿物分离。

可用于氧化镍矿浸出的细菌较少，目前研究较多的细菌为黑曲霉。

总体来说，生物浸出对尾矿、贫矿的资源化治理是非常有效的手段，但生物浸出难以克服的缺陷是金属浸出率偏低、浸出周期长，细菌对环境的适应性差，浸出温度有明显限制，在炎热干旱地区，水的蒸发也是浸出需面临的问题。

二、浸出液中镍铜的分离、富集与回收（一）化学沉淀法可用硫化钠使浸出液中的Ni、Cu以硫化物的形式沉淀，Ni、Cu硫化物再进行加压氧化浸出或火法冶炼，但沉淀过程中Fe也会同时沉淀下来，且硫化钠的加入使生产过程中不可避免的会产生HS气体，为此需配备相应的废气2吸收装置，增加安全难度和投资。

加碱沉淀则会使Ni、Cu、Fe、Mg等成分沉淀下来，由于MgO含量较高,通常在15%左右,不利于入炉冶炼。

经过降低MgO处理以后,将其变现成镍铜产品还需漫长的工艺流程。

（二）有机萃取法采用含N、P、S、O等元素的有机萃取剂可对浸出液中Ni、Cu等金属成分进行分离、富集，有机萃取剂包括：叔胺类、羧酸类、有机磷酸类、有机膦酸类、有机次膦酸、有机硫代次膦酸、酮肟或醛肟。

陈爱良等将铜矿生物浸出液用Lix984(体积比为1:1的Lix860(醛肟)和Lix62(酮肟)在高闪点煤油中的混合物。

)进行萃取实验，结果表明：pH值大于2.22，相比O/A=1:1，搅拌速度为200r/min，搅拌时间为4min，萃取级数为3级，铜的萃取率能达到99.8%以上，铜分配比能达到600以上，铁分配比小于1，铜铁分离系数能达到1900以上。

汪胜东等采用Lix84从氨性溶液中萃取分离镍、钴、铜，首先采用5级逆流共萃铜、镍，钴留在萃余液中。

含铜、镍的负载相经2级洗涤洗去氨，用镍电解废液进行7级逆流选择反萃镍，实现镍与铜的初步分离；然后从含铜负载相中反萃铜得到纯净的硫酸铜，选择反萃镍得到的镍溶液仍采用Lix84萃取脱铜并回收铜，从而将铜、镍彻底分离，得到纯的硫酸镍溶液，这样就将浸出液中的镍钴铜彻底分离。

有机萃取法目前在镍、铜的湿法冶炼上获得了广泛应用，但也存在明显缺陷：需采用多级串萃和反萃工艺，才能达到一定分离效率，操作复杂；萃取剂和稀释剂易燃易挥发，给生产带来安全隐患；萃取剂的夹带和流失会导致环境污染；残留在反萃液中的萃取剂和稀释剂会给电积工艺及最终的镍、铜产品质量带来影响。

（三）树脂吸附法通常可用于吸附分离金属离子的离子交换树脂有阳离子交换树脂和螯合树脂，前者吸附作用力主要为静电引力、后者吸附作用力主要为化学螯合配位作用。

由于阳离子交换树脂以静电引力为主要吸附驱动力，因而会优先吸附高价离子。

具体来说，阳离子交换树脂对一些金属离子的吸附选择顺序是：Th4+＞Fe3+＞Al3+＞Cu2+＞Ni2+＞Mg2+＞K+＞Na+。

由于镍、铜尾矿通常会伴生有铁元素，显然普通的阳离子交换树脂并不适合用于镍、铜的富集分离。

螯合树脂是在树脂骨架上接枝含N、P、S、O等元素的有机螯合基团，这些有机螯合基团中的N、P、S、O等元素可与特定的金属离子发生化学配位作用，在树脂内部形成稳定的多元环结构，从而使金属离子从溶液中分离出来。

因而，如果能开发高选择性的螯合树脂，就可克服有机萃取剂的各种缺点，实现尾矿、贫矿的资源化治理。

由于离子交换树脂通常优先吸附高价离子，因而在同等浓度下将首先选择性吸附高价态的Fe3+，更何况氧化矿浸出液中Fe3+浓度远高于Ni2+、Cu2+浓度，而且还要受到大量Mg2+的干扰。

因而，能否开发Cu/Ni选择性强且吸附量大的离子交换树脂就成为低品位镍、铜矿湿法冶炼的关键技术问题。

三、铀矿的湿法冶炼人类的能源利用经历了从薪柴时代到煤炭时代、油气时代再到现在的煤炭油气等化石能源与核能、水能、风能、太阳能、生物质能等低碳和无碳能源多元并举的演变过程，在能源利用总量不断增长的同时，能源结构也在不断变化。

每一次能源时代的变迁，都伴随着生产力的巨大飞跃，极大地推动了人类经济社会的发展。

同时，随着人类使用能源特别是化石能源的数量越来越多，能源对人类经济社会发展的制约和对资源环境的影响也越来越明显。

目前，化石能源仍是人类能源消费主体。

据统计，2006年世界一次商品能源消费总量中石油占35.8%，居第1位；煤炭占28.4%，居第2位；天然气占23.7%，居第3位；第4位为水能，占6.3%；而以电的形式利用的核能在世界一次商品能源消费中占5.8%，居第5位，其中核电在世界电力消费总量中占14.8%。