墨西哥某氧化銅礦形態(tài)學(xué)特征對其酸浸試驗(yàn)的影響

張興旺

摘要：通過化學(xué)選礦的方法研究了氧化銅礦形態(tài)學(xué)特征對銅浸出率的影響.以硫酸為浸出劑對某氧化銅礦的兩種礦樣進(jìn)行酸浸試驗(yàn).分別研究浸出劑用量、浸出時(shí)間以及料層厚度等影響因素.同時(shí)，采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察原礦和尾礦中銅的形態(tài)學(xué)特征，即A礦樣中銅礦物以薄膜的形式覆蓋在脈石礦物表面；B礦樣中銅礦物呈顆粒狀與脈石礦物共生.酸浸試驗(yàn)結(jié)果表明：在相同的條件下，A礦樣的銅浸出率要遠(yuǎn)高于B礦樣.這是因?yàn)锳礦樣中銅礦物具有更大的比表面積，與硫酸的接觸面大，反應(yīng)更加充分。

關(guān)鍵詞：氧化銅礦；浸出；酸浸；形態(tài)學(xué)特征

隨著科技的發(fā)展，全球?qū)τ阢~的需求越來越大.除了傳統(tǒng)的物理選礦方法外，濕法選別技術(shù)也被廣泛應(yīng)用在銅礦的選別過程中.例如硫酸浸出銅、生物細(xì)菌浸出銅、氨浸出以及鹵化鹽類浸出銅技術(shù)等1970年左右，世界上已有部分選礦廠采用細(xì)菌浸出處理氧化銅礦或硫化銅礦這一工藝.1980年，智利的Minera Pudahuel礦業(yè)公司建成了第1個(gè)規(guī)?；锒呀S處理低品位銅礦，年產(chǎn)銅15000t.2002年，中國紫金礦業(yè)公司投產(chǎn)建成硫化銅生物堆浸廠，到2008年，公司年產(chǎn)銅10000t，由于濕法選別銅礦具有成本低、操作簡單和施工時(shí)間短等特點(diǎn)，已被證明是處理低品位銅礦的有效工藝，目前在國外礦山中被廣泛采用.

現(xiàn)在關(guān)于銅礦酸浸的試驗(yàn)研究較多，主要集中在浸出劑用量及種類、原礦品位、成分及粒度和浸出時(shí)間等方面，本文旨在通過掃描電子顯微鏡（SEM）等設(shè)備從原礦微觀結(jié)構(gòu)方面人手，揭示礦物形態(tài)特征對銅礦浸出結(jié)果的影響.

1礦石性質(zhì)

試驗(yàn)用原礦有A和B兩種礦樣，取自墨西哥不同礦山.A、B礦樣外觀呈淺綠色，有用礦物均以孔雀石、硅孔雀石為主，其次為閃鋅礦、黃鐵礦及褐鐵礦等.主要脈石礦物均為石英、長石以及方解石等.礦樣經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室的顎式破碎機(jī)和圓錐破碎機(jī)破碎到1mm以下，進(jìn)行不同試驗(yàn).

礦石的化學(xué)成分如表1所示.A、B兩種礦樣中的有用元素為銅、金、銀.其中A礦樣中銅品位為2.16%，含銀9g·t^-1；B礦樣銅品位為1.4%，略低于A礦樣.但金銀含量均高于A礦樣，分別為4 g·t^-1和15 g·t^-1，銅的物相分析結(jié)果見表2，A、B礦樣中氧化銅中的銅占總銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為89.54%和91.33%，屬于典型的氧化銅礦.

2試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分為攪拌浸出和柱浸兩種工藝.

2.1攪拌浸出試驗(yàn)

將1kg原礦與550ml水混合后送人球磨機(jī)磨礦至200目以下占56%.然后將礦漿移人體積為2000ml的圓筒形容器內(nèi).該容器高18cm，內(nèi)徑14.5cm.以硫酸為浸出劑，試驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行，攪拌速度為500r/min，浸出時(shí)間為4h，試驗(yàn)所得尾渣烘干稱重，并與經(jīng)過濾稀釋的礦漿分別化驗(yàn)銅含量。

2.2柱浸試驗(yàn)

試驗(yàn)所用容器高1.5m，內(nèi)徑10cm，底部帶有過濾裝置，為一圓柱形結(jié)構(gòu).將尺寸1mm以下的原礦用水浸泡潤濕后瀝干倒入容器內(nèi)，料層厚度為90cm.添加體積分?jǐn)?shù)為2.5%的稀硫酸溶液直至淹沒料層的頂部，24h后從底部放出所有濾液，計(jì)量并化驗(yàn)銅含量.再添加稀硫酸溶液直至淹沒料層的頂部，再過24h取出濾液計(jì)量化驗(yàn).重復(fù)此步驟直到最終的濾液中銅含量<0.25g·L^-1為止.試驗(yàn)在常溫常壓下進(jìn)行。

2.3微觀組織觀察

將A、B礦樣的原礦及浸出后的尾礦分別取樣，使用SEM及能量色散X射線光譜儀（EDX）觀察樣品中銅礦物的形態(tài)特征及構(gòu)造特點(diǎn)，以便于查明影響浸出試驗(yàn)的因素

3試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1礦物結(jié)構(gòu)特征分析

SEM及EDX觀察A、B礦樣結(jié)果見圖1和圖2.從圖1中可以看出，A礦樣中的含銅礦物主要以薄膜的形式賦存在脈石礦物的表面，薄膜厚度<1μm，稱為薄膜狀構(gòu)造.A礦樣中的氧化銅主要以該種形式與脈石礦物共存.當(dāng)A礦樣經(jīng)過破碎或磨礦后，產(chǎn)生粒度更小的薄膜狀顆粒，很難實(shí)現(xiàn)含銅礦物與脈石的完全分離.

然而B礦樣中含銅礦物和脈石的賦存狀態(tài)與A礦樣完全不同.從圖2中可以看出，氧化銅和脈石以顆粒狀形式共生，或被包裹在脈石內(nèi)，或賦存在脈石縫隙間，氧化銅顆粒在三維空間中形成，而A礦樣中的氧化銅以二維的方式生長形成.經(jīng)過對比可知，A礦樣中氧化銅的比表面積大于B礦樣。

3.2浸出試驗(yàn)

3.2.1攪拌浸出條件試驗(yàn)

在攪拌浸出試驗(yàn)中主要研究硫酸用量及浸出時(shí)間對于銅浸出率的影響。

3.2.1.1硫酸用量試驗(yàn)

原礦經(jīng)磨礦后進(jìn)行攪拌浸出試驗(yàn)，浸出時(shí)間為60min，攪拌速度為500r/min.試驗(yàn)結(jié)果見圖3，由圖3可知，A.B礦樣中銅浸出率隨著硫酸用量的增大而提高.當(dāng)硫酸用量在0～92 kg·t^-1時(shí)，銅浸出率顯著提升.當(dāng)硫酸用量>92kg·t^-1時(shí)，兩種礦樣的銅浸出率緩慢升高，直到硫酸用量達(dá)到300kg·t^-1時(shí)，A、B礦樣銅浸出率分別為95%和63%.可見，在添加相同用量的硫酸條件下，A礦樣銅的浸出率明顯高于B礦樣。

3.2.1.2浸出時(shí)間試驗(yàn)

在硫酸用量為92kg·t^-1時(shí)，研究浸出時(shí)間對A、B礦樣銅浸出率的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖4.從圖4中可以看出，A礦樣的銅浸出率隨著浸出時(shí)間的延長先迅速提高而后趨于穩(wěn)定.在浸出時(shí)間為60min時(shí)，銅浸出率達(dá)到95%；當(dāng)時(shí)間延長至240min時(shí)，銅浸出率達(dá)到98%.對比之下，浸出時(shí)間為60min時(shí)，B礦樣銅浸出率僅為52%.隨著浸出時(shí)間的延長，銅浸出率逐漸提高到81%.可見，A礦樣的銅浸出效率高于B礦樣。

3.2.2柱浸條件試驗(yàn)

3.2.2.1浸出時(shí)間試驗(yàn)

為研究浸出時(shí)間對銅浸出率的影響，分別對A、B兩種礦樣進(jìn)行柱浸試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示.結(jié)果表明：對于A礦樣，銅浸出率隨著浸出時(shí)間的延長而提高.在浸出時(shí)間為10 d時(shí)，銅浸出率達(dá)到最高，為98%.B礦樣銅浸出率亦隨著浸出時(shí)間的延長而提高，在浸出時(shí)間為14d時(shí)，達(dá)到最高，為78%.與圖4比較可以得出，無論攪拌浸出還是柱浸，A礦樣的銅浸出率均明顯高于B礦樣的銅浸出率。

3.2.2.2料層厚度試驗(yàn)

為考察料層厚度對于柱浸試驗(yàn)的影響，對A礦樣分別進(jìn)行了料層厚度為90cm和60cm的柱浸試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖6，由圖可知，在相同的浸出時(shí)間內(nèi)，料層厚度越薄，銅浸出率相對較高.但隨著浸出時(shí)間的延長，料層厚度對于銅浸出率的影響越來越小.當(dāng)浸出時(shí)間為9d時(shí)，不同料層厚度所得浸出率相同，均為97%.這表明，料層厚度僅對銅的浸出速度有影響.

3.3浸出尾渣SEM組織

為進(jìn)一步查明影響銅浸出率的影響因素，分別對A、B礦樣的柱浸試驗(yàn)所得尾渣制樣后，用SEM觀察礦物結(jié)構(gòu).圖7和圖8分別為A、B礦樣尾渣的SEM圖像.圖7表明：在脈石礦物表面有酸浸后留下的洞狀或片斑狀的痕跡.這是因?yàn)锳礦樣中氧化銅主要以薄膜的形式覆蓋在脈石礦物表面，偶爾有零星的粒狀氧化銅嵌在脈石中.薄膜狀的氧化銅被硫酸完全溶解后僅留下脈石礦物.而圖8中B礦樣脈石礦物表面留有坑狀或溝渠狀的痕跡.這是因?yàn)橹饕暑w粒狀分布的氧化銅被硫酸溶解后，留下脈石礦物.這些坑狀痕跡尺寸為4～20μm，溝渠狀痕跡長度為20～50μm。

4結(jié)論

（1）A、B礦樣均屬于氧化銅礦類型.經(jīng)SEM觀察表明：A礦樣中含銅礦物主要以薄膜狀形式覆蓋在脈石礦物的表面；B礦樣中含銅礦物主要以顆粒狀形式分布在脈石礦物的表面、間隙或內(nèi)部.

（2）酸浸試驗(yàn)表明，A礦樣的銅浸出率明顯高于B礦樣的銅浸出率.這是因?yàn)榍罢叩暮~礦物主要以薄膜狀覆蓋在脈石礦物表面，其比表面積要大于后者.這就導(dǎo)致A礦樣中銅與硫酸的接觸面較大，從而能夠充分反應(yīng)溶解銅.

（3）在氧化銅礦酸浸工藝中，含銅礦物與脈石礦物的結(jié)構(gòu)特征、賦存狀態(tài)對銅浸出率有重要影響。