大洋多金属硫化物浮选尾矿冶炼性能研究.pdf

2 0 1 6 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．c n 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 6 ．0 2 ．0 0 2 大洋多金属硫化物浮选尾矿冶炼性能研究 蒋伟1 ’2 ，王政2 ，王爱平2 ，蒋训雄2 ，汪胜东2 ，李艳峰2 1 ．北京科技大学，北京1 0 0 0 8 3 ；2 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 摘要对中国大洋矿产资源研究开发协会多金属硫化物勘探合同区的大洋多金属硫化物浮选尾矿开展 不同冶炼工艺的对比研究，考察其冶金性能，综合回收其有价金属，达到资源利用最大化的目的。 关键词大洋多金属硫化物；热液硫化物；可冶炼性；浸出；焙烧 中图分类号T F 8 1 1文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 6 0 2 0 0 0 7 0 3 S t u d yo nM e t a l l u r g i c a lP r o p e r t i e so fP o l y m e t a l l i cS u l f i d eF l o t a t i o nT a i l i n g s J I A N GW e i l ～，W A N GZ h e n 9 2 ，W A N GA i p i n 9 2 ，J I A N GX u n x i o n 9 2 ， W A N GS h e n g d o n 9 2 。L IY a n f e n 9 2 1 ．U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yB e i j i n g ，B e i j i n g1 0 0 0 8 3 ，C h i n a ； 2 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a A b s t r a c t M e t a l l u r g i c a lp r o c e s s e sf o rp o l y m e t a l l i cs u l f i d ef l o t a t i o nt a i l i n g sf r o mt h ec o n t r a c ta r e a so f C O M R Aw e r ec o m p a r a t i v e l ys t u d i e d ．M e t a l l u r g i c a lp r o p e r t i e so fp o l y m e t a l l i cs u l f i d ef l o t a t i o nt a i l i n g sw e r e i n v e s t i g a t e dt oc o m p r e h e n s i v e l yr e c o v e rv a l u a b l em e t a l sa n dr e a l i z et h em a x i m u mu t i l i z a t i o no fr e s o u r c e s ． K e yw o r d s p o l y m e t a l l i cs u l f i d e ；h y d r o t h e r m a ls u l f i d e ；m e t a l l u r g i c a lp r o p e r t y ；l e a c h i n g ；r o a s t i n g 大洋多金属硫化物矿床形成于上百万年以前的 海底u 。2 ] 。自1 9 7 9 年在北纬2 1 度下加利福尼亚 墨 西哥 岸外的东太平洋海隆首次发现硫化物烟囱以 来，全球已发现约6 0 0 处海底硫化物矿点[ 3 ] ，矿点主 要位于洋中脊和弧后盆地的扩张中心，如太平洋 东 太平洋海隆、东南太平洋海隆和东北太平洋海隆 、 大西洋中脊、印度洋海脊等，专家认为，世界海底可 能有超过10 0 0 处此类活跃点[ 4 。7 ] 。 大洋多金属硫化物矿床是由海底热液成矿作用 形成的块状硫化物、多金属软泥的金属沉积物矿床， 富含铜、钴、锌、金、银、锰、铁等多种金属元素邙。12 | 。 据推算，块状硫化物和多金属软泥的体积约有 3 9 ．3 3M m 3 ，具有巨大的资源前景。硫化物相富含 铁、锰、锌、铜、镍、钴、镉、铅、汞、金、银、钼、钒、钡、锶 等元素，主要金属硫化物有黄铁矿、黄铜矿、闪锌矿 收稿日期2 0 1 5 - 0 9 - 1 1 基金项目中国大洋协会项目 D Y l 2 5 1 1 一T - 0 2 作者简介蒋伟 1 9 7 9 一 ，男，四川蓬溪人，博士研究生，高级工程师 和方铅矿，与滑石、镁蒙皂石、石膏、褐铁矿、针铁矿、 水锰矿、菱锰矿和非晶质二氧化硅共生[ 9 ] 。 目前，大洋多金属硫化物的冶炼工艺研究方面 相对欠缺；现有资料[ 9 ’1o ] 显示，不同区域的多金属硫 化物化学成分、微量元素的种类和含量、矿石构造变 化和差异巨大，从而导致其提取工艺的差异较大。 由于大洋多金属硫化物经浮选后获得的浮选精 矿基本可满足目前铜、铅、锌等精矿的指标，可适应 于现有相关金属冶炼加工的主流程，但其浮选尾矿 中仍含有大量有价金属，尤其是以氧化态形式存在 的有价元素。因此，本研究主要针对大洋多金属硫 化物浮选尾矿开展其冶炼性能研究，查明其冶炼加 工性能，综合回收其有价元素，达到资源利用最大 化，亦为大洋多金属硫化物的冶炼工艺技术的开发 提供依据。 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 6 年第2 期 1原料 1 ．1 原料化学成分 试验用浮选尾矿来自于中国大洋矿产资源研究 开发协会西南印度洋多金属硫化物勘探合同区某一 海域内的大洋多金属硫化物，含金0 ．9 4g ／t 、银 8 ．0 6g ／t ，其他主要元素分析结果 ％ C u6 ．3 7 、P b 0 ．0 2 、Z n0 ．1 6 、C a1 ．0 8 、M g9 ．2 5 、N i0 ．0 1 、M n 0 ．0 7 、T F e1 2 ．7 1 、S i 0 2 4 4 ．3 5 、C l1 ．8 7 。从综合回收 利用价值角度考虑，此类矿物应以回收铜为主，综合 回收利用伴生的金、银等有价元素，以实现矿物的综 合利用最大价值。 1 ．2 原料矿物组成 浮选尾矿通过显微镜观测、扫描电镜观测、能谱 微区分析等手段查明了多金属硫化物中铜的主要矿 物及伴生矿物的分布为 ％ 铜氧化物8 0 ．7 5 、次生 硫化铜1 2 ．9 9 、原生硫化铜4 ．2 3 、其他铜2 ．0 3 。 多金属硫化物浮选尾矿中主要为铜氧化物，偶 见细粒、微细粒黄铜矿、辉铜矿、铜蓝及少量微晶黄 铜矿、辉铜矿和铜蓝等，还有微量铜呈吸附态赋存于 褐铁矿中。此外，矿物主要杂质为滑石等硅质矿物， 另有少量黄铁矿、白铁矿等硫化矿物。 根据铜的物相分析结果，多金属硫化物浮选尾 矿的综合利用回收的关键是如何同时回收氧化形态 和硫化物形态的铜。 1 ．3 原料粒度分布 多金属硫化物浮选尾矿经干燥、取样后采用 W i n n e r 2 0 0 0 台式激光粒度分析仪对其进行检测，其 粒度分布曲线见图1 。 1 1 I_ 1l I }1 1H lHH l 粒度／u m 图1多金属硫化物浮选尾矿粒度分布曲线 F i g ．1 P a r t i c l es i z ed i s t r i b u t i o nc u r v eo f p o l y m e t a l l i cs u l f i d ef l o t a t i o nt a i l i n g s 粒度分布结果显示，多金属硫化物经浮选后， 1 0 0 ％的颗粒通过0 ．1 2 51 T i m 的泰勒筛，9 7 ．1 9 ％的 颗粒过0 ．0 7 4m m ，8 3 ％左右的颗粒过0 ．0 3 8m m ； 因此，从冶金工艺的成本考虑，此矿物可直接用于湿 法冶金。 2试验研究 根据化学成分、物相组成分析可知，多金属硫化 物浮选尾矿的主要回收金属为铜，且其中8 0 ％左右 的铜以氧化态形式存在，1 7 ％左右以硫化物形态存 在。鉴于此，本文主要采用常压浸出、加压浸出以及 焙烧一浸出等工艺对浮选尾矿进行对比研究，以筛 选适合于多金属硫化物浮选尾矿的冶炼工艺。 2 ．1 常压酸浸 常压酸浸为湿法冶金中最为常见的工艺，可有 效地将矿物中的铜浸出。浸出试验条件初始酸浓 度2m o l ／L 、温度9 0 ～9 5 ℃、时间4h 、搅拌速度4 0 0 r ／m i n 、液固比6 1 。试验结果见表1 。 表1 试验结果 T a b l e1 E x p e r i m e n tr e s u l t s 试验结果表明，铜的浸出率较高，达到了 9 8 ．7 3 ％。虽然在常压酸浸过程中，矿物中的铜得到 了有效溶出，有利于矿物的综合利用，但同时矿物中 的铁亦被大量浸出 浸出率6 8 ．0 8 ％ ，不但增加了 酸耗，而且导致溶液成分复杂化，在回收铜的过程中 必须对溶液进行净化除杂。 2 ．2 氧化酸浸 氧化酸浸的主要目的是使铁进一步氧化，降低 铁的浸出率，从而使酸耗降低。试验条件氧化剂 5 ％、初始酸浓度2m o l ／L 、温度9 0 ～9 5 ℃、时间 4h 、搅拌速度4 0 0r ／m i n 、液固比6 1 。 试验结果 见表1 显示，铜、铁、镁的浸出率分 别为9 8 ．4 2 ％、6 8 ．4 4 ％和1 6 ．7 7 ％。对比分析常压 直接酸浸和常压氧化酸浸多金属硫化物浮选尾矿可 知，添加氧化剂对浸出影响甚小，亦未达到抑制铁浸 出的目的；说明此类矿物在常压氧化酸浸过程中难 以使铁形成相应的沉积物。 2 ．3 焙烧一酸浸 焙烧的目的主要是使铜形成相应的可溶铜矿 万方数据 2 0 1 6 年第2 期 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y ] , ．b g r i m m ．c n 9 物，而铁形成难溶的氧化物，从而达到铜、铁分离的 目的。试验条件焙烧温度8 0 0 ℃、焙烧时间4h 、焙 烧气氛为空气、浸出初始酸浓度2m o l ／L 、浸出温度 9 0 ～9 5 ℃、浸出时间4h 、搅拌速度4 0 0r ／m i n 、浸出 液固比6 l 。 试验结果显示，铜、铁、镁浸出率分别为 6 2 ．0 8 ％、3 8 ．5 4 ％、5 2 ．5 5 ％。相较直接酸浸和氧化 酸浸工艺，焙烧一酸浸工艺，铁的浸出率虽然有所降 低；但同时使铜的浸出率大幅降低，且镁的浸出率亦 增长了3 5 个百分点左右，因此，焙烧一酸浸工艺在 此条件下难以达到理想结果，不仅降低浮选尾矿的 综合利用水平，还将进一步提高酸耗。 2 ．4 加压酸浸 加压酸浸的目的是将铁转化为赤铁矿，铜形成 可溶性盐。试验条件初始酸浓度2m o l ／L 、浸出温 度1 6 0 ℃、氧分压0 ．1M P a 、浸出时间4h 、搅拌速度 5 0 0r ／m i n 、液固比6 1 。 试验结果显示，铜的浸出率达到9 9 ．5 0 ％，铁的 浸出率为7 9 ．9 6 ％，镁的浸出率为3 1 ．8 4 ％。加压酸 浸工艺可将铜的浸出率达到最大化，但铁的浸出效 果与预期仍有一定差异，亦或是因为此条件还未达 到使铁转化为赤铁矿的要求。 2 ．5 常压碱浸 常压碱浸的目的是使铜进入溶液，铁、镁进入渣 中，达到铜与铁、镁分离的目的。试验条件碱浓度 3m o l ／L 、添加剂1 ．5m o l ／L 、浸出温度3 0 ℃、浸出 时间4h 、搅拌速度4 0 0r ／m i n 、液固比6 1 。 试验结果显示，铜的浸出率为8 0 ．4 7 ％，铁的浸 出率可以忽略不计，镁的浸出率为4 ％左右。常压 碱浸工艺可有效抑制铁和镁的溶出，达到了铜与铁、 镁有效分离的效果，简化了铜的后继处理工序。此 外，从试验结果可知，虽然使铁和镁等元素仍抑制与 渣中，但铜的浸出率亦有所下降；因此，为达到综合 利用浮选尾矿的目的，仍需进一步考察浮选尾矿中 铜在碱浸工艺中的行为，探明影响铜浸出的原因。 3 结论与展望 1 常压酸浸、常压氧化酸浸、加压酸浸均可有效 地使铜浸出进入溶液，从而与矿物中的硅等杂质有 效分离；但同时亦将矿物中的大量铁、以及部分镁形 成可溶盐，导致酸耗增加，在提取回收铜的同时，需 进一步对溶液中的铁和镁进行分离。对酸浸工艺的 研究将主要针对降低酸耗和浸出液中除杂等；此外， 加压酸浸亦可考虑直接脱铁。 2 碱浸工艺虽然可较好地将铁、镁等杂质抑制 在渣中，但铜的浸出率亦大幅降低。因此，碱浸工艺 将进一步研究多金属硫化物浮选尾矿中铜在碱性条 件下的行为，以达到最大化回收铜目的。 参考文献 [ 1 ] 邬长斌，刘少军，戴瑜．海底多金属硫化物开发动态与前 景分析[ J ] ．海洋通报，2 0 0 8 ，2 7 6 1 0 1 1 0 9 ． [ 2 ] 曾志刚．海底热液活动探索[ R ] ．北京中国大洋协会， 2 0 0 2 ． [ 3 ] 景春雷，郑彦鹏，刘保华，等．海底热液多金属硫化物分 布及控矿因素[ J ] ．海洋地质与第四纪地质，2 0 1 3 ，3 3 1 5 7 - 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