試析濕法冶銅工藝

康宏宇

（奎屯銅冠冶化有限責(zé)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(yīng)用實例表明，濕法冶銅具有投資成本低、對環(huán)境污染小、礦產(chǎn)資源利用率比較高等優(yōu)勢[1]。我國濕法冶銅工藝研究和應(yīng)用的起步比較晚，各項技術(shù)規(guī)范還不夠成熟，因此，生產(chǎn)規(guī)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(chǔ)上開展?jié)穹ㄒ便~工藝的研究就顯得尤為重要。

1 濕法冶銅對我國銅工業(yè)帶來的影響

我國銅礦資源比較匱乏，并且品位比較低，質(zhì)量比較差，大型銅礦比較小，多為中小型銅礦，復(fù)雜金屬礦多，采礦難度比較大。濕法冶銅最大的優(yōu)點是投資小，成本低。相關(guān)報道現(xiàn)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(guī)模生產(chǎn)則生產(chǎn)成本更低。因此，濕法冶銅對我國銅工業(yè)的發(fā)展主要體現(xiàn)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(shù)不斷發(fā)展的背景下，各項技術(shù)愈發(fā)成熟，在品位更低的硫化銅礦方面也可以得到良好的應(yīng)用。傳統(tǒng)處理方法認(rèn)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(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，則濕法冶銅的成本會進一步降低。

（3）產(chǎn)品的可利用性比較高。陰極銅的質(zhì)量非常高，甚至可以達到99.99%，主要原因是溶劑萃取技術(shù)可實現(xiàn)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(xiàn)象的發(fā)生，從而保證陰極產(chǎn)品的質(zhì)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(jié)合生物氧化工藝處理聯(lián)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(xué)實驗研究表明，氧化銅礦石的礦物有100多種，當(dāng)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?；蛘咄ㄟ^預(yù)先富集處理。

堆浸法主要應(yīng)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(jīng)過一定的周期以后，在上方重新堆砌新礦，通過如此循環(huán)操作的方法，即可冶銅的目的。

在具體應(yīng)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(xiàn)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(yīng)用和研究的主要內(nèi)容，也是目前濕法冶銅中發(fā)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(huán)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(fā)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(xué)反應(yīng)公式為：Cu2S+2Fe2(SO4)3=2CuSO4+4FeSO4+S

該化學(xué)公式中，F(xiàn)eSO4和S經(jīng)過細菌氧化后會從新形成Fe2(SO4)3和H2SO4進行充分循環(huán)反應(yīng)。

（2）銅藍的細菌浸出。在銅藍的浸出環(huán)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(xué)反應(yīng)公式如下：CuS+2O2=CuSO4

細菌浸出在銅藍的表面發(fā)生，無論是浸出過程中，還是浸出后銅藍的化學(xué)組成并未為發(fā)生變化，從該化學(xué)反應(yīng)公式中可以看出，浸出過程中并沒有轉(zhuǎn)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(fù)合細菌的作用下實現(xiàn)浸出，具體的浸出化學(xué)反應(yīng)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(tài)下，直接和Fe2(SO)3進行化學(xué)反應(yīng)，具體化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)公式中，F(xiàn)eSO4和FeO在酸和細菌的作用下，可重新轉(zhuǎn)化為Fe2(SO4)3，然后進行繼續(xù)反應(yīng)，直到達到全部反應(yīng)完成。

4 結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，研究了濕法冶銅工藝，研究結(jié)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(yōu)勢，符合目前我國冶銅事業(yè)綠色發(fā)展理念的需求。不同銅礦石所具有的特性和含有的雜質(zhì)不同，因此，需要根據(jù)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(zhì)，流程短，投資少，對環(huán)境污染小，原料應(yīng)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。