喀拉通克铜精矿加压酸浸新工艺研究.pdf

第6 0 卷第3 期 20 08 年8 月 有色金属 N o n f e r r o t l sM e t A l s V o I ．6 0 ．N o ．3 A u g u s t 20 08 喀拉通克铜精矿加压酸浸新工艺研究 马育新 新疆有色金属研究所，乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 摘要研究喀拉通克浮选铜耩矿富氧加压酸浸过程。得出最佳授出条件为反应温度1 3 5 “ C ，氧分压0 ．7 M P a 总压 1 ．0 M P a ．氧浓度8 0 ％．酸系数I ．3 ，酸浸时间4 ．O h ，木质东磺酸钠加入量5 k g ／t ．精矿。实现了C u 浸出率平均9 7 ．5 6 ％，N i 浸出率 平均9 7 ．9 8 ％．F e 浸出率平均仅为3 ．8 6 ％。硫回收率平均9 1 ．7 7 ％的良好指标。达到了预期的目标。 关键词冶金技术；钢精矿；加压酸浸；元素硫；富氧 中图分类号T F 8 1 1 ；T F 8 0 3 ．2 1 文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 1 2 0 0 8 0 3 0 0 6 2 0 5 新疆喀拉通克铜镍矿矿区面积1 2 ．5 k m 2 ，区内 有8 个含铜镍矿岩体，已经储委批准的1 号岩体总 矿石量 C D 级 2 8 4 3 万t ，金属量 C u N i 4 7 ．4 3 万t ，其中特富矿石量 C D 级 1 8 6 万t ，金属量 c u N i 1 8 ．0 5 万t 。 二期改造前，该矿只采特富矿。1 9 9 9 年底该矿 特富矿资源还有6 4 万t ，按2 5 0 t ／d 规模计，仅能服 ．务8 年。那时再单独开采或兼采贫矿，企业效益将 急剧下降。随着二期改造的实施，根据“贫富兼采” 的原则，建立了选厂，并产出了铜精矿。 为尽快开发利用这一宝贵资源，利用具有代表 性的喀拉通克铜精矿，开展了铜精矿加压酸浸新工 艺研究。 1工艺方案选择与工艺流程 由铜矿石或精矿提取铜，有火法和湿法冶金两 种方法。采用哪一种方法决定于矿石的化学成分和 矿物组成、矿石中铜的含量、当地条件 燃料、水、电 力、耐火材料等的价格 及环保等因素。冶金方法逐 步向节能、高效、少污染发展。 湿法冶金是从处理氧化矿、选矿尾矿和铜矿山 残留矿发展起来的。目前，湿法冶金已发展到处理 硫化精矿、复合矿等。直接处理硫化精矿是湿法的 一个主要方向。 加压酸浸工艺是2 0 世纪6 0 年代由加拿大舍利 特一高登公司研究发展起来的工艺，用于直接浸出 硫化铜精矿。其实质是，在硫酸介质中，于一定的温 收稿日期2 0 0 8 一0 1 3 0 作者简介马育新 1 9 6 4 一 。男，广东汕头市人，高级工程师，主要 从事铜、镍及锂、铀、铯新产品薪工艺等方面的研究。 度和压力下，通人氧气使硫化铜精矿氧化成元素硫 和二价铜离子，铁也同时氧化，并水解沉淀。精矿中 的硫以硫磺形式产出。从而确保了整个工艺的酸平 衡。该公司研究了利用该法浸出黄铜矿的可能性， 结果铜的浸出率达9 8 ％，总硫量的8 5 ％呈元素硫回 收。 加压酸浸作为强化铜镍浸出过程的重要手段已 日趋广泛应用于工业生产中。新疆有色金属工业公 司阜康冶炼厂已成功地将加压酸浸应用于镍冶炼工 艺中，成效十分显著。将此工艺应用于喀拉通克铜 精矿．则可将传统的“铜精矿火法熔炼一吹炼～精炼 一电解精炼”减化为“加压酸浸一电沉积”。减化了 工艺过程，并且不会产生S O z 污染。由于铜精矿中 的硫以硫磺形式产出，而硫磺很容易运输和储存，它 的量仅为二氧化硫的一半，硫酸的三分之一，且根据 需要很容易转变为其他形态。富氧也是强化冶炼过 程的重要手段。国内已成功地将压缩空气经过制氧 机组隔出氮气而产出的含氧达9 0 ％以上的富氧气 体用于黄金氰化浸出中。基于上述考虑，选择了加 压酸浸工艺作为处理喀拉通克铜精矿的工艺。并成 功地在浸出过程中应用了富氧。 在大量分析研究国内外相关资料并结合喀拉通 克铜精矿具体特点的基础上，确定的喀拉通克铜精 矿加压酸浸工艺原则流程如图1 所示，仅就关键的 铜精矿加压酸浸部分进行了试验研究。 2实验方法 2 ．1 原料 所用原料为喀拉通克铜镍矿选厂提供的具有代 表性的浮选铜精矿，主要化学组成如表1 所示，粒级 万方数据 第3 期 马育新喀拉通克铜精矿加压酸浸新工艺研究 组成见表2 。浸出前磨至一4 5 p m ≥9 5 ％供使用。 喀拉通克浮选钢楮矿 图1喀拉通克铜精矿加压酸浸工艺原则流程 F i g ．1 F l o w s h e e to fp r e s s u r el e a c h i n go fc o p p e r c o n c e n t r a t ef o r mK a r a t u n g kD e p o s i t 表1 喀拉通克浮选铜精矿的主要化学组成 T a b l e1C h e m i c a lc o m p o s i t i o no fc o p p e rc o n c e n t r a t e f o r mK a r a t u n g kC o n c e n t r a t o r 元素C uN iF eS A U l ’A g l ’ 含量／％ 2 0 ．2 4I ．7 42 7 ．8 22 9 ．0 7 2 ．9 46 2 ．6 0 1 单位为g ／t 。 表2 喀拉通克浮选铜精矿的粒级组成 T a b l e2P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o no fc o p p e re o n c e n t r s t e f o r mK a r a t u n g kC o n c e n t r a t o r 粒级以m 1 0 9 1 0 9 7 57 5 4 54 5 2 52 5 占有率／％1 ，09 ．52 2 ．51 0 ．55 6 ．5 经显微镜下鉴定，铜精矿中主要的铜矿物为黄 铜矿。镍矿物为镍黄铁矿及微量紫硫镍铁矿。其他 金属矿物见有黄铁矿、白铁矿、磁铁矿、方铅矿等。 各矿物的相对含量如表3 所示。 2 ．2 铜精矿加压酸浸过程机理分析 研究表明喀拉通克铜精矿中铜主要以黄铜矿形 式存在。在加压酸浸过程中主要发生反应4 C u F e S z 4 H 2 S 0 4 5 0 2 4 C U S 0 4 4 F e S 0 4 4 F e O O H ’} s o { r 2 H 2 0 。一些文献，详尽介绍了硫化铜矿加压 酸浸的动力学机理。在1 2 0 ～1 8 0 ℃的温度范围内， 溶解速度受矿物的表面因素控制。当超过中等压力 时，浸出率与氧的分压无关。试验求得的活化能为 9 6 ．3 k J ／m o l 。在1 2 5 ～1 7 5 ℃之间浸出黄铜矿，溶解 速度与酸度及氧分压的0 ．5 次方成正比，试验测得 的活化能为2 9 ．9 k J ／t o o l 。在1 1 8 ℃以下，各种p H 值 条件下的速率受矿石表面生成单体硫的多孔覆盖层 所控制。除单体硫外，生成的氧化铁或不溶性的硫 酸盐膜亦然。 研究表明，在p H 2 易生成S 0 4 2 - ，H S 0 4 一。p H 5 ～6 时开始生成多硫酸盐 S 3 0 6 3 一 。在1 6 0 ℃以上 则生成S 0 4 2 ．，H S 0 4 一。 表3 喀拉通克浮选铜精的主要矿物组成 。 T a b l e3M i n e r a lc o m p o s i t i o no fc o p p e rc o n c e n t r a t ef o r mK a r a t u n g kC o n c e n t r a t o r 元素硫在1 1 2 ℃左右熔化，熔融的硫会粘附于 硫化物的表面，从而阻碍反应的进一步进行，因此长 期以来，在利用浸出获取元素硫的过程中，其最高温 度不曾高过1 0 8 ～1 1 0 ℃。近年来，采用往矿浆中加 入表面活性物质的方法，打破了该温度的限制，它们 赋予硫和硫化物以亲水性，从而使反应速度提高。 2 ．3 试验步骤 试验在G S 一2 型衬有钛胆的不锈钢高压釜中 进行。试验时，将铜精矿、表面活性剂及铜电解废液 加人高压釜中。加盖升温至所需温度，通氧浸出。 浸出至规定时间时，降温、泄压后，取出过滤。 滤渣用4 0 0 m L 去离子水搅洗后过滤。洗后滤渣于 烘箱中在5 0 ～6 0 ℃下烘干后称量计算渣率并送样 分析。 3 试验结果及讨论。 采用逐因素优化的方法，分别对温度、酸系数、 木质素磺酸钠加入量、氧浓度、反应时间进行考查。 3 ．1 温度对浸出效果的影响 于纯氧、氧分压0 ．5 M P a 、酸系数1 ．2 、反应时间 4 h 条件下，考查了温度对加压酸浸效果的影响，结 果如表4 所示。从表4 数据可以看出，提高温度明 显加快了反应速度。研究表明，当硫被加热到熔点 以上时，最初生成浅黄色液体，升温至1 5 9 ℃以上 万方数据 有色金属 第6 0 卷 时，液体变为棕色，且黏度剧增。只有在温度1 3 0 1 5 5 “ 2 区间内，液体硫的黏度最小，当温度大于 的沸点温度4 4 4 ．6 “ C 时，液体硫才恢复其流动性。 在硫的熔点以上浸出时，1 3 5 “ 2 是适宜的。过高的温 1 9 0 “ 2 时，黏度随温度升高而有所减小，直到接近硫度将会进一步降低元素硫的产率。 表4 温度对浸出效果的影响 T a b l e4E f f e c to ft e m p e r a t u r eO i ll e a c h i n gr e s u l t s 3 ．2 酸系数对浸出效果的影响 于反应温度1 3 5 ℃、纯氧、氧分压0 ．5 M P a 、反应 时间4 h ，木质素磺酸钠加入量5 k g ／t 一精矿条件下。 考查了酸系数对加压酸浸效果的影响，结果如表5 所示。表5 的数据表明，随着酸系数的增加，铜、镍 的浸出率均有所增加，浸出率也随之增加。综合考 虑各因素，选定酸系数1 ．3 为适宜条件。 表5 酸系数对浸出效果的影响 T a b l e5E f f e c to fa c i dd o s a g e0 1 1l e a c h i n gr e s u l t s 3 ．3氧分压对浸出效果的影响 从表6 的数据可以看出，在0 ．3 ～0 ．7 M P a 的范围 于反应温度1 3 5 “ 2 、纯氧、酸系数I ．3 、反应时间 内，增加氧分压可明显增加铜的浸出率，但氧压过高 4 h ，木质素磺酸钠加入量5 k g ／t ．精矿条件下，考查了 会增加硫化为S 0 4 2 一和H S 0 4 一。经综合考虑，选择 氧分压对加压酸浸效果的影响，结果如表6 所示。 氧分压0 ．7 M P a 为适宜的氧分压条件。 表6 氧分压对浸出效果的影响 T a b l e6E f f e c to fs u r f a c t a n to f tl e a c h i n gr e s u l t s 3 ．4 木质素磺酸钠对浸出效果的影响 表面活性剂的作用在于赋予硫和硫化物以亲水 剂，于反应温度1 3 5 “ C 、纯氧、氧分压0 ．7 M P a 、酸系 数1 ．3 、反应时间4 h 条件下，考查了表面活性剂用 性，防止熔融的硫包裹在硫化物表面影响浸出过程 量对／J n ／玉, 酸浸效果的影响。结果如表7 所示。结果 的进行。研究中采用木质素磺酸钠作为表面活性 表明，适宜的木质素磺酸钠加入量为5 k g ／t 一精矿。 表7 表面活性剂对浸出效果的影响 T a b l e7E f f e c to fs u r f a c t a n to nl e a c h i n gr e s u l t s 万方数据 第3 期马育新喀拉通克铜精矿加压酸浸新工艺研究 6 5 3 ．5 氧浓度对浸出效果的影响 氧浓度对降低制氧成本是非常重要的。在满足 浸出的同时选择较低的氧浓度可以降低对制氧设备 的要求，并降低制氧成本。于反应温度1 3 5 ℃、氧分 压0 ．7 M P a 、酸系数1 ．3 、反应时间4 h 、木质素磺酸 钠加入量5 k g ／t ．精矿的条件下，考查了氧浓度对加 压酸浸效果的影响，结果如表8 所示。数据显示， 8 0 ％的氧浓度是适宜的。 表8 氧浓度对铜浸出率的影响 T a b l e8E f f e c to fo x y g e nc o n c e n t r a t eo nc o p p e rl e a c h i n gr a t e 3 ．6 浸出时间对浸出效果的影响 于反应温度1 3 5 ℃、氧浓度8 0 ％、氧分压 0 ．7 M P a 、酸系数1 ．3 、木质素磺酸钠加入量5 k g ／t 精 矿的条件下，考查了浸出时间对加压酸浸效果的影 响，结果如表9 所示。从表9 的数据可以看出，在 3 ．O ～4 ．0 h 范围内，随着反应时间的增加，铜的浸出 率明显增加。选取4 ．0 h 为适宜的浸出时间条件。 表9 浸出时间对铜浸出率的影响 T a b l e9E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo nc o p p e rl e a c h i n gr a t e 3 ．7 最佳试验条件的验证试验 单因素条件试验确定的喀拉通克铜精矿加压酸 浸的最佳试验条件为反应温度1 3 5 “ C 、氧浓度 8 0 ％、氧分压0 ．7 M P a 、酸系数1 ．3 、反应时闻4 h 、木 质素磺酸钠加入量5 k g ／t 一精矿。以此条件进行了验 证试验，结果如表1 0 所示。综合条件试验结果表 明，在所确定的最佳试验条件下，取得了C u 浸出率 平均9 7 ．5 6 ％，N i 浸出率平均9 7 ．9 8 ％，F e 浸出率平 均仅为3 ．8 6 ％，硫回收率平均9 1 ．7 7 ％的良好指标。 达到了预期的目标。 表l O 最佳试验结果 T a b l e1 0T e s tr e s u l t sw i t ho p t i m a lc o n d i t i o n 4结论 喀拉通克铜精矿采用富氧加压酸浸新工艺，可 有效地浸出铜镍等有价金属，并使硫以元素硫的形 式加以回收。有利于生产过程的连续化、自动化，避 免对大气的s 0 2 污染及回收s 0 2 所造成的硫酸销 参考文献 路问题。最佳浸出条件为反应温度1 3 5 ℃，氧分压 0 ．7 M P a 总压1 ．0 M P a ，氧浓度8 0 ％，酸系数1 ．3 ， 酸浸时同4 ．0 h ，木质素磺酸钠加入量5 k g ／t 一精矿。 实现了C u 浸出率平均9 7 ，5 6 ％，N i 浸出率平均 9 7 ．9 8 ％，F e 浸出率平均仅为3 ．8 6 ％，硫回收率平均 9 1 ．7 7 ％的良好指标，达到了预期的目标。 [ 1 ] 马育新．阜康冶炼厂铜渣加压酸浸研究[ J ] ．新疆有色金属，1 9 9 9 ， 2 2 8 3 2 ． [ 2 ] A l a n T o y l o r ．铜湿法冶金的进展和发展趋势[ J ] ．湿法冶金，1 9 9 7 ， 1 5 2 5 5 ． [ 3 ] 赵志新，蔡世军，陈增仁，等．富氧氰化浸出在老柞出金矿的应用[ J ] ．黄金，2 0 0 1 ， 5 3 8 4 0 ． [ 4 ] 毛月波．富氧在有色冶金中的应用[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 8 ． 下转第9 1 页，C o n t i n u e do np ．9 1 万方数据 第3 期 金炳界等气体扩散阳极在湿法冶金上的应用9 1 [ J ] eJA p p lE l e c t r o e h e m ，1 9 9 1 ，2 1 4 3 1 3 3 1 6 ． [ 7 ] E x p o s i t oE ，G o n z a l e z G a r c i aJ ，B o n e t eP ，e ta l 。L e a de l e c t r o w i n n i n gi naf l u o b o r a t em e d i u mU s eo fh y d r o g e nd i f f u s i o na n o d e s [ J ] ．J o u r n a lo fP o w e rS o u r c e s ，2 0 0 0 ，8 7 1 ／2 1 3 7 1 4 3 ． [ 8 ] E x p o s i t oE ，I n i e s t aJ tG o n z a l e z G a r c i aJ ，e ta 1 ．U s eo fh y d r o g e nd i f f u s i o na n o d e sd u r i n gl e a de l e c t r o w i n n i n gi nac h l o r i d e m e d i u m [ J ] ．J o u r n a lo fP o w e rS o u r c e s ，2 0 0 1 ，1 0 1 1 1 0 3 1 0 8 ． 。 [ 9 ] F u r u y aN ，S a k a k i b a r aT ．H i g hs p e e dz i n ce l e c t r o w i n n i n gs y s t e mu s i n gah y d r o g e na n o d ea n dSr o t a t i n ga l u m i n i u md i s cc a t h o d e [ J ] ．JA p p IE l e c t r o c h e m ，1 9 9 6 ，2 6 1 5 8 6 2 ． A p p l i c a t i o no fG a sD i f f u s i o nA n o d ei nH y d r o m e t a l l u r g y J I NB i n g - j i e ，Y A N GX i a n 一7 ．o a l , 1 ，S H E NO i n g - f e n g ，F E N GL i n ．y o n g F a c u l t yo lM a t 仃i a l sa n dM e t a l l u r g i c a lE n g i n e e r i n g 。K u n m i n gU n i v e r s i t yo | S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ，K u n r a i n g6 5 0 0 9 3 ，C h i n a A b s t r a e t T h es a v i n g e n e r g ya n dr e d u c i n g c o n s u m ep r i n c i p l ef o rg a sd i f f u s i o na n o d e G D A u s e di nh y d r o m e t a l l u r g y i sd e s c r i b e d ．T h ec e l lv o l t a g ew i l lb er e d u c e dm o r et h a n5 0 ％a n de n e r g yw i l lb er e d u c e da b o u t5 0 ％i ft h e c o m m o na n o d ei sr e p l a c e db yag a sd i f f u s i o na n o d e ．T h es t r u c t u r ea n dp r e p a r a t i o no fah y d r o g e nd i f f u s i o na n o d e H D A a n dt h ep r o d u c t i o no fh y d r o g e na r ei n t r o d u c e d ，t h ef u t u r ed e v e l o p m e n t so fH D Ai nm e t a l l u r g ya r ea l s o p r o s p e c t e d ●， K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；g a sd i f f u s i o na n o d e ；r e v i e w ；h y d r o m e t a l l u r g y ；s a v i n g e n e r g ya n d r e d u c i n g c o n s u m e 上接第6 5 页，C o n t i n u e df r o mP ．6 5 P r e s s u r eL e a c h i n go fC o p p e rC o n c e n t r a t ef r o mK a r a t u n g kD e p o s i t M AY u - x i n X i n j i a n gR e s e a r c hI n s t i t u t eo f N o n f e r r o u sM e t a l s ，U r u m u q i8 3 0 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r e s s u r el e a c h i n gp r o c e s sw i t ho x y g e n - r i c ha i ro ft h ec o p p e rc o n c e n t r a t ef r o mK a r a t u n g kD e p o s i ti s i n v e s t i g a t e d ．T h eo p t i m a ll e a c h i n gc o n d i t i o nd e r i v e df r o mt h ee x p e r i m e n t s “ i st e m p e r a t u r e1 3 5 ℃．o x y g e np a r t i M p r e s s u r e0 ．7 M P a w i t ht o t a lp r e s s u r e1 ．0 M P a ，o x y g e nc o n t e n t8 0 ％，a c i dd o s a g e1 。3t i m e so fs t o i c h i o m e t r y ， l e a c h i n gt i m e4 ．O h ，d o s a g eo fs u d a c t a n t5 k g ／t c o n c e n t r a t e ．T h ee x c e l l e n tr e s u l t s ，a v e r a g el e a c h i n gr a t eo fC u 9 7 ．5 6 ％，N i9 7 ．9 8 ％a n dF eo n l y3 ．8 6 ％。a n dt h er e c o v e r y0 ft h ee l e m e n t a ls u l f u r9 1 ．7 7 ％。a r ea c h i e v e d ．t h e e x p e c t e da i mi sa c c o m p l i s h e d ． K e y w o r d s m e t a l l u r g i c a lt e c h n o l o g y ；c o p p e rc o n c e n t r a t e ；p r e s s u r el e a c h i n g ；e l e m e n t a ls u l f u r ；o x y g e n ．r i c h a i r 万方数据