含銅金精礦硫酸化焙砂兩段浸出試驗(yàn)研究

張玉明， 張福元， 熊領(lǐng)領(lǐng)

(河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)試驗(yàn)室， 河南 三門峽 472000)

含銅金精礦硫酸化焙砂兩段浸出試驗(yàn)研究

張玉明， 張福元， 熊領(lǐng)領(lǐng)

(河南中原黃金冶煉廠有限責(zé)任公司，河南省黃金資源綜合利用重點(diǎn)試驗(yàn)室， 河南 三門峽 472000)

進(jìn)行了含銅金精礦硫酸化焙燒所產(chǎn)焙砂兩段浸出工藝試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)確定了一段水浸的最佳工藝條件：礦漿濃度30%、浸出溫度70 ℃、浸出時(shí)間2.5 h；二段酸浸工藝的終酸酸度為10 g/L。在最佳工藝條件下，兩段浸出銅的浸出率達(dá)99.62%。該工藝有效分離了焙砂中的雜質(zhì)金屬，有利于金銀的氰化浸出；兩段浸出液混合后的綜合浸出液酸度較低，有利于后續(xù)銅萃取。

含銅金精礦； 硫酸化焙燒； 焙砂； 一段水浸； 二段酸浸； 銅浸出率

目前，國(guó)內(nèi)外處理含銅金精礦主要有火法和濕法兩大工藝?；鸱掋~工藝主要處理高品位銅精礦，濕法煉銅工藝可以處理各種含雜、不同品位的銅礦，較火法煉銅工藝原料適應(yīng)性強(qiáng)，而且具有生產(chǎn)成本低、資源利用率高、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)[1-3]。濕法冶煉工藝主要用硫酸浸出原礦或焙砂中的銅，再經(jīng)過凈液除雜、萃取、電沉積等方法最終得到陰極銅。

隨著銅礦資源的日益貧化和低品位難處理復(fù)雜礦的增多[4]，研究開發(fā)低成本、低污染、經(jīng)濟(jì)效益顯著的濕法煉銅工藝具有重要的實(shí)際意義。含銅金精礦經(jīng)硫酸化焙燒，精礦中絕大部分的銅轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄缘腃uSO4和CuO·CuSO4[5]，采用現(xiàn)行的直接酸浸工藝，存在著耗酸量大、酸浸液雜質(zhì)離子含量高、浸出液酸度高等問題。本文采用兩段浸出工藝處理含銅金精礦硫酸化焙燒后的焙砂，首先水浸將焙砂中大部分可溶性的銅溶出，再用低酸浸出剩余的銅。兩段浸出工藝與一段直接酸浸相比，具有耗酸量小、酸浸液雜質(zhì)含量少、浸出液酸度低等優(yōu)點(diǎn)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

以某含銅金精礦硫酸化焙燒后的焙砂為試驗(yàn)原料，焙砂多元素分析結(jié)果見表1。

表1 焙砂多元素分析結(jié)果

由表1可知，焙砂中銅、金、銀品位相對(duì)較高，其他元素如鉛、鋅等含量較低。焙砂粒度較小，-100目約占80%，-200目占70%左右。

1.2 工藝流程

試驗(yàn)工藝流程見圖1。含銅金精礦經(jīng)硫酸化焙燒后，焙砂中的銅水浸獲得，水浸渣中殘余的少量較難溶銅礦物進(jìn)行二次酸浸，一段水浸液與二段酸浸液的混合液經(jīng)萃取、電沉積生產(chǎn)陰極銅。

圖1 含銅金精礦處理工藝流程圖

1.3 試驗(yàn)

1.3.1 一段水浸試驗(yàn)

稱取0.6 kg焙砂于盛有一定量水的燒杯中，開啟電磁攪拌，維持一定礦漿濃度，控制一定的浸出溫度，浸出后進(jìn)行固液分離，濾液定容、分析檢測(cè)，濾渣烘干、分析檢測(cè)。

1.3.2 二段酸浸試驗(yàn)

稱取0.2 kg水浸渣于盛有一定量水的燒杯中，礦漿濃度、浸出溫度與時(shí)間參考一段水浸最佳工藝條件，控制硫酸的加入量保持不同的終酸酸度，酸浸結(jié)束后固液分離，濾液定容分析檢測(cè)，濾渣烘干分析檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 一段水浸試驗(yàn)

2.1.1 正交試驗(yàn)

首先采用正交試驗(yàn)方法，設(shè)計(jì)三因數(shù)三水平正交試驗(yàn)，考察礦漿濃度、浸出時(shí)間和浸出溫度等因素對(duì)銅浸出率的影響，正交試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)結(jié)果可知：溫度對(duì)銅浸出率影響較大，其次是礦漿濃度，浸出時(shí)間在取值范圍內(nèi)影響較小。據(jù)此選擇優(yōu)化浸出條件：礦漿濃度30%，反應(yīng)溫度80 ℃，浸出2 h。上述三個(gè)因素均未出現(xiàn)極大值，對(duì)其進(jìn)行單因素試驗(yàn)，確定最佳水浸工藝條件。

2.1.2 單因素試驗(yàn)

2.1.2.1 礦漿濃度的影響

固定試驗(yàn)條件：浸出溫度80 ℃、浸出時(shí)間2 h，礦漿濃度分別為10%、20%、30%、40%、50%。礦漿濃度對(duì)銅浸出率影響見圖2。

圖2 礦漿濃度對(duì)銅浸出率的影響

由圖2可知，隨著礦漿濃度的增加，銅浸出率逐漸降低。由此可見，低的礦漿濃度有利于銅的浸出。對(duì)于同一原料，礦漿濃度越小礦漿粘度越小，越有利于金屬離子的擴(kuò)散浸出；但礦漿濃度繼續(xù)減小，銅浸出率增加緩慢，且礦漿濃度過小，單位處理量低、處理成本增加，因此適宜的礦漿濃度為30%。

2.1.2.2 浸出溫度的影響

固定試驗(yàn)條件：礦漿濃度30%、浸出時(shí)間2 h，控制浸出溫度分別為60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃、100 ℃，浸出溫度對(duì)銅浸出率的影響見圖3。

圖3 浸出溫度對(duì)銅浸出率的影響

由圖3可知，銅浸出率隨著浸出溫度的升高而增大。提高浸出溫度可以增加硫酸銅溶解度，加速反應(yīng)進(jìn)行；且擴(kuò)散系數(shù)與浸出溫度成正比，提高浸出溫度可以提高擴(kuò)散系數(shù)，從而進(jìn)一步加速浸出。但是，如果在開放式環(huán)境中，過高的溫度會(huì)加速浸出液的蒸發(fā)，在不斷向容器內(nèi)加水維持礦漿濃度的同時(shí)，還要維持浸出溫度，會(huì)導(dǎo)致能耗大幅增加、生產(chǎn)成本增加、勞動(dòng)強(qiáng)度加大、操作環(huán)境惡化等一系列問題。當(dāng)溫度維持在70 ℃時(shí)，銅浸出率已經(jīng)達(dá)到了96.16%。因此，綜合考慮，確定適宜的浸出溫度為70 ℃。

2.1.2.3 浸出時(shí)間的影響

固定試驗(yàn)條件：礦漿濃度30%、浸出溫度70 ℃，控制浸出時(shí)間分別為1.0 h、1.5 h、2.0 h、2.5 h、3.0 h，浸出時(shí)間對(duì)銅浸出率的影響見圖4。

圖4 浸出時(shí)間對(duì)銅浸出率的影響

由圖4可知，隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，銅的浸出率逐漸升高，延長(zhǎng)浸出時(shí)間有利于可溶性礦物的充分溶解，浸出反應(yīng)更徹底，當(dāng)浸出時(shí)間為2.5 h時(shí)，銅浸出率達(dá)到了97.46%，進(jìn)一步延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，銅浸出率幾乎不變，浸出時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)降低設(shè)備的生產(chǎn)能力、增加生產(chǎn)成本。因此，浸出時(shí)間確定為2.5 h。

2.2 二段酸浸試驗(yàn)

一段水浸處理后，對(duì)水浸渣進(jìn)行二段酸浸試驗(yàn)，酸浸試驗(yàn)工藝條件參考水浸最佳工藝條件，即：礦漿濃度30%、浸出溫度70 ℃、浸出時(shí)間2.5 h。酸浸過程中，著重研究終酸酸度對(duì)銅浸出率的影響。終酸酸度對(duì)后續(xù)凈化工藝具有重要的影響，而且與酸浸試驗(yàn)中酸量的大小密切相關(guān)，通過調(diào)節(jié)硫酸的加入量控制終酸酸度分別為1 g/L、5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L，終酸酸度對(duì)銅浸出率的影響見圖5。

圖5 終酸酸度對(duì)銅浸出率的影響

由圖5可知，隨著終酸酸度的增大，銅的浸出率逐漸增大，當(dāng)終酸酸度達(dá)到10 g/L時(shí)，銅的浸出率高達(dá)99.65%。終酸酸度對(duì)于可溶性礦物的溶解速度和溶解度都有影響，礦漿中硫酸的濃度較高可以加快銅的溶解，降低渣含銅。終酸濃度繼續(xù)增大，銅的浸出效果改善不大，反而會(huì)引起鐵等雜質(zhì)大量進(jìn)入浸出液，不利于后續(xù)凈化，且加重設(shè)備腐蝕，增加生產(chǎn)成本。因此，選擇終酸酸度為10 g/L。

2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)一段水浸與二段酸浸試驗(yàn)結(jié)果，選擇最佳浸出條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。驗(yàn)證試驗(yàn)條件為：稱取1.5 kg焙砂進(jìn)行水浸試驗(yàn)，礦漿濃度30%、浸出溫度70 ℃、浸出時(shí)間2.5 h；二段酸浸稱取0.5 kg水浸渣，礦漿濃度30%、浸出溫度70 ℃、浸出時(shí)間2.5 h、終酸酸度10 g/L。兩段浸出進(jìn)行3次平行反應(yīng)，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果

由表3可知，采用兩段浸出工藝，銅浸出率平均達(dá)到了99.62%，酸浸渣含銅為0.18%，銅浸出效果較優(yōu)；一段水浸液與二段酸浸液混合后濾液酸度較低，為3.49 g/L，有利于后續(xù)凈化、萃取生產(chǎn)工藝。

2.4 直接酸浸試驗(yàn)

取焙砂進(jìn)行直接酸浸試驗(yàn)，試驗(yàn)條件如下：焙砂質(zhì)量0.6 kg，礦漿濃度30%、浸出溫度70 ℃、浸出時(shí)間2.5 h，直接酸浸試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 直接酸浸試驗(yàn)結(jié)果

由表4可知，焙砂進(jìn)行直接酸浸，銅浸出率為98.03%，酸浸渣含銅0.38%，銅浸出效果較好，濾液酸度達(dá)到23.7 g/L，酸度較高。

綜上所述，兩段浸出與直接酸浸工藝相比，具有銅浸出率高、酸浸渣含銅低、浸出液酸度低等優(yōu)點(diǎn)。

3 結(jié)論

(1)采用正交試驗(yàn)及單因素試驗(yàn)方法考察并確定了一段水浸試驗(yàn)的最佳工藝條件：礦漿濃度30%、浸出溫度70 ℃、浸出時(shí)間2.5 h。此條件下，銅浸出率達(dá)97.46%。

(2)二段酸浸試驗(yàn)考察了酸浸過程終酸濃度對(duì)銅浸出率的影響。結(jié)果表明，當(dāng)終酸濃度為10 g/L時(shí)，銅浸出率高達(dá)99.65%。

(3)兩段浸出工藝與直接酸浸工藝相比，具有銅浸出率高、酸浸渣含銅低、浸出液酸度低等優(yōu)點(diǎn)，為一種較理想的浸銅工藝。

[1]鄭若鋒，陳新. 評(píng)述濕法冶銅工藝[J]. 無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，1997，(5)：23-26,4.

[2]李繼璧. 國(guó)內(nèi)銅濕法冶金工藝應(yīng)用現(xiàn)狀[J]. 濕法冶金，2007，(1)：13-16.

[3]楊秋菊. 濕法煉銅中銅萃余液和浸出液高效處理技術(shù)研究[D]. 中南大學(xué)，2012：1-3.

[4]劉大星. 我國(guó)銅濕法冶金技術(shù)的進(jìn)展[J]. 有色金屬(礦山部分)，2002，(3)：6-10.

[5]陳國(guó)發(fā). 重金屬冶金學(xué)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2007：72-74.

Studyontwo-stageleachingofsulphatingcalcineofcopper-bearinggoldconcentrate

ZHANG Yu-ming, ZHANG Fu-yuan, XIONG Ling-ling

The test of two-stage leaching process for calcine produced by sulphating roasting of coper-bearing gold concentrate was performed. The test showed that the optimal conditions for first-stage water leaching are 30% of pulp concentration, leaching at 70 ℃for 2.5 h, the acidity of final acid is 10 g/L in the secondary-stage acid leaching process. Under the optimal conditions, the copper leaching rate in two-stage leaching process reach 99.62%. The two-stage leaching process effectively separate the impurity metals in calcine, and favors cyanide leaching of gold and silver, and the acidity of comprehensive leaching solutions is low after mixing the two-stage leaching liquor, which is benefits to the subsequently copper extraction.

copper-bearing gold concentrate; sulphating roasting; calcine; first-stage water leaching; secondary-stage acid leaching; copper leaching rate

2013年河南省重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目(131100310300)。

張玉明(1964—)，男，山西太原人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)橛猩饘僖睙挕?/p>

TF831； TF811； TF803.21

B