矿浆电解技术的进展

矿浆电解技术的进展
2013141493117 冯运伟
矿浆电解概述
矿浆电解是近四十余年来发展的一种湿法冶金新技术，它将湿法冶金通常包含的浸出、溶液净化、电积三个工序合而为一，利用电积过程的阳极氧化反应来浸出矿石，使通常电积过程阳极反应的大量耗能转变为金属的有效浸出，这一变革不仅大大简化了生产流程，而且充分利用能源，对环境友好。

不同金属硫化物的氧化电位不同，不同金属离子的还原电位也不相同，在某一特定介质中不同金属化合物的物化性质如溶解度等也存在很大差异。

这些差异的存在使得矿浆电解在某种程度上可以实现对矿物的选择性浸出和金属离子的选择性提取。

矿浆电解的研究起始于上世纪70年代，由于对矿浆电解浸出机理的研究很不深入，在矿浆电解工程化过程出现了诸多难以克服的工程问题。

澳大利亚Dextec公司认为：矿物氧化主要是通过矿物颗粒和阳极之间的碰撞接触来完成，阳极电极面积越大，就越有利于矿物的浸出。

为增大电极面积而设计的圆形矿浆电解槽内排布了密集的电极，大型化实施极为困难。

1992年，Dextec放弃了矿浆电解的研究。

与澳大利亚的研究同步，北京矿冶研究总院以邱定蕃院士为首的团队，也开始了矿浆电解的研究，取得了多项具有自主知识产权的专利技术。

在浸出机理方面认为：矿浆电解过程，阳极反应约90%是
Fe2+的氧化反应（Fe2+=Fe3++e），硫化物的氧化主要由Fe3+完成，Fe3+被硫化物还原为Fe2+，Fe2+又在阳极上氧化为Fe3+，如此反复循环；而硫化物颗粒和阳极之间的碰撞接触氧化并不是影响硫化物浸出的主要原因
特点
（1）流程短。

矿浆电解是在一个装置中同时完成金属矿物的浸出和金属的提取，是一种典型的短流程冶金技术。

（2）能耗低。

这是相对于一般的湿法冶金浸出—净化—电解沉积工艺来说的。

一般的电积过程，阳极反应多是水的分解反应，在阳极上析出氧气，这部分能量浪费了。

矿浆电解在阴极还原沉积金属的同时，阳极过程用于硫化矿的浸出或氧化，使通过阳极和阴极的电能均用于冶金过程，从而降低能耗。

（3）金属分离效率高。

由于不同的硫化矿在矿浆电解的阳极区存在一个氧化顺序，同时不同的金属离子在阴极上析出也存在一个还原顺序。

因此，控制矿浆电解的氧化还原电位就能达到分离提取多种金属的目的。

同时，通过选择不同的矿浆介质改变各种金属在矿浆中的溶解度，也可以改变各种金属的析出电位，有效进行多种金属的电解分离。

（4）环保。

矿浆电解过程硫化矿中的硫主要转化为单质硫，从而有效避免了了火法冶金有害气体的排放。

同时使冶炼厂摆脱对硫酸市场的依赖；电解液可以循环使用；单质硫便于储存和运输。

矿浆电解的适应性
多年的研究表明，矿浆电解技术比较适合于多金属复杂矿及伴生矿的处理，如复杂锑铅矿、铅锌银混合矿、钼铋混合矿、复杂金精矿、大洋结合矿等。

1.复杂锑铅矿矿浆电解
(1)锑、铅的一步分离。

(2)金属锑一步提取，在阴极可以直接得到金属锑板。

(3)有价金属回收率高，综合利用好。

总回收率：Sb 95％、Pb 95％、Ag 80％、S约60％。

(4)基本无“三废”排放，并大大降低了后续铅精矿火法熔炼时S02对环境的污染，S02摊放量较火法熔炼降低了80％。

(5)试剂消耗少，生产成本低。

平均电耗1377kW·h／t Sb，酸耗280kg／t矿。

2.高铅金精矿矿浆电解
高铅金精矿经矿浆电解预处理脱铅、氧化铜和次生硫化铜，在保证金浸出率略有提高的情况下，不仅大幅降低了氰化物的消耗，取消了二段磨矿工序，而且使银的回收率也有了实质性的提高，产出的铅粉经进一步加工处理，可使铅转化成附加值较高的粗铅或精铅产品，大大提升了铅的价值。

3.大洋多金属结核矿矿浆电解
矿浆电解由于结合了电解过程阴极的还原性和阳极的氧化性，因而可以利用廉价的直流电使多金属结核在阴极还原浸出的同时，使浸出的锰在阳极再重新氧化生成MnO2产品。

从宏观上看，矿浆电解过程中，结核中锰的价态并没有发生改变，只是在电场的作用下发生了MnO2的迁移。

在硫酸体系中通入0.8倍锰的理论浸出电量，锰、钴、
镍、铜的浸出率均达到97%以上。

阳极析出的二氧化锰含锰大于59%。

4.钴锰物料矿浆电解
采用常规湿法工艺处理含Co10~20%、Mn20~30%的钴、锰物料，钴/锰浸出及分离/提纯所消耗的化学试剂多，钴直收率和回收率低。

采用矿浆电解，在温度80℃、1.25倍Co+Mn的理论电量下，钴/锰浸出率可以达到99%。

由于大部分锰在阳极重新以MnO2析出，实现了锰的初步脱除，因此产出的钴/锰浸出液的钴锰比由常规浸出的1：3升高至4：3—大幅降低了后续钴溶液的除锰负荷，节省了试剂消耗。

5.铅冰铜矿浆电解
铅冰铜是铅冶炼过程的中间产物，一般含40%铅、30%铜、20%硫、约10000g/t的银和少量铁、砷，目前主要采用反射炉吹炼分离铜/铅，污染很大。

氧压浸出则因硫酸铅的包裹，铜浸出率一般不会超过80%。

在硫酸体系中采用矿浆电解处理，给入1.1倍Cu+Pb的理论浸出电量，可以使约95%的铜和约10%的银被浸出，在阴极产出含铜约80%的铜粉，大部分铅和银则以硫酸铅渣的形态产出并富集在一起（含铅~60%、银~15000g/t）—实现铜和铅、银的分离。

矿浆电解的局限性
矿浆电解的实质是依靠电极的氧化或还原反应来浸出矿石。

其处理物料的能力（浸出能力）取决于所提供的电量的多少。

但已工业应
用的4.5m3矿浆电解槽由于电极面积偏小（~18m2），按150A/m2的电流密度，只能给入2700A的电流－处理能力低，并严重影响着矿浆电解的进一步推广和应用。

如何增大矿浆电解槽的阴阳极面积、如何延长适用于氯化物体系的电极寿命等，是必须解决的工程问题。

另外，针对低附加值物料的处理（如铅精矿、铜精矿），由于不能直接产出高纯产品（产物纯度低），在目前的市场状况下，矿浆电解尚不具有经济性。

虽然历经了二十余年的研究并实现了工业应用，但矿浆电解毕竟尚处子工业化的初期，装备水平比较落后。

以目前工业使用的4．5m3矿浆电解槽为例，其可以通过的电流为3000A，由于电解槽体积小，生产能力低，因此不适宜较大规模的工业生产，仅适宜予处理产品附加值较高、产量较小的小金属如铋、含铅铜复杂金精矿的预处理、高银低铬复杂银精矿的处理等，而对像铅这类产品附加值较低、产量大的金属矿物的处理尚待产业化开发。

同时，由于装备落后，自动化程度低，大部分由人工操作，劳动强度大，操作工人的素质等人为因素在很大程度上影响了矿浆电解的工艺指标。

由于操作不精心，电极的断裂、隔膜布的破损等比较严重．严重阻碍了矿浆电解工艺水平、生产效率的进一步提高和优越性的发挥，对技术的产业化进程造成了很大的阻碍。

生产实践表明．要想充分发挥矿浆电解新工艺在经济、社会和环境等方面的独特优势．拓宽其在产品附加值较低、产最大的金属矿物
和其他多金属复杂矿物方面的应用．形成规模化井提高其装备水平，迫切需要开展大型矿浆电解槽的研制和矿浆电解成套技术工程化的研究，为此．“十五”期间。

矿浆电解新工艺及成套工艺装备研制”再次被列入了国家科技攻关项目。

经过5年的研制，年处理500t钴锰矿的矿浆电解工业试验车间(图1)于日前建成，包括8台6m3的连续矿浆电解槽(图2)、整流设备，液固分离设备、溶液处理设备、产品处理、废水废渣处理及配套设施。

同时研制开发了矿浆电解自动拨粉(图3)、抽粉装置和矿浆电解工艺参数监控系统(图4)。

自动抽粉装置由推粉电机、传动装置、螺旋推粉机，抽粉电动阀，抽粉泵、补液电动阀等组成，由工业控制计算机进行控制，实现了矿浆电解产物的自动抽取。

矿浆电解工艺参数监控系统可以对矿浆电解过程中的矿浆温度，矿浆酸度．矿浆流量，电流强度、槽电压等参数进行实时监测，还可以对矿浆浆化槽，矿浆中间槽、抽粉中间槽、溶液净化槽、硫酸高位槽、补液高位槽等的液位进行实时监控，通过工控机与相应的泵进行连锁控制，实现了矿浆电解主要工艺参数的自动监控。

矿浆电解成套装备的水平取得了重要进展。

建成的矿浆电解工业试验车间，首次采用钢衬环、氧树脂玻璃钢、玻璃钢外贴磁扳的槽体结构，有效解决了矿浆电解槽的防腐、耐磨、耐温等难题。

电极改为板状石墨电扳，辅以钛板固定，有效解决了矿浆电解过程中电极的断裂问题。

在产品附加值较低、产量大的金属矿物的应用方面，现有的矿浆电解装置尚无法适应，必须进行矿浆电解装置的大型化(如30m3矿浆
电解槽) 和直接产出金属铅板的一步炼铅矿浆电解技术的研究，以进一步降低加工成本和运营费用，这是矿浆电解进一步发展所必须解决的关键问题，这方面的研究目前蒺在进行，并有望取得突破。