試析濕法冶銅工藝

康宏宇

（奎屯銅冠冶化有限責任公司，新疆 伊犁 833200）

濕法冶銅是目前提取銅資源的主要方法之一，大量應用實例表明，濕法冶銅具有投資成本低、對環境污染小、礦產資源利用率比較高等優勢[1]。我國濕法冶銅工藝研究和應用的起步比較晚，各項技術規范還不夠成熟，因此，生產規模還比較小，和其他國家相比仍然存在不小的差距，在這樣的基礎上開展濕法冶銅工藝的研究就顯得尤為重要。

1 濕法冶銅對我國銅工業帶來的影響

我國銅礦資源比較匱乏，并且品位比較低，質量比較差，大型銅礦比較小，多為中小型銅礦，復雜金屬礦多，采礦難度比較大。濕法冶銅最大的優點是投資小，成本低。相關報道現實，火法冶銅每噸投資成本在6.5萬元左右，濕法冶銅每噸投資成本大約只有1.5萬元左右，如果大規模生產則生產成本更低。因此，濕法冶銅對我國銅工業的發展主要體現在以下幾個方面：

（1）有利于處理低品位銅礦。濕法冶銅可適用銅的氧化礦，回收效率比較高，在生物技術不斷發展的背景下，各項技術愈發成熟，在品位更低的硫化銅礦方面也可以得到良好的應用。傳統處理方法認為無法處理的表外礦、廢石、尾礦等都可通過濕法冶銅工藝重新利用，只有礦石的含銅量在0.04%～0.07%之間，都可以作為濕法冶銅的原材料，大大提升銅資源的利用范圍。

（2）濕法冶銅工藝比較簡單。和其他冶銅工藝相比，濕法冶銅的工藝更加簡單，耗能也更低，因此，成本比較低，如果可實現大規模生產，則濕法冶銅的成本會進一步降低。

（3）產品的可利用性比較高。陰極銅的質量非常高，甚至可以達到99.99%，主要原因是溶劑萃取技術可實現對銅的選擇性，在其他合金陽極和電解液中加入Co2+，可有效防止陽極腐蝕現象的發生，從而保證陰極產品的質量。

2 濕法冶銅的原理

濕法冶銅的原理，可簡單概述為三個步驟，即浸出、萃取、電積，具體濕法冶銅過程如圖1所示：

圖1 濕法冶銅過程圖

對氧化銅礦石而言，在采用濕法冶銅時，需要合理控制礦石的粒度，以便提升銅的浸出效果。但針對硫化銅礦石而言，礦物種類不同，浸出效果比較差，多結合生物氧化工藝處理聯合使用，但對于原生硫化銅礦而言，仍然采用火法處理法[1]。

3 濕法冶銅工藝

3.1 氧化銅礦石濕法冶銅工藝

通過化學實驗研究表明，氧化銅礦石的礦物有100多種，當硫酸浸出時可浸出來。而槽浸則比較適用于高品位氧化銅處理中，并且浸出周期相對比較短，如果在浸出液中的含銅量比較高，則可直接進行電積處理。最開始濕法冶銅工藝為：在浸出槽中以50g/L～100g/L硫酸浸出品位在1%～2%的氧化銅。為提升濕法冶銅效率，通常在裝有攪拌進出裝置的浸出槽中通過50g/L～100g/L大的硫酸浸出細粒氧化銅[2]。此種濕法冶銅工藝對氧化銅礦石的品位要求比較高。或者通過預先富集處理。

堆浸法主要應用在難選氧化銅礦石、低銅表外礦石、非礦石浸出中，把礦石對堆放在一起后，在表面噴灑適量的浸出劑。如果浸出劑可滲透礦堆銅被溶出匯集到集液池中。經過一定的周期以后，在上方重新堆砌新礦，通過如此循環操作的方法，即可冶銅的目的。

在具體應用過程中，主要分為兩個步驟，第一步是用濃硫酸熟化細碎的氧化銅礦石；第二步是采用稀硫酸溶液進行薄層堆浸，可實現就地浸出。通過將浸出劑注入氧化銅礦石，溶解中有價金屬的浸出法。

3.2 硫化銅礦石濕法冶銅工藝

針對硫化銅礦石而言，生物氧化浸銅是目前應用和研究的主要內容，也是目前濕法冶銅中發展最快和前景做好的工藝之一。生物浸出中的微生物主要為氧化亞鐵硫酸桿菌或者是氧化硫酸桿菌，這兩種微生物可在35℃以下或者重金屬含量比較高的惡劣環境下生存。細菌氧化浸出的機理包括兩種，一種是細菌吸附到硫化銅礦石表面和礦物發生作用下促使礦物逐漸溶解；另一種是礦物溶解時會釋放出二價鐵在溶解中被細菌氧化為三價鐵，三價鐵可作為氧化劑來氧化硫化銅礦石，具體工藝如下：

（1）輝銅礦的細菌浸出。輝銅礦在三價鐵的條件下，可被氧化為硫酸鐵和硫，具體的化學反應公式為：Cu2S+2Fe2(SO4)3=2CuSO4+4FeSO4+S

該化學公式中，FeSO4和S經過細菌氧化后會從新形成Fe2(SO4)3和H2SO4進行充分循環反應。

（2）銅藍的細菌浸出。在銅藍的浸出環境中并不包含三價鐵和其他氧化劑，因此，在浸出作用下，濕法冶銅的主要機理由細菌引起，在浸出過程中酸耗為零，具體的化學反應公式如下：CuS+2O2=CuSO4

細菌浸出在銅藍的表面發生，無論是浸出過程中，還是浸出后銅藍的化學組成并未為發生變化，從該化學反應公式中可以看出，浸出過程中并沒有轉化為其他硫化物的中間過程，也沒有形成元素S。

（3）硫砷銅礦的細菌浸出。在水和氧同時存在的條件下，在氧化亞鐵桿菌、氧化硫桿菌等其他復合細菌的作用下實現浸出，具體的浸出化學反應公式為：4CuAsS+6H2O+13O2=4H3AsO4+4CuSO2

（4）黃銅礦、斑銅礦的細菌浸出。黃銅礦、斑銅礦可在細菌存在的狀態下，直接和Fe2(SO)3進行化學反應，具體化學反應公式為：CuFeS2+2Fe(SO)3=CuSO4+2FeSO4+2S

2Cu5FeS2+2Fe2(SO4)3+17O2=10CuSO2+4FeSO4+2FeO

上述這兩個化學反應公式中，FeSO4和FeO在酸和細菌的作用下，可重新轉化為Fe2(SO4)3，然后進行繼續反應，直到達到全部反應完成。

4 結語

綜上所述，本文結合理論實踐，研究了濕法冶銅工藝，研究結果表明，和火法冶銅相比，濕法冶銅具有成本更低、效率更高、污染更小的優勢，符合目前我國冶銅事業綠色發展理念的需求。不同銅礦石所具有的特性和含有的雜質不同，因此，需要根據銅礦石的實際特性，選擇與之相適的方法，才能提升浸出效率，氧化銅礦石在浸出操作是可采用攪拌浸出方式，生物浸出中的微生物主要為氧化亞鐵硫酸桿菌或者是氧化硫酸桿菌，浸出液可直接凈化除雜質，流程短，投資少，對環境污染小，原料應用范圍較廣，金屬回收率較高，銅的回收率大于98%，其他金屬，如銀、金、鐵等也得到有效回收。