硫化銅精礦氧壓浸出回收電積銅的工藝研究*

劉自亮

（長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410001）

1 引言

目前，世界上約90%的銅是從硫化礦中提煉的，最常見的為黃銅礦。處理黃銅礦精礦大都采用火法冶煉技術(shù)，火法煉銅產(chǎn)生大量硫酸副產(chǎn)品，在一些富產(chǎn)銅精礦而硫酸難以銷售、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)牡貐^(qū)，顯然無(wú)法實(shí)施火法煉銅技術(shù)。氧壓浸出技術(shù)具有高效、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，不產(chǎn)生硫酸，適應(yīng)于硫酸滯銷的地區(qū)。硫化銅精礦氧壓浸出體系主要有氨性體系和硫酸體系，目前的研究主要分為一段氧壓浸出和二段氧壓浸出。

2 加壓濕法煉銅技術(shù)

2.1 氨性體系加壓浸出

硫化銅礦氨浸是利用氧氣作為氧化劑，浸出硫化銅礦物，輝銅礦、黃銅礦加壓氨浸的化學(xué)方程式如下：

由于黃銅礦性質(zhì)更穩(wěn)定，在采用氨-硫酸銨體系加壓氨浸過(guò)程中，黃銅礦反應(yīng)活性差，因此加壓氨浸主要應(yīng)用于輝銅礦。如美國(guó)Anaconda公司開發(fā)的Arbiter流程，在50～80℃，通入氧氣控制總壓70kPa，輝銅礦和斑銅礦浸出進(jìn)入溶液，而黃礦銅進(jìn)入浸出渣中，銅浸出率為80%左右。BHP公司開發(fā)的Escondida流程浸出輝銅礦，銅浸出率為40%～50%，浸出液經(jīng)萃取—反萃凈化，再送電積生產(chǎn)電銅。浸出渣經(jīng)浮選富集未浸出的銅礦物，送火法冶煉廠［1］。上述兩種工藝分別在1974年和1994年進(jìn)行了工藝應(yīng)用，最大產(chǎn)能達(dá)到了8萬(wàn)t/a，但由于技術(shù)難題、生產(chǎn)維護(hù)成本等原因都已停產(chǎn)。

2.2 硫酸體系加壓浸出

2.2.1 輝銅礦加壓浸出

在硫化銅礦處理方面，加壓酸浸比加壓氨浸發(fā)展更快。老撾Sepon項(xiàng)目在2005年開始生產(chǎn)，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為6萬(wàn)t電銅/a。該項(xiàng)目處理的原料中主要物相是黃鐵礦及輝銅礦，60%為黃鐵礦，銅品位約為5%～6%。該工藝采用高壓釜目的主要是浸出黃鐵礦產(chǎn)出硫酸鐵和硫酸以供常壓浸出輝銅礦，另一個(gè)目的是浸出難處理銅礦物，同時(shí)加壓產(chǎn)出的蒸汽可用于常壓浸出保溫。高壓釜操作溫度為220℃，操作壓力為3MPa，氧分壓0.8MPa，銅浸出率達(dá)97%以上，含F(xiàn)e3+的浸出液送常壓浸出輝銅礦，浸出渣洗滌后堆存。

利用氧壓浸出產(chǎn)出的Fe3+進(jìn)行四級(jí)常壓浸出輝銅礦，浸出溫度80℃，浸出時(shí)間5h，銅浸出率91.8%，浸出液含銅43g/L，氧氣消耗量6.6t/h，酸耗20kg/t精礦，同時(shí)通過(guò)在常壓浸出時(shí)通入空氣來(lái)再生三價(jià)鐵離子。浸出渣浮選回收未反應(yīng)的硫化銅和黃鐵礦，送高壓釜進(jìn)行高溫高壓全氧化浸出。

與Sepon工藝的類似，澳大利亞Mount Gordon銅礦主要成分也為輝銅礦，但澳大利亞西部金屬公司采用了低溫低壓的浸出技術(shù)，建設(shè)了一座世界首家采用加壓酸浸處理輝銅礦的濕法廠。該工藝將精礦磨至80%小于100um，在85～90℃，0.42MPa條件下浸出，銅浸出率達(dá)90%以上。浸出液經(jīng)萃取，反萃液經(jīng)電積生產(chǎn)電銅。

2.2.2 黃銅礦加壓浸出

（1）一段高溫高壓浸出。

黃銅礦氧壓浸出需要更高的溫度和壓力，從1998年到2001年，Phelps Dodge對(duì)硫酸鹽浸出體系的應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究。2001年11月，Phelps Dodge公司在美國(guó)亞利桑那州Bagdad投資4000萬(wàn)美元［2］，建設(shè)世界上首家黃銅礦氧壓浸出—直接電積的示范工廠，該工廠設(shè)計(jì)處理52500～57300t/a黃銅礦精礦，精礦品位28.5%～30.5%，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為1.6萬(wàn)t電銅/a［3］。該技術(shù)采用高溫高壓浸出技術(shù)，工藝參數(shù)見表1。

表 1 Phelps Dodege全氧化浸出技術(shù)參數(shù)

在高溫高壓的條件下，原料中幾乎所有的硫都被氧化為硫酸鹽，從而最大限度的提高了用于堆浸的酸產(chǎn)量［4］。該項(xiàng)目于2003年3月開始投入使用，并在三個(gè)月內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷。該項(xiàng)目將氧壓浸出與堆浸結(jié)合在一起，將氧壓浸出每天產(chǎn)出的140t硫酸用于氧化銅礦堆浸，充分利用其中的硫酸，避免了過(guò)去需從邁阿密冶煉廠運(yùn)送濃硫酸問(wèn)題，最終經(jīng)原有萃取、電積車間生產(chǎn)陰極銅。全氧化浸出產(chǎn)生的硫酸可以自給自足Bagdad冶煉廠的堆浸和攪拌浸出，但由于過(guò)程中產(chǎn)出的硫酸遠(yuǎn)超過(guò)用量，2005年進(jìn)行工藝改造，改為中溫中壓浸出，但運(yùn)行7個(gè)月后，重新轉(zhuǎn)回高溫高壓浸出工藝［5］。

（2）一段中溫中壓浸出。

160℃條件下氧壓浸出產(chǎn)酸量約為高溫浸出產(chǎn)酸量的三分之一，2005年P(guān)helps Dodge公司下屬的Morenci銅礦采用中溫中壓浸出黃銅礦，投資1.07億美元在Morenci建設(shè)一個(gè)商業(yè)工廠，并于2007年10月投入運(yùn)行，年產(chǎn)為6.6萬(wàn)t銅。該工藝在溫度160℃，2.1MPa的條件下浸出，銅總回收率為97.5%，90%的銅采用直接電積法生產(chǎn)，其余10%與傳統(tǒng)堆浸液混合后經(jīng)萃取—電積生產(chǎn)。但從2008年秋開始由于銅價(jià)的大幅下跌，導(dǎo)致該廠2009年初開始停產(chǎn)，2015年初恢復(fù)生產(chǎn)［2］。

3 控溫氧壓平行浸出

3.1 控溫氧壓平行浸出的流程

黃銅礦精礦加壓酸浸濕法煉銅與火法煉銅主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)相當(dāng)［6］，但一段高溫高壓浸出硫全部氧化為硫酸，而一段中溫中壓同樣依賴于堆浸—萃取工藝消耗其產(chǎn)生的部分硫酸，有一定的局限性。長(zhǎng)沙有色冶金設(shè)計(jì)研究院有限公司通過(guò)大量間斷實(shí)驗(yàn)研究和連續(xù)試驗(yàn)驗(yàn)證，開發(fā)了一種“硫化銅精礦的氧壓浸出方法和銅冶煉方法”，采用兩段逆流氧壓浸出工藝處理黃銅礦，兩段氧壓浸出采用一段氧壓浸出除鐵降酸，二段氧壓浸出浸銅，保證了銅的浸出率［7］。

基于該工藝良好的大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用基礎(chǔ)，為解決兩段浸出設(shè)備投資高的問(wèn)題，進(jìn)一步簡(jiǎn)化工藝流程，優(yōu)化配置是關(guān)鍵?？販匮鯄浩叫薪龌厥针姺e銅的工藝是利用同一臺(tái)高壓釜完成了兩個(gè)不同溫度的浸出，分別起到了不同的作用，流程圖如圖1所示。

圖 1 控溫氧壓平行浸出工藝流程圖

3.2 浸出步驟

（1）在氧壓浸出使用的高壓釜中段部位，增加一個(gè)進(jìn)料口。

（2）將硫化銅精礦（主要成分CuFeS2）加水磨礦制成固體濃度為60%～70%的礦漿，經(jīng)磨礦后礦漿粒徑小于15μm占90%，并加入2‰～5‰的木質(zhì)素分散劑。

（3）將磨礦后的礦漿分為兩個(gè)部分，第一部分礦漿和第二部分礦漿的比例為(7～8)∶(2～3)，第一部分礦漿通過(guò)高壓釜前段原有的進(jìn)料口，進(jìn)入到高壓釜，同時(shí)通入氧氣，并加入廢電解液（主要成分：H2SO4160g/L，Cu 40 g/L，F(xiàn)e2g/L），控制反應(yīng)液固比4～6∶1，溫度為150～160℃，壓力1.3～1.5MPa，停留時(shí)間1.0～2.0h，進(jìn)行前段氧壓浸出反應(yīng)；另一部分礦漿通過(guò)新增加的進(jìn)料口，進(jìn)入到高壓釜的中段，與前段氧壓浸出的礦漿混合后，同時(shí)通入氧氣，通過(guò)加入低溫的氧壓浸出液或生產(chǎn)洗水進(jìn)行控制反應(yīng)溫度130～140℃，壓力1.3～1.5MPa，停留時(shí)間為1.0～2.0h。進(jìn)行后段氧壓浸出反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，礦漿經(jīng)降溫降壓，液固分離，產(chǎn)出氧壓浸出液送中和，氧壓浸出渣送浮選。

（4）氧壓浸出液采用石灰石中和后，液固分離，中和上清液送電積生產(chǎn)電積銅，中和渣堆存。上清液主要成分：Cu 70～100g/L，F(xiàn)e ＜2g/L，pH 2.5～3.5。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

（1）本工藝采用一臺(tái)高壓釜同時(shí)兩點(diǎn)加料，控溫氧壓平行浸出的方式，實(shí)現(xiàn)了浸銅同時(shí)達(dá)到除鐵降酸的目的，節(jié)省了設(shè)備投資。

（2）本工藝高壓釜前段高溫浸銅，后段中溫除鐵降酸，工藝設(shè)備緊湊連貫，操作簡(jiǎn)便。

（3） 本工藝向高壓釜按不同比例同時(shí)加入礦漿，大部分礦漿在高溫段浸銅，保證了銅浸出率，少部分礦漿在中溫段對(duì)浸出液進(jìn)行除鐵降酸，最終得到了低鐵低酸的氧壓浸出液。

（4）本工藝通過(guò)高壓釜中段的進(jìn)料口，加入低溫的氧壓浸出液或生產(chǎn)洗水，很好實(shí)現(xiàn)了后段氧壓浸出過(guò)程中溫度的控制。

4 實(shí)例

將3kg硫化銅礦精礦（主要成分CuFeS2，含Cu 18.5%，F(xiàn)e 23.5%）磨礦至90%精礦粒徑小于15μm，配入木質(zhì)素分散劑，將大部分磨礦后的礦漿泵入4隔室30L高壓釜的第一隔室，同時(shí)通入氧氣，加入廢電解液。剩余的少部分礦漿泵入高壓釜的第三個(gè)隔室，同時(shí)通入氧氣，分別控制不同的溫度浸出。反應(yīng)后礦漿從第四個(gè)隔室排出，經(jīng)降溫降壓，液固分離，產(chǎn)出氧壓浸出液和浸出渣。進(jìn)行了兩個(gè)案例的浸出實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)及結(jié)果如表2 所示。

表 2 浸出試驗(yàn)技術(shù)參數(shù)及結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

在氧壓浸出使用的高壓釜中段部位增加一個(gè)進(jìn)料口，將磨礦后的礦漿分為兩個(gè)部分，第一部分礦漿通過(guò)高壓釜前段原有的進(jìn)料口進(jìn)入到高壓釜，同時(shí)通入氧氣，并加入廢電解液，進(jìn)行前段氧壓浸出反應(yīng)；另一部分礦漿通過(guò)新增加的進(jìn)料口，進(jìn)入到高壓釜的中段，與前段氧壓浸出的礦漿混合后，同時(shí)通入氧氣，進(jìn)行后段氧壓浸出反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后，礦漿經(jīng)降溫降壓，液固分離，產(chǎn)出氧壓浸出液送中和后進(jìn)行電積，氧壓浸出渣送浮選。本工藝采用一臺(tái)高壓釜同時(shí)兩點(diǎn)加料，控溫氧壓平行浸出的方式，實(shí)現(xiàn)了浸銅同時(shí)達(dá)到除鐵降酸的目的，節(jié)省了設(shè)備投資。