铜的湿法冶金

铜的湿法冶金

南昌有色冶金设计研究院王玮

摘要详细介绍了铜的湿法冶金工艺,在国内外的应用情况及研究成果,总结出铜的湿法冶金工艺的发展趋势。关键词铜湿法冶金浸出萃取电积

随着铜矿资源的日渐贫化,湿法炼铜技术越来越受到人们的重视。自60年代以来,浸出-萃取-电积工艺以其工艺过程简单、投资少、能耗、材料消耗低、污染轻、生产成本低等优点,已成为湿法炼铜的主要工艺。目前全世界用SX-E W流程的铜占全球矿产铜量的20%左右。以智利为最大的湿法炼铜生产国,年产量达1,116,000t,其次美国为530, 640t112。

1湿法冶金工艺

1.1浸出

湿法炼铜主要适用于铜的氧化矿,具有较高的回收效果,由于生物技术的引入,目前已逐步向低品位硫化铜矿方面发展。以美国和智利为例,每年以生物氧化技术生产的铜约有100万t122。在铜矿床的氧化矿中,常见的氧化铜矿物,有孔雀石[CuCO3# Cu(OH)2]、硅孔雀石类矿物(mCuO#nSiO2#P H2O)、赤铜矿(Cu2O)、土状黑铜矿(CuO)、铜的矾类矿物、兰铜矿[2CuCO3#C u(OH)2]、自然铜等。

铜矿床的硫化矿石中,常见的有辉铜矿(Cu2S)、铜兰(C uS)、斑铜矿(C u5FeS4)、黄铜矿(CuFeS2)、硫砷铜矿(Cu5AsS4)等。

在以上的铜矿物中,氧化铜矿是易于用稀硫酸处理的,而占铜储量多数的硫化矿物性质比较稳定,浸出动力速度较慢,通常要借助细菌的作用才能达到满意的浸出效果。

1.1.1槽浸。在浸出槽中以50g/L~100g/l H2SO4浸出品位1%~2%的氧化矿(-1cm粒度)。是早期应用较多的一种方式,目前已很少采用。

1.1.2搅拌浸出。在装有搅拌浸出装置的浸出槽中用50g/l~100g/l的硫酸浸出细粒(-75L m左右)氧化矿或硫化矿焙砂。有空气搅拌和机械搅拌两种方式。由于给料粒度小,搅拌充分,搅拌浸出速度快,浸出率高。赞比亚钦戈拉厂用大型巴秋克槽处理尾矿。

1.1.3就地浸出。对破碎深堆的低品位大型铜矿床,以及矿山陷落区矿体,采用将浸出剂注入矿体,溶解矿床中有价金属的浸出办法。美国亚利桑那州费尔杰矿在地下380m处进行2万t级核爆,形成直径67m,高150m的破碎柱,再由钻孔注入浸出液和收集料液,日产铜25t,赞比亚臣安什铜矿则直接把稀硫酸溶液注入沿矿体150m长的36个钻孔中,使溶液通过铜的氧化矿带向下渗流,在运输平巷的陷井内用泵将浸出液回收。

1.1.4堆浸。堆浸用于难选氧化矿,低铜表外矿,废矿石的浸出。浸出场通常选择在不透水的山坡处,清除植被后铺设高密度聚乙烯衬垫,有时还铺设疏液管。将开采的矿石或破碎至一定粒度的矿石堆成堆(通常为6m),在堆表面喷洒浸出剂,浸出剂渗过矿堆时将铜溶出,流到集液池。浸出一定周期后,再在其上面用新矿筑堆,反复进行堆浸。

对于硫化铜矿的浸出,细菌浸出已越来越广泛的被采用。通过某些类型的细菌(如氧化亚铁硫杆菌,氧化硫杆菌,细螺旋铁杆菌)的生物化学作用可提高浸出速度和浸出率,矿物通常需先经过几小时的细磨处理。在澳大利亚新南威尔士的Girilambone 矿细菌浸出已成功应用,NIFTY矿也计划在旧有堆浸的基础上增加细菌浸出。

在常规堆浸的基础上,1975年美国H&N(霍姆斯-纳维)公司推出薄层浸出法(TL),1979年智利SMP索达西矿产公司对此进一步作了改进,并于1980年建成Lo Aguirre矿铜水冶厂。薄层浸出包括两个步骤:(1)用浓硫酸熟化细碎的氧化铜矿或含硫化物低的氧化/硫化混合矿;(2)用稀硫酸溶液进行薄层堆浸。薄层浸出具有酸耗低,浸出周期短,占地

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X收稿日期:2000-05-22

作者简介:王玮(1974-),男,江西南昌人,南昌有色冶金设计研究院工程师,主要研究方向湿法冶金。2000l2铜业工程

面积小的优点。以SMP公司所属的La Cascala厂为例,改为TL法后,酸耗由6.0~7.0kg/kg Cu降至4.3 kg/kg C u,浸出周期由12~14d缩短至7~8d,使工厂年生产能力由1.2~ 1.3万t升至2.2万t。此外,薄层浸出法克服了浓酸熟化浸出法中的矿石干法磨细的粉尘问题和搅拌酸操作可能的有害气体逸出的问题,在环境方面也很具吸引力。

1.1.5加压浸出。是从含铜的镍、钴硫化矿及镍冰铜中回收有价金属的湿法冶金技术,最早由加拿大不列颠哥伦比亚大学开始研究,其后加舍利特高尔登矿山公司等也开发了此类技术,芬兰的哈贾瓦尔塔精炼厂采用了这种工艺。

在澳大利亚昆士兰州的Mt Gorden矿,加压浸出工艺首次用以处理铜矿矿石,原矿品位8.5%,在低温(90~95e),低压(7巴)的压力釜中处理。表1中列出了该矿部分生产操作参数。研究中的还有Placer Dome高压氧化处理工艺,AC TIVOX低压氧化处理工艺,C ESL中压氧化处理工艺及Dynatec中压氧化处理工艺132。

表1Mt.Gordon矿加压浸出工艺操作参数

磨矿处理能力90t/h

原矿品位8.5%铜

利用率85%

浸出温度高压釜卸料口90~95e

压力总压7巴

溶液铁含量25~35g/L

富浸出液25~35g/L铜

富浸出液固体悬浮物10~30ppm

萃取、电积萃取回收率85%

铜铁选择性4000B1

电流效率87~90%

回收率浸出90~93%

洗涤98~99.5%

总回收率87~90%

以上是利用酸浸的浸出方式,非酸浸的浸出方式的研究和应用也同样活跃。

1.1.6氯化物浸出。英国帝国化学工业公司与西班牙Technicas Reunidas研究中心及美国Nerco矿物公司联手研究了Cuprex法氯化物浸出-萃取-氯化物溶液电积工艺,其工艺进程为:用FeCl3溶液于95e下浸出硫化铜精矿,硫以元素硫的形式进入渣中,浸出液冷却后加入氯化钙除去硫酸盐,用溶于煤油的Acorga CLX50两段萃铜,以废阳极液洗涤负载有机相除杂,用水在65e下反萃铜,在Metclor隔膜电解槽中电积铜粉。

在澳大利亚新南威尔士州的Charwoods以Intec 公司为主进行了Intec法的中间工厂规模试验。该法是在强氯化钠溶液中使用氯化铜和卤素化合物的浸出介质,在80~85e下四阶段逆流浸出,物料中的贵金属将与铜一道溶解。在隔膜电解槽上得到树枝状沉积铜,氯化/溴化复合物在电积槽中得到再生,返回浸出工艺。杂质用石灰沉淀,银用混汞回收,碳吸附回收金。Intec法的特点是电沉积铜是由一价铜开始,节约能源,同时贵金属得到回收。见诸报道的还有用两段FeCl3浸出的Canmet法。

在智利的林塞厂,利用硫酸加海水堆浸氧化铜矿石。平均含铜1.56%的矿石破碎后,先用较浓的硫酸预处理,然后用硫酸海水溶液作浸出剂进行堆浸,反萃时使用脱盐的海水,以防止氯化物转移至电解液中,年产阴极铜2万t。

1.1.7硫酸铁浸出。Nena Tech硫酸高铁浸出工艺中,硫被转化为硫酸盐,须对产生的酸进行处理。常压条件下,硫酸铁浸出温度80e,同时要求现场制氧以保证足够的三价铁量,缩短浸出时间。原料的细磨有助于浸出,采用溶剂萃取-电积工艺回收铜。

1.1.8氨浸。由美国阿纳康达铜公司的Nathaniel Arbiter研究成功,工艺过程是在常压中温(65~ 85e)下用氨和氧对硫化铜精矿进行碱性浸出,使铜呈Cu(NH3)4SO4溶解,再利用萃取、电积回收铜、浸出渣用萃取残液洗涤后,用浮选法回收有价金属。1974年在蒙塔那州的阿纳康达建成年产3.6万t阴极铜的Arbiter法炼铜厂。美国B HP矿业公司研究成功Escondida氨浸法,1994年在智利Escondida建成年产8万t阴极铜的工厂。与Arbiter法不同的是Escondida氨浸法只有1/2的铜浸出,同时硫基本上被浸出,不须大规模的石灰-煮沸工序来再生氨。

此外,应用硝酸浸出,硝酸-硫酸浸出的方法也有研究142。

1.2溶剂萃取

1.2.1萃取剂。商业用铜萃取包括酮肟类和醛肟类两种,第一种酮肟类萃取剂由美国General Mills公司开发,几经改进成为Henkel公司的Lix84,这类萃取剂萃取能力较弱,在pH>2条件下萃取,且Cu/Fe 选择性不好。第二类萃取剂最先由英国ICI公司研制成功的Corgal P50为代表,其后Henkel公司也推出Lix860。这类醛肟类萃取剂萃铜能力很强,Cu/Fe 选择好,能在较高的酸度下萃取铜,但反萃困难,须加改质剂改性。目前常用工业铜萃取剂是基于芳香基乙醛肟,2-羟基-5-壬基苯甲醛肟。

8铜业工程2000l2