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低品位氧化铜矿湿法冶炼回收的前期基础研究 南方冶金学院南昌分校徐慧” 北京矿冶研究总院曹连喜 ] F 参A 摘要针对某铜矿山的低品位氧化铜矿及合矿围岩进行了湿法冶炼回收的前期基础研究试验。试验表明 谖铜矿曲此类型矿石的浸出较复杂，而且影响园幕也是多方面的，但在优化的工艺条件下浸出率可达6 0 ％一 7 5 ％。由于矿石氧化率不太高，仅为3 0 ％左右，仅靠单一酸浸，其浸出率难有较大的提高，应进一步开展强化浸 出的试验研究工作。 关键词低品位氧化铜矿湿法冶金资源利用 铜工业应用溶剂浸出湿法冶炼工艺较早，它首 先应用于露天矿剥离的表外矿石，逐渐发展到回收 丢失在地下采场中的残矿和矿柱。用溶浸法浸出湿 法冶炼提铜，在美国约占铜总产量的1 5 ％～2 0 ％， 这充分表明溶浸技术的生命力。某铜矿北矿带O m 中段和一4 0 m 中段在采用崩落法为主进行开采中， 由于矿体地质条件复杂，矿石松散且有自燃现象，加 之大气降雨渗入采场，恶化开采条件，使矿体在开采 过程中，在崩落采空区内留有残矿达1 6 余万t ；南矿 带一4 0 m 以上未开采的氧化矿约3 9 3 万t ，共计约 4 0 0 余万t ，平均品位1 ．3 ％一3 ．5 ％。若将这部分残 矿品位从1 ．5 ％降到0 ．4 ％一0 ．5 ％，该矿每年可多 回收1 5 0 余万t 铜矿石，相当于建立一个小型铜矿 山。 针对该矿的这类资源，可采用就地溶浸方法浸 出崩落法留下的崩落围岩和夹在其中的残矿及未开 采的低品氧化矿，回收铜金属。为此对该矿矿石进 行r 湿法冶炼前期基础试验研究工作。其目的是通 过室内小型试验，确定矿石的可浸性及其影响因素， 为现场半工业试验提供合理的工艺参数。 l 浸出过程机理 矿石的浸出是一种化学热力学过程，也是多相 反应动力学过程。该过程实际包括以下几个步骤 ①溶浸液中的溶浸剂，通过对流扩散与分子扩散方 式，向固体矿石颗粒表面迁移、扩散；②溶浸液中的 溶浸剂从矿石颗粒外表面通过分子扩散的方式经矿 石中的毛细i L 和裂隙，向内扩散到矿石的内表面；③ 溶浸剂在矿石的内表面上与有用矿物组分发生化学 * 徐慧讲师江西南昌3 3 0 0 1 3 反应，生成可溶性化合物溶人溶液中；④反应生成的 可溶性化合物从固体矿石颗粒内表面扩散到外表 面；⑤反应生成的可溶性化合物从固体矿石颗粒外 表面向外扩散到主体溶液中。从整个过程可以看 出上述①、⑤是一个扩散的过程，②、③、④是一个 化学反应过程。氧化铜矿物的浸出包含溶浸剂与铜 化合物的化学反应及溶浸剂与产物的扩散过程，故 溶浸过程取决于反应动力学和扩散动力学，而其中 质量传递总速度是一个主要的控制因素。 2 前期基础研究试验 2 ．1 矿物性质 该铜矿属于中温热液矽卡岩型铜硫矿床，分南 北两个矿带。北矿带的工业类型是含铜黄铁矿型含 铜碳酸盐岩，其次为含铜高岭土，局部为含铜火成 岩。矿石多属松散结构，含铜品位为1 ．5 ％一2 ．0 。7 0 ， 铜的氧化率大于3 0 ％i 南矿带为矽卡岩型，赋存于 碳酸盐与花岗闪长斑岩的接触带。矿石类型为含铜 矽卡岩型，其次是含铜大理岩和含铜花岗闪长斑岩， 矿石主要有晶粒结构、裂隙结构等，含铜品位为 2 ．O ％左右，铜的氧化率大于3 0 ％。 2 ，2 可浸性试验 为了寻求从采空区残留氧化矿物及未来低品位 氧化矿物中回收铜的途径，以充分利用矿产资源，提 高矿山的经济效益。为此对该矿铜矿石进行室内可 浸性试验，以找出适合的溶浸剂及溶浸液浓度、p H 值、反应时间等因素与浸出率的关系，为井下就地浸 出试验提供设计依据。 1 试料的组成。原矿的物相组成及化学组成 分别见表1 、表2 。 万方数据 第6 期 徐慧等低品位氧化铜矿湿法冶炼回收的前期基础研究 l l 一一一 表1原矿多元素分析 通过表3 可以看出时间对浸出率的影响，一般 元素名称 C uS P bZ n l d o 含量 ％l0 3 23 0 0 0 60 0 7 41 08 000 0 3 3 元素名称A 1 2 q 】s i 0 2 C a O M g O c 含量 ％ 43 55 27 0 86 611 023 6 『 表2 铜物相分析 元索名称J 硫化锕J 结合氧化锕可溶性铜 自由氧化铜J 总铜 含量 南矿带1 11 4 】01 90 ，5 9 19 2 ％ 北矿带『10 5 01 70 ．5 6I7 8 2 浸出试验。浸出试验首先是在烧杯中泡浸。 浸出条件矿石粒度、溶浸液浓度、强化剂、氧化剂、 固液比、浸出周期、浸出制度等，对浸出率影响较大 的主要是前5 个因素。试验采用正交设计方法进 行。设计因素为溶浸液浓度A 、氧化剂B 、强化剂C 、 矿石粒度D 、缦出时间E 等。各因素之间的交互作 用暂不考虑，仅对上述因素采取不同正交设计进行。 根据所取影响因素，采用L “ 6 4 2 3 、t o 3 4 、L 1 2 6 2 2 、k 6 2 2 正交方案，进行了试验，结果见 表3 、4 、5 、6 。 表3L “ 6 x 4 2 3 试验方案及试验结果 ＼C 12 3 4 5 试验结果 蒯{ 扎 ABCDE 浸出率 ％ l1 3 ，O 、l O2 5 “3O 2 2 5 68 6 21 30 “O2 5 2 25 2“1 5 7 1 7 31 3o 2 0 ．2 0 3 20 22 2 5 33 9 1 30 2 02 0 4 15 l1 1 ．5 42 5 2 3 ．5 2 02 0 1 3 ．0 21 1 5 9 ．0 8 6 2 3 ，5 2 O2 0 2 2 ．5 12 2 5 46 5 72 35 1 o ．2 5 3 2O 1 “1 5 9 ．6 0 8 2 35 1 0 ．2 5 4 15 2 2 2 5 62 7 93 40 l 0 ．2 5 1 3O l 1 1 5 62 2 I O3 40 1 02 5 2 25 22 2 5 66 3 3 40 2 02 0 3 f 20 1 21 1 6 01 3 1 2 3 4 ．0 2 02 0 4 1 ．5 l 2 2 5 5 3 5 1 34 45 2 o2 0 1 30 2 2 2 5 33 9 1 44 45 2 02 0 2 25 l 1 1 5 6 ．9 7 1 54 45 1 0 2 5 3 20 】 l 2 2 5 04 9 1 6 4 4 ．5 1 O2 5 4 15 2 1 1 5 83 4 1 7 5 5o 1 0 ．2 5 “3o 1 1 i 6 09 7 1 85 50 1 02 5 2 25 】 22 2 5 42 2 1 9 5 5 ，O 2 02 0 3 20 21 I 5 79 3 2 05 50 2 0 ．2 0 4 15 I2 2 5 45 2 2 16 8O 2 o2 0 “30 122 2 5 67 6 2 26 8 、O 2 02 0 2 2 ．5 l 1 1 5 8 7 9 2 36 8O 1 02 5 3 2 ．0 I2 2 5 66 1 2 4 6 8D 1 f 02 5 4 f 1 ．” “1 5 6l ， I5 54 25 6 6 55 7 2 l5 88 Ⅱ s 74 0 5 6 ．”5 6 ．4 65 49 5 Ⅲ5 70 85 63 6 Ⅳ 5 48 05 5 8 l V| 5 69 9 v i5 70 7 R l9 B0 ．3 914 039 5 是时间越长越好，但随时间的增长，浸出率的提高速 度较平缓，而初期浸出率上升很快；通过极差分析， 本次试验中最主要的影响因素是浸出时间E ，其次 是溶浸剂A ；各因素的最高点，即如B 1 c - E ，为本次 试验的最佳工艺条件，它综合了各因素对浸出率的 影响；各因素的主次关系为E A C B 。 表4 k 3 4 试验方案及试验结果 ＼因素 l23 浸出率 序列粤＼ ABCE ‘ ％1 11 20 1 0 2 5 1 30 l 1 5 3 ．7 6 21 2 ．0 2 02 0 2 25 2 2 5 9 6 6 3 “20 1 3 0 3 20 3 3 、 5 36 4 4 2 2 ．5 2 0 ．2 0 1 30 3 1 7 3 ．2 0 51 20 3 0 2 25 1 3 6 28 6 61 20 “02 5 3 2 ．0 2 2 5 21 7 73 3O 3 0 1 30 2 2 5 6 ．9 7 8 3 30 1 0 ．2 5 2 2 ．5 3 1 6 24 6 93 30 2 0 加3 20 1 3 6 4 8 0 l鲐6 96 00 36 l 3 16 04 7 Ⅱ 0 27 45 5 8 96 19 9 5 6 ” m 6 1 ．7 45 78 25 6 8 76 34 3 R 70 580 7 51 271 6 通过表4 可以看出初期浸出率上升很快，随着 时间的增长，浸出率上升较平缓；本次试验的最主要 影响因素是B ，其次为E ；各因素的最高点，即 A 2 8 2 c 。E 3 为本次试验的最佳工艺条件；各因素主次 关系为B E A C 。 表5 L 1 2 6 x2 2 试验方案殛试验结果 l23 试验结果 备注 螂孛、 A Bc浸出率 ％ 1 2 3 ．5 11 O3 0 1 25 l 5 3 ．5 l 2 5 50 2 02 5 1 25 5 41 9 3 5 50 1 】 O ．3 0 2 f 20 y 邸7 5 4 2 35 2 0 ．2 5 2 2o 5 28 1 5 4 4 ．5 1 O3 0 1 25 5 3 ∞ 61 3 ，0 2 0 、2 5 1l 2 、5 1 5 3 ．7 6 7 1 30 2 03 0 2 2o 5 42 4 84 4 ．5 2 0 ．2 5 2 2O 、5 42 7 93 4O l o3 0 1 25 5 3 ．9 3 l o 6 6 ．0 2 02 5 1 25 5 33 7 1 l 6 60 1 03 0 2 20 5 21 9 1 2 3 40 2 0 ．2 5 2 20 5 3 4 3 I5 40 05 3 ．2 85 3 ．∞ Ⅱ5 3 1 65 36 45 3 7 8 m5 36 8 J v5 3 笳 V 5 4 ．9 8 Ⅵ 5 27 8 R2 2 001 401 5 通过表5 可以看出初期提出率上升较快，随着 时间增长，浸出率上升较平缓；本次试验最主要的影 响因素为A ，其次为c ；各因素的最高点，即A s B 】c 2 万方数据 有色金属 矿山部分 第5 4 卷 为本次试验的最佳工艺条件；各因素的主次关系为 A c B ；当溶浸剂A 浓度提高后，B 、c 两种强化 剂，对浸出率影响不明显。 表6 k 6 2 2 1 1 , 试验方案及试验结果 123试验结果 备注 宴驺守＼ ABD浸出率 ％ l 2 15 1 0 3 0 1 f 05 0 6 65 6 25 30 5 2 02 5 7 1 o5 0 6 52 6 3 5 30 51 0 3 0 2 o ．4 5 6 5 ．9 5 42 15 j2 02 5 52 04 5 57 24 9 5 4 25 I 03 0 1 05 0 6 82 4 6 1 1 0 2 0 ．2 5 1 05 0 6 80 3 l 1 0 I 0 3 0 2 04 5 7 42 6 浸出时 84 25 2 o2 5 】2 04 5 6 73 2 9 3 2 ．O l O3 0 1 O ．5 0 6 85 4 间为2 d 1 0 6 35 2 02 5 1 0 ．5 0 7 1 ．3 5 1 1 6 3 ．5 1 0 ．3 0 2 04 5 7 l 3 7 1 23 20 2 02 , 5 2 o4 5 7 1 8 7 I6 9t 56 80 0 Ⅱ 6 93 97 0 ．5 4 R0 ．2 4 25 4 通过表6 可以看出初期浸出率上升较快，随着 时间的增长，浸出率上升较平缓；本次试验最主要的 影响因素为A ，其次为D ；各因素的最高点，即 A - B 。D 2 为本次试验的最佳工艺条件；各因素的主次 关系为A D 呻B 。 通过北矿带的上述4 组试验结果分析，该矿溶 浸参数宜采用A 3 ％ 、B 0 ．2 5 ％ 、C 2 ．5 ％ 、E 1 ，此时其浸出率可达6 0 ％一7 5 ％，试验结果见表 7 。故推荐在井下半工业试验中采用上述溶浸工艺 参数。 通过表7 可以看出初期浸出率上升较快，随着 时间的增长，浸出率上升较乎缓；本次试验影响浸出 率的主要因素为A ，其次为c ；各因素最高点，即 A 3 B l 岛b 为本次试验的最佳工艺条件；各因素的主 次关系为A c B E ；最佳浸出参数为A 3 ％ ，B 0 ．2 5 ％ ，C 2 ．5 ％ ．E 1 。 表7 L 9 3 4 试验方案及试验结果 l23 4 试验结果 目躏凯 A B CE 浸出率 ％ 1 2 ．0 1 02 5 1 30 5l 3 6 8 ．7 0 21 20 2 0 ．2 0 2 25 2 2 56 68 9 31 20 73 O 3 20 73 1 6 87 7 4 2 25 2 02 0 1 3 ．0 3 1 6 97 5 5 2 25 3 0 2 25 1 356 9 ．2 5 6 2 2 ．5 1 02 5 3 20 2 2 7 03 9 7 3 3O 、3 0 1 3o 2 2 77 0 ．4 6 8 3 3O 1 02 5 2 2 ．5 3 157 1 ．3 8 93 30 } 2 02 0 3 2O Ir 357 I J 2 I6 8 ，1 27 01 66 9 6 46 9 ．6 9 Ⅱ6 9 ．帅6 92 , 56 9 1 76 9 2 4 Ⅲ7 0 ，9 96 9 ．4 97 0 ．0 96 9 ．9 7 K28 709 10 ，9 207 3 3 结论 1 该矿石在A 3 ％ ，B 0 ．2 5 ％ ．C 2 ．5 ％ ，E 1 条件时，浸出率可达6 0 ％一7 5 ％。 2 矿石的浸出较复杂，而且影响因素也是多方 面的，加上矿石的氧化率不太高，仅为3 0 ％左右，靠 单一酸浸，其浸出率是难以提高的，必须采取强化浸 出的手段。 3 借助于正交设计的方法，不仅可以减少试验 工作量，并可以有效地避免各种偶然误差对结果推 断的影响，使研究结果更为准确、可靠。同时，应用 正交设计进行试验，能通过较少的试验次数分清各 因素在试验中的主次作用及各因素对指标所起的作 用大小，从而找出较好的生产工艺条件。 参考文献 1 浸矿技术编委会浸矿技术北京原子能出版社，1 9 9 4 2 L ．m i e r i e y 细菌的氧化作用湿法冶金，1 9 9 6 ． 4 4 4 ，4 7 3N n m 籼KAB i o l e a e h l n go fS u l p I l i d e su n d e rA p p l i e dP c l e a f i a l s ．H y ． d r 帕嘲a 玎Ⅲ静。1 9 9 2 ，2 9 1 3 1 6 1 1 7 2 4 ‰C ，B l m q u e zML ，B a l h s t m “ AW l u e r , e eo fW a f i o u s №∞i nt h e B i d 朗蛐o fHB u J kC o n c e n l r a t ew i t hM e s o p h i l o eM i e 唧i s miRt h e P I 鄂9 ∞o eo fA gH y d I ∞吼a I l I 。噼，1 9 9 7 ， 2 2 7 1 2 8 7U f 上接第1 5 页 科学技术出版社．2 0 0 0 3 分析和研究了工作面计划编制和决策的各 2 高洪深决策支持系统北京清华大学出版社．2 ．0 0 0 竺苎鍪孥考量苎毫了三量数据库、生产统计数3 工业S 麓慧掌民。时间序列及系统分析与应用北枷械 据库和生产计划数据库。 4 ≮主毒；；教i 磊写组．运筹学．北京清华大学出版社，】9 9 5 4 应用运筹学、时间序列理论研究M P D S S 模 5 张文杰，李学伟管理运筹学北京中国铁道出版社，2 0 0 13 型库，对D S S 模型库的设计具有参考价值。 6 张幼蒂．王玉竣采矿系统工程．江苏冲国矿业大学出版社， 参考文献 2 0 0 0 口 万方数据