用硫酸從某難處理氧化銅礦石中浸出銅試驗研究

代 宗，方建軍，趙敏捷，張 琳，堯章偉

(1.省部共建復雜有色金屬資源清潔利用國家重點實驗室，云南 昆明 650093;2.昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

酸浸和氨浸被廣泛用于銅的濕法浸出中[1-2]。氨浸在處理酸性脈石礦物含量高、結合率高的銅礦石時，浸出劑消耗大，銅浸出率相對較低。而酸浸反應速率快、銅浸出率高[3-4]。近年來，對于高結合率的銅礦石的酸浸研究都有較好結果[5-6]，取得了很好的技術指標。

工業生產中，一般對含硅、鋁等酸性脈石礦物的氧化銅礦石采用酸浸，而對含鈣、鎂等堿性脈石礦物的氧化銅礦石采用堿浸[7-8]。試驗礦石中酸性脈石礦物含量較高，因此研究了在常壓下采用攪拌酸浸工藝浸出銅，以期探究硫酸體系中氧化銅礦石的浸出規律，確定適宜的浸出條件，進而為此類氧化銅礦石綜合回收銅提供技術參考。

1 原礦性質

1.1 礦石化學成分

試驗用礦石中酸性脈石礦物含量較高，堿性脈石礦物較少。其主要化學成分分析結果見表1。

由表1看出，礦石中含有Mg、Al、Si、Ca、Fe、Cu等元素，主要有價元素為Cu，有害元素含量相對較低。

1.2 礦石銅物相組成

礦石中銅物相分析結果見表2，X-射線衍射圖譜如圖1所示。可以看出：礦石氧化率為88.64%、結合率高達60%，屬于高結合率難處理氧化銅礦；礦石中含有少量水膽礬和輝銅礦，主要脈石礦物為方解石、石英、鈉長石、地開石等。

表2 礦石銅物相分析結果 %

圖1 礦石的X-射線衍射圖譜

礦石表面和斷面上可清楚看到藍色或綠色銅礦物，有用礦物主要是綠色或藍色硅孔雀石、孔雀石等氧化銅礦物，有少量硫化銅礦物。礦石氧化率高、結合率高、鈣鎂氧化物含量高，是典型的“三高”難處理礦石，采用浮選法很難有效回收銅礦物。

2 試驗方法及原理

試驗在燒杯中進行，采用攪拌酸浸工藝浸出銅。將礦石破碎、研磨至不同細度，用不同濃度稀硫酸浸出。稱取50 g礦石于燒杯中，加入不同濃度稀硫酸，控制不同液固體積質量比，在不同溫度、不同攪拌速度下進行浸出，浸出結束后抽濾，濾渣洗滌3次，烘干，分析其中銅質量分數，計算銅浸出率。

氧化銅礦石在硫酸浸出過程中可能發生的反應[5，9]如下：

(1)

(2)

(3)

(4)

銅礦物與硫酸反應生成CuSO4，CuSO4進入浸出液后再經固液分離、萃取、電積可得所需產品。

3 試驗結果與討論

3.1 硫酸質量濃度對銅浸出率的影響

在礦石粒度-74 μm占70%、液固體積質量比3∶1、浸出時間120 min、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，硫酸質量濃度對銅浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 硫酸質量濃度對銅浸出率的影響

由圖2看出：硫酸質量濃度在106～165 g/L范圍內，銅浸出率從42.83%提高到90.32%；硫酸質量濃度提高到228 g/L，銅浸出率提高到91.55%；硫酸質量濃度高于228 g/L后，銅浸出率有所降低。礦石中的硅酸鹽礦物及鈣、鎂等氧化物會隨硫酸過量而加劇溶解；另外，隨硫酸質量濃度提高，浸出液中Si質量濃度也會提高，對后續固液分離和萃取工序有影響：因此，確定硫酸最佳質量濃度為165 g/L。

3.2 液固體積質量比對銅浸出率的影響

在硫酸質量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占70%、浸出時間120 min、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，液固體積質量比對銅浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 液固體積質量比對銅浸出率的影響

由圖3看出：隨液固體積質量比增大，銅浸出率提高；但液固體積質量比大于3∶1后，銅浸出率基本保持不變。因此，確定最佳液固體積質量比為3∶1。

3.3 攪拌速度對銅浸出率的影響

在硫酸質量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占70%、浸出時間120 min、液固體積質量比3∶1、室溫條件下，攪拌速度對銅浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 攪拌速度對銅浸出率的影響

由圖4看出：隨攪拌速度增大，銅浸出率提高；攪拌速度大于300 r/min后，銅浸出率提高幅度不大。攪拌速度增大到一定值后，攪拌擴散對反應的影響已降低，而動力消耗會增大，因此，確定最佳攪拌速度為300 r/min。

3.4 礦石粒度對銅浸出率的影響

在硫酸質量濃度165 g/L、液固體積質量比3∶1、浸出時間120 min、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，礦石粒度對銅浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 礦石粒度對銅浸出率的影響

由圖5看出，銅浸出率隨礦石粒度減小先升高后降低，礦石粒度為-74 μm占50%以上后，銅浸出率提高幅度不大。綜合考慮，確定礦石粒度以-74 μm占50%為宜。

3.5 浸出時間對銅浸出率的影響

在硫酸質量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占50%、液固體積質量比3∶1、攪拌速度300 r/min、室溫條件下，浸出時間對銅浸出率的影響試驗結果如圖6所示。

圖6 浸出時間對銅浸出率的影響

由圖6看出：隨浸出時間延長，銅浸出率提高；但浸出時間超過100 min后，銅浸出率變化不大，這表明此時銅浸出反應基本結束。綜合考慮，確定適宜的浸出時間為100 min。

3.6 溫度對銅浸出率的影響

在硫酸質量濃度165 g/L、礦石粒度-74 μm占50%、浸出100 min、液固體積質量比3∶1、攪拌速度300 r/min條件下，溫度對銅浸出率的影響試驗結果如圖7所示。

圖7 溫度對銅浸出率的影響

由圖7看出：銅浸出率隨溫度升高而提高，溫度高于40 ℃后，銅浸出率穩定在93%左右。值得注意的是，硫酸與礦物之間的反應過程中放熱，因此浸出體系初始反應溫度應高于室溫。綜合考慮，試驗在室溫下進行即可，無須加熱。

3.7 綜合條件驗證試驗

單因素試驗確定的適宜浸出條件為：硫酸質量濃度165 g/L，攪拌速度300 r/min，液固體積質量比3∶1，浸出100 min，溫度40 ℃。在此條件下進行3組驗證試驗，結果銅浸出率分別為93.18%、92.97%、93.12%，平均93.09%，指標穩定。

4 結論

用硫酸溶液從某難處理氧化銅礦石中浸出銅是可行的。在硫酸質量濃度165 g/L、液固體積質量比3∶1、攪拌速度300 r/min、礦石粒度-74 μm占50%、浸出時間100 min、40 ℃條件下，銅浸出率可達93%。此方法簡單易行，技術指標較好且穩定。

參考文獻：

[1] LIU W,TANG M,TANG C,etal.Dissolution kinetics of low grade complex copper ore in ammonia-ammonium chloride solution[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China,2010,20(5):910-917.

[2] 吳愛祥,胡凱建,王貽明,等.含碳酸鹽脈石氧化銅礦的酸浸動力學[J].工程科學學報,2016,38(6):760-766.

[3] 紀翠翠.高堿性氧化銅礦石的氨浸：萃取試驗研究[D].昆明：昆明理工大學,2009.

[4] 孫敬鋒,廖璐,李紅立,等.某氧化銅礦石的硫酸攪拌浸出試驗研究[J].濕法冶金,2014,33(2):101-103.

[5] 呂夢陽,文書明,劉建,等.云南楚雄難處理氧化銅礦酸浸試驗研究[J].礦產綜合利用,2012(2):21-23.

[6] 呂晉芳,簡勝,楊林.某高結合率氧化銅礦石酸浸試驗[J].金屬礦山,2013，42(7):89-90.

[7] 戴艷萍.氧化銅礦的化學處理研究[D].贛州：江西理工大學,2010.

[9] 朱屯.現代銅濕法冶金[M].北京：冶金工業出版社,2002:13-17.