國(guó)內(nèi)銅濕法冶金工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

摘要:簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外銅生物濕法冶金的現(xiàn)狀，對(duì)國(guó)內(nèi)一些銅濕法冶金礦山的工藝、設(shè)備及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)做了較詳細(xì)的介紹和評(píng)價(jià)，并對(duì)探采銅礦石的適應(yīng)性進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞:銅;生物氧化;濕法冶金

????前些年，由于銅價(jià)較低，開(kāi)發(fā)技術(shù)也不夠完善，一些低品位銅礦未能得到充分利用。近年來(lái)，隨著濕法冶金技術(shù)的較快發(fā)展，銅價(jià)的攀升，這些礦床的開(kāi)發(fā)日益受到重視，因而經(jīng)濟(jì)有效開(kāi)發(fā)這些低品位礦床的濕法冶金工藝也得到了快速發(fā)展。

1國(guó)內(nèi)外銅濕法冶金技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

????自1968年以來(lái)，世界上己設(shè)計(jì)、建設(shè)并運(yùn)轉(zhuǎn)了約50家浸噩溶劑萃取電積廠，其中美國(guó)有16家，2000年銅產(chǎn)量達(dá)55. 75萬(wàn)t，占其精煉銅產(chǎn)量的28%，亞利桑那州M o rend廠目前年產(chǎn)量己達(dá)到25. 83萬(wàn)t。智利198 0年采用溶劑萃取電積工藝生產(chǎn)的銅僅有1. 5萬(wàn)t,2000年己發(fā)展成為銅生產(chǎn)國(guó)，有生產(chǎn)工廠21家，年產(chǎn)銅134. 73萬(wàn)t，占其精銅總量的51%。贊比亞、秘魯、澳大利亞等的濕法冶銅技術(shù)在近幾年也得到了快速發(fā)展。1996 —2000年各國(guó)采用溶劑萃取電積工藝生產(chǎn)銅的產(chǎn)量見(jiàn)表1.

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????現(xiàn)在溶劑萃取電積工藝己被業(yè)界認(rèn)為是成熟的、低成本、低風(fēng)險(xiǎn)的技術(shù)，采用該工藝生產(chǎn)的銅產(chǎn)量2000年己達(dá)240萬(wàn)t，占世界銅產(chǎn)量的20%以上，到2003年濕法銅的產(chǎn)量己占到世界礦銅產(chǎn)量的1 /4。

????從上世紀(jì)60年代這一工藝得到生產(chǎn)應(yīng)用以來(lái)，我國(guó)一些研究單位分別開(kāi)展了浸出(酸浸、氨浸、細(xì)菌浸出即生物冶金)、萃取工藝、萃取劑等方面的研究。80年代以后，形成了比較完整的浸噩萃取電積工藝并且在生產(chǎn)中得到初步應(yīng)用。從90年代起，隨著國(guó)際銅濕法冶金技術(shù)的快速發(fā)展，加上國(guó)內(nèi)銅生產(chǎn)和市場(chǎng)受到國(guó)外越來(lái)越嚴(yán)重的沖擊，銅濕法冶金新工藝研究被列入國(guó)家“九五”重點(diǎn)科技攻關(guān)計(jì)劃，有力地推動(dòng)和加速了我國(guó)銅濕法冶金技術(shù)的研究和推廣。目前正進(jìn)行較大規(guī)模開(kāi)發(fā)性生產(chǎn)的有德興銅礦廢石(平均含銅0.09%)的細(xì)菌浸噩萃取電積試驗(yàn)廠(年產(chǎn)銅2000t)，紫金礦業(yè)公司硫化銅礦細(xì)菌浸噩萃取電積試驗(yàn)廠(年產(chǎn)銅1 000 t)，中條山銅礦峪礦就地酸浸萃取電積試驗(yàn)廠(年產(chǎn)銅5 00 t )。盡管濕法冶金技術(shù)近年來(lái)有了較大發(fā)展，但與國(guó)外相比尚有較大差距，主要是在浸出基礎(chǔ)理論和工業(yè)化技術(shù)方面存在差距，而且己建立的工業(yè)生產(chǎn)廠規(guī)模小、產(chǎn)量低。

2銅濕法冶金原理、工藝及礦石的適宜性

2. 1我國(guó)銅資源及生產(chǎn)簡(jiǎn)況

????我國(guó)銅礦產(chǎn)資源相對(duì)缺乏，且品位低，質(zhì)量差;大型礦少，中小型礦多;貧礦多，富礦少;復(fù)雜金屬礦多，單一礦少;地下礦多，露天礦少。采選難度較大，特別是選礦，由于原礦品位低，礦物組成復(fù)雜，因而選礦成本高，精礦品位普遍偏低，給后續(xù)的冶煉造成一定難度。

????銅濕法冶金的優(yōu)點(diǎn)是投資省、生產(chǎn)成本低。據(jù)報(bào)道，火法生產(chǎn)的噸銅投資約6. 5萬(wàn)元，而濕法工藝噸銅投資約1. 5萬(wàn)元。從我國(guó)實(shí)際情況看，德興試驗(yàn)廠噸銅生產(chǎn)成本為10 45 0. 23元，中條山銅礦為8 000元，紫金銅礦為10 000元。如果規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，生產(chǎn)成本還會(huì)下降。

2. 2銅濕法冶金原理

浸噩萃取電積工藝的基本過(guò)程如圖1所示。

2. 2. 1氧化銅礦石的浸出原理

????常見(jiàn)的氧化銅礦物主要是孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦、自然銅，浸出劑為HzSOa和Fe2(SOa)3。浸出過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為:

????孔雀石Cue2( OH )2C03十2H2SO4=2CuSO4十CO2十3H2O;

????硅孔雀石CuSiO3·nH2O十H2SO4=CuSO4十SiO2十(n十1)H20;

????赤銅礦Cu2O+2H+=Cu2+十H2O;

????藍(lán)銅礦Cu(OH)2·CuCO3十2H2SO4=2CuSO4十CO2十3H20。

2. 2. 2硫化銅礦石的浸出原理

????目前用于生物浸出的微生物主要是氧化亞鐵硫桿菌和氧化硫硫桿菌。它們可在35℃以下的高酸及重金屬濃度較高的極端環(huán)境中生存。細(xì)菌氧化浸出的機(jī)理一般認(rèn)為有2種:細(xì)菌吸附到礦物表面直接與礦物發(fā)生作用使礦物溶解的直接作用機(jī)理;礦物溶解釋放出的Fee一在溶液中被細(xì)菌氧化成Fe3一 ?, Fe3一作為氧化劑氧化硫化礦的間接作用或化學(xué)作用機(jī)理。

????1)輝銅礦的細(xì)菌浸出。輝銅礦在酸性及Fe3+存在的條件下.可以被氧化成FeSO4和S:

????Cu2S十2Fe2 (SO4)3= 2CuSOa十4FeSO4十S。

所生成的FeSO4和S再由細(xì)菌氧化成Fe2?( SO4?)3和H2SO4如此反應(yīng)循環(huán)進(jìn)行。

????在細(xì)菌作用下，輝銅礦也可被氧氣氧化而溶解:

????2Cu2S十5O2十2H2SO4=4CuSO4十2H2O。

????輝銅礦的浸出被認(rèn)為是以Fe3+間接氧化作用為主，細(xì)菌是浸出反應(yīng)的間接氧化劑。

????2)銅藍(lán)的細(xì)菌浸出。由于浸出環(huán)境中沒(méi)有Fe3+及其他氧化劑，所以浸出作用只能是由細(xì)菌引起，在浸出期間酸耗等于零，其反應(yīng)為:

??????????CuS十2O2=CuSO4。

????細(xì)菌浸出在礦物表明發(fā)生，浸出后礦物表明的化學(xué)組成未發(fā)生變化，說(shuō)明浸出中沒(méi)有轉(zhuǎn)化為其它硫化物的中間過(guò)程，也沒(méi)有產(chǎn)生元素S.

????3)硫砷銅礦的細(xì)菌浸出。在H2O, O2存在條件下，在氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫硫桿菌及復(fù)合細(xì)菌作用下，硫砷銅礦發(fā)生直接浸出反應(yīng):

????4C u A sS十6H2O十13O2= ??4H3AsO4十4CuSO2。

????4)黃銅礦、斑銅礦的細(xì)菌浸出反應(yīng)}問(wèn)。在細(xì)菌存在條件下直接與Fe2(SO):發(fā)生如下:

????CuFeS:十2 Fe2(SO):=CuSO4十2FeSO4十2S;

????2Cu5FeS2:十2 Fe2?(SO4)3十17O2= 10CuSO2十4FeS04十2FeO

其中，F(xiàn)eSO4與FeO在酸與細(xì)菌作用下又轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3并繼續(xù)反應(yīng)。

2. 3適宜采用濕法冶金工藝處理的銅礦石類(lèi)型

????對(duì)于氧化銅礦石，只要控制礦石粒度，一般都能獲得較滿意的浸出效果。但硫化銅礦石按其礦物種類(lèi)不同，其浸出效果差異較大。國(guó)外目前采用生物氧化工藝處理的銅礦石基本上以次生硫化銅礦石(輝銅礦、藍(lán)輝銅礦、銅藍(lán)等)為主，而對(duì)原生硫化銅礦石目前仍以火法處理。

????就礦石類(lèi)型來(lái)看，目前濕法工藝主要處理斑巖型銅礦，這主要是斑巖型銅礦規(guī)模較大，含堿性脈石少，是硫酸浸出理想的原料。如國(guó)內(nèi)的德興銅礦、紫金山銅礦、中條山銅礦峪礦、大寶山銅礦等。我國(guó)矽卡巖型銅礦數(shù)量多，占50%以上，儲(chǔ)量占總儲(chǔ)量的29 0 o，一般規(guī)模較小，零星分散，礦體賦存條件復(fù)雜，多數(shù)適宜于地下開(kāi)采，開(kāi)采成本較高。另外含堿性脈石較多，不利于用硫酸浸出。

3濕法冶金工藝在