銅濕法冶金工藝的應用

崔斐

摘 要：隨著經濟和科技的不斷發展，對于金屬的冶煉方法也有了日新月異的變化。不斷更新的技術每時每刻都在刷新人們的理念。由于我國自然資源的先天限制，銅礦資源日漸貧窮，濕法煉銅的技術越來越受到人們的重視。本文將就目前國內外濕法煉銅的發展現狀和相關的應用技術展開討論，希望能給相關技術研究者相應的技術支持。

關鍵詞：濕法冶金 銅 有色金屬

中圖分類號：TF803 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（b）-0102-02

多年前，由于銅的價值較低，開發者對銅的開發程度不夠，一些品質較低的銅未能得到充分的利用。近些年，由于濕法煉銅的技術和手段不斷被人們挖掘和探索，銅也漸漸被人們重視。隨著銅價的一路升高，礦床的開發也因此受到重視，所以有利于開發低品質礦床的濕法冶金工藝也得到了空前的重視和發展。

1 中外冶金技術發展狀況及相關原理

1.1 國內外銅濕法冶金技術發展狀況

近年來世界上許許多多公司都在大力投資有關銅冶煉的項目，濕法煉銅的技術在國外也取得了驚人的成績。自從20世紀60年代末以來，世界各地已經擁有大大小小近50家浸出-溶劑萃取-電積廠。利智早在20世紀80年代初采用溶劑萃取-電積工藝生產銅，且生產的量已經達到1.5萬t之多，于21世紀初成為世界生產銅最多的國家。除此之外，贊比亞、秘魯和澳大利亞等國的濕法冶銅技術也在不斷改進，近年來有了飛速發展。放眼中國，從20世紀60年代銅濕法冶金得到開發以來，中國還在浸出、萃取工藝和萃取劑等方面做出了研究。80年代以后逐步完善浸出-萃取-電積工藝且得到初步應用。90年代之后，銅濕法冶金技術不斷發展，備受矚目，隨后，銅濕法冶金工藝被列入國家“九五”重點科技攻關計劃，更進一步推動濕法冶金技術的發展和進步。

1.2 銅的生產現狀及銅濕法冶金原理

由于自然條件因素，我國銅礦產資源相對貧瘠，大型礦產少，中小型礦產多；貧礦多，富礦少；復雜金屬礦產多，單一礦產少。因此采礦和選礦的難度大。再原礦產質量不高，組成成分復雜導致選礦成本高，精品礦產質量低導致冶煉難度升高。我國通常采用投資風險小、生產成本低的銅濕法。銅濕法冶金的原理就是將金屬鐵放入硫酸銅溶液當中，將硫酸銅中的銅置換出來。相應的化學方程式：CuSO4+Fe=Cu+FeSO4。

1.3 氧化銅和硫化銅礦石浸出原理

幾種常見的氧化銅礦物主要有孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦和自然銅。這些礦物浸出液的化學成分為H2SO4和Fe2（SO4）3。主要的反應對于不同礦物有孔雀石：Cu2（OH）2CO3+2H2SO4、2CuSO4+CO2+3H2O；硅孔雀石：CuSiO3·nH2O+H2SO4、CuSO4+SiO2+（n+1）H2O；赤銅礦：Cu2O+2H+Cu2+Cu+H2O；藍銅礦：Cu（OH）2 CuCO3+2H2SO4、Cu（OH）2CuCO3+2H2SO4、2CuSO4+ CO2+3H2O。對于硫化銅礦石而言，生物氧化浸銅是目前開發最多發展最好最快的技術之一。主要是讓氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌微生物，在35℃以下的酸性高且重金屬濃度高的邊緣環境下生存。有兩種細菌氧化浸出機理：直接作用機理和間接作用機理。直接作用機理是說細菌吸附在礦物表層直接與礦物發生反應導致礦物溶解。間接作用機理是說礦物溶解釋放的亞鐵離子在溶液中氧化成三價鐵離子，鐵離子作為氧化硫化礦的氧化劑。

2 幾種工程中濕法冶金工藝的應用

2.1 濕法冶金工藝的幾種技術說明

濕法冶金工藝主要有三個技術步驟：浸出、溶劑萃取、電積。浸出分為槽浸、攪拌浸出、加壓浸出和氯化物浸出。槽浸就是在濃度為50～100g/L的硫酸溶液中浸出1%～2%的氧化礦。這是早期運用的比較多的一種方法。攪拌浸出就是在有攪拌浸出裝置的浸出槽中用50～100g/L的硫酸浸出細沙、氧化礦或硫化礦焙砂。此種方法集合了空氣攪拌和機械攪拌兩種方法的優點。加壓浸出就是從含有銅的鎳、鈷硫化礦和鎳冰銅中提取有價金屬的濕法冶金技術。氯化物浸出就是在95℃高溫下，在FeCl3溶液中浸出硫化銅精礦。溶劑萃取需要萃取劑、稀釋劑以及萃取設備。萃取劑包括兩種，一種是酮肟類，另一種是醛肟類。酮肟類是由美國公司開發的，經過幾代改進變成Lix84，這類萃取劑的萃取能力不強，在pH值大于2時萃取，且對于Cu或者Fe的選擇性不強。第二種是由英國開發，萃取能力強Cu或Fe的選擇性好，酸性強度高的條件下萃取銅，缺點是反萃困難，除非加改質劑改變其性質。如果想要萃取順利完成，稀釋劑是必不可少的并且在萃取的過程中扮演者重要的角色。稀釋劑能夠降低有機相的粘度，溶解萃取劑和改質劑，有效改善有機相的分散和聚結。除此之外，還影響著萃取劑的最大負荷能力、操作容量、動力速度和金屬離子的選擇性。最后一個電積是從富銅溶液中提取高質量的銅并將電解后的溶液重新返回重新利用。目前而言，電積的技術相比前兩個要更為成熟，這些年更是得到改進。主要是圍繞降低有機物夾帶，陽極材料的改進和陰極銅的致密度控制方面展開以此提高陽極銅的質量。

2.2 德興銅礦銅回收工藝的應用

德興銅礦堆浸試驗廠是以露天采礦剝離的廢石作為原料。剝離的廢石通常含有0.1%～0.25%的Cu。如果按照0.25%的臨界品味來計算，那么德興銅礦堆浸試驗廠的廢石總量能夠達到8.9億t，在8.9億t當中，Cu的含量能夠達到95.15萬t。85%以上的礦石組成成分為最難浸礦石原生硫化礦，在我國的銅工業中具有很典型的代表性。早在20世紀90年代中旬，該試驗廠就已經建成并且成為國家“九五”科研攻關項目。它的年度產A類銅礦可達2000t，銅的成本可達10450元/t。德興礦產是國內唯一一家能夠應用細菌浸出工藝來處理原生硫化銅礦石為主要礦石的生產商。他通過堆浸—萃取—電積技術，除了能夠從剝離的廢石中回收部分銅做到廢物利用以外，還能夠使在采礦中產生的酸性礦坑水不外流，以免污染自然環境，破壞生態系統的穩定性，減少了環境污染。這種工藝運行地很穩定，自20世紀90年代末投產以來，一直維持著平穩運行的狀態。目前最主要的問題是：Cu的浸出效率不高，僅有16.59%，在浸出液中Cu離子的濃度和質量也沒有達到要求的1g/L，一直低于0.6g/L。它的具體工藝流程就是將低品位的含銅礦石經過噴淋浸出為不合格的浸出液和合格浸出液；將合格浸出液經過萃取變成萃余液和負載有機相；對負載有機相反萃取變成反萃液和有機相；保留反萃液進行點積就得到了目標金屬銅以及貧電解液。在上述過程中，貧電解液能夠重復利用，添加在負載有機相的反萃取中，萃余液和不合格浸出液可以加在最開始對低品位含銅礦石的噴淋浸出過程中，這樣能夠提高物質利用率，達到較高的生產效率。

2.3 紫金山礦業公司銅回收工藝的應用

紫金山銅礦是一所已經探明的大型含金銅礦，它的特點是上面為金，下面為銅，儲量比較大，但品味較低。紫金山礦業的銅儲量達到125.64萬t，Cu的含量為0.68%，S的含量為2058%，As的含量為0.035%，它的主要組成礦物是藍輝銅礦和銅藍，排名第二的是輝銅礦、快硫砷銅礦和硫砷銅礦。因為原產礦品位低、含砷量高的原因，一般用浮選火法冶煉工藝，這種工藝相對較傳統，有著投資額大、成本高和污染重的缺點。采用生物浸出工藝擁有比較好的經濟效益。它的化學工藝有點類似上述的德興銅礦銅回收工藝流程。

3 結語

總而言之，濕法冶金工藝未來將會成為全國乃至全世界處理低品位金屬的手段之一，隨著科技的不斷創新，在不久的將來，一些目前還不能處理的礦石也會得到解決，大家可拭目以待。

參考文獻

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