堆浸技术在云南省铜冶炼企业中的应用.pdf

1 6 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 2 0 1 6 年第6 期 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 6 ．0 0 5 堆浸技术在云南省铜冶炼企业中的应用 安俊菁1 ，王少龙2 ⋯，熊国焕2 ⋯，黄凯1 ，于站良2 ’3 1 ．云南省固体废物管理中心，昆明6 5 0 0 3 2 ； 2 ．昆明冶金研究院，昆明6 5 0 5 0 3 ； 3 ．共伴生有色金属资源加压湿法冶金技术国家重点实验室，昆明6 5 0 5 0 3 摘要概述了国内外铜堆浸技术的研究现状、基本工艺和流程，简要介绍了云南铜冶炼的生产情况及硫 酸堆浸、氨堆浸技术在云南的应用情况。指出堆浸工艺对生态环境的影响，并对云南省堆浸技术的发展 进行了展望。 关键词铜冶炼；堆浸；硫酸堆浸；氨堆浸 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 6 0 0 1 6 0 4 A p p l i c a t i o no fH e a pL e a c h i n gT e c h n o l o g yi nC o p p e r S m e l t i n gE n t e r p r i s e si nY u n n a nP r o v i n c e A NJ u n j i n 9 1 ，W A N GS h a o l o n 9 2 ”，X I O N GG u o h u a n 2 ”，H U A N GK a i l ，Y UZ h a n l i a n 9 2 3 1 ．Y u n n a nS o l i dW a s t eM a n a g e m e n tC e n t e r ，K u n m i n g6 5 0 0 3 2 ，C h i n a ； 2 ．K u n m i n gM e t a l l u r g i c a lR e s e a r c hI n s t i t u t e ，K u n m i n g6 5 0 5 0 3 ，C h i n a ； 3 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fP r e s s u r eH y d r o m e t a l l u r g i c a lT e c h n o l o g yo fA s s o c i a t e dN o n f e r r o u sM e t a lR e s o u r c e s ，K u n m i n g6 5 0 5 0 3 A b s t r a c t R e s e a r c hs t a t u s ，b a s i cp r o c e s s e sa n dp r o c e d u r e so fh e a pl e a c h i n gt e c h n o l o g ya th o m ea n da b r o a d w e r es u m m a r i z e d ．P r o d u c t i o ns i t u a t i o no fc o p p e rs m e l t i n ga n da p p l i c a t i o no fh e a pl e a c h i n gt e c h n o l o g yw i t h s u l f u r i ca c i da n da m m o n i ai nY u n n a np r o v i n c ew e r eb r i e f l yi n t r o d u c e d ．E f f e c t so fh e a pl e a c h i n gt e c h n o l o g y o ne n v i r o n m e n tw e r ep o i n t e do u t ．D e v e l o p m e n to fh e a pl e a c h i n gt e c h n o l o g yi nY u n n a np r o v i n c ew a s p r o s p e c t e d ． K e yw o r d s c o p p e rs m e l t i n g ；h e a pl e a c h i n g ；s u l f u r i ca c i dh e a pl e a c h i n g ；a m m o n i ah e a pl e a c h i n g 用铜矿石或精矿生产铜的方法大致可分为火法 与湿法，火法炼铜是当今生产铜的主要方法，世界上 超过8 0 ％的铜是用火法从硫化铜精矿中提取的，湿 法炼铜是在溶液中进行的提铜方法，适用于贫矿或 富矿、氧化矿或硫化矿[ 1 ] 。堆浸是低品位氧化铜矿 最重要的浸取方法[ 2 ] ，矿堆的喷淋系统、底衬与垫衬 系统、矿堆的渗透性等是当前大型堆浸作业关注的 重点嘲。 国内外针对不同原料、不同浸出剂，开展了实验 室模拟、中试及产业化等不同规模的研究工作。吴 健辉H 3 和R e n m a n [ 5 3 分别以紫金山低品位铜矿为原 料，开展了生物堆浸实验研究，分析堆浸过程喷淋工 艺参数对铜浸出率的影响。结果表明，起始喷淋液 全铁浓度4 ．0g ／L 、矿石粒度一1 0m m 、浸出周期 1 8 1d 时，铜浸出率达到8 0 ％，并指出采用不同喷淋 制度抑制酸铁浸出是低品位铜矿生物堆浸未来重要 收稿日期2 0 1 6 0 1 1 8 基金项目云南省重金属污染防治专项 Y G 2 0 1 4 0 3 ；云南省科技创新平台建设计划项目 2 0 1 5 D H 0 0 5 作者简介安俊菁 1 9 7 3 一 ，女，回族，云南昆明人，硕士，高级工程师；通信作者王少龙 1 9 7 5 一 ，男，山东龙口人，博士，高级工 程师． 万方数据 2 0 1 6 年第6 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 1 7 研究方向。非洲铜带区是世界上最大的成矿区，铜 储量占世界1 0 ％以上。郑明臻[ 6 ] 选取智利一典型 的堆浸工艺与铜带区的搅拌浸出工艺进行比较，两 种工艺均用于从氧化矿中回收铜，从工艺、技术方 案、资本费用和操作成本进行了比较，最后指出，在 铜带区堆浸不可能代替搅拌浸出，原因是堆浸固有 的溶液平衡问题和非常高的矿石铜品位。刘美林 等[ 7 ] 选取新疆土屋的低品位铜矿开展堆浸工业试验 研究，考察粒度和堆高的渗透性、酸耗及铜浸出率影 响规律。采用硫酸作浸出剂对一5 0m m 的矿石堆 浸6 0d ，铜浸出率可达8 0 ％以上。其他的研究结 果[ 8 ‘1 3 ] 同样表明，堆浸工艺可以有效回收低品位 铜矿。 2 0 1 1 年5 月6 日，国务院将云南定位为我国西 南生态安全屏障口4 | ，加强云南省的环境治理是我国 对外经济发展和生态文明建设的重要组成部分。本 文基于国内外堆浸技术的研究现状，重点分析云南 铜冶炼的生产情况及硫酸堆浸、氨堆浸技术在云南 的应用情况，并对云南省堆浸技术的发展进行了 展望。 1 堆浸基本工艺和流程 目前大多数铜的湿法浸出工艺流程采用两段逆 流浸出。按照堆浸场的形状可分为[ 15 | 原料堆浸 场、“O n O f f ”堆浸场、永久性单／多层浸场和山谷型 堆浸场。永久性堆浸场是典型的两段逆流浸出工 艺，适合中等堆高堆浸，“O n O f f ”适用于氧化铜矿 的堆浸，是可拆卸的堆浸场，多采用两段逆流浸出工 艺，浸出时间短，铜浸出率高。 2 堆浸在云南省的应用情况 据初步调查统计，云南省2 0 1 4 年铜冶炼企业有 6 1 家，阴极铜产量约5 5 ．2 万t ，火法炼铜产能为 5 0 ．2 万t ，云南铜冶炼企业产品及产量统计情况见 表1 。云南铜业和云南锡业的铜业分公司的产量分 别为4 3 ．5 3 万t 和6 ．3 7 万t ，其余企业均处于停产 状态。湿法炼铜的企业数量多，规模小，由于堆浸法 操作简单、投资省、见效快，在云南已建成几十座采 用堆浸一萃取一电积工艺处理氧化铜的湿法冶炼 厂，氧化铜矿的堆浸技术在云南已得到普遍应用，堆 浸采用的浸出剂有酸性硫酸溶液和碱性氨液等，在 云南应用较多的还是硫酸溶液堆浸，也有采用氨液 堆浸。 表1云南铜冶炼企业产品及产量统计 T a b l e1P r o d u c t i o na n do u t p u to fc o p p e r s m e l t i n ge n t e r p r i s e si nY u n n a np r o v i n c e 注* 工艺方法中的生产能力仅统计阴极铜产能，包括火法电解铜 和湿法电积铜 采用硫酸堆浸主要化学反应[ 1 1 如下 C u 2 C 0 3 0 H 2 2 H 2 S O 。一2 C u S 0 4 C 0 2 十 3 H 2 0 C u S i 0 。2 H 2O H 2S 0 。一C u S 0 4 S i 0 2 3 H 2 0 2 C u 2 0 4 H 2 S 0 4 4 C u S 0 4 C 0 2 十 4 H 2 0 氨浸用氨和氨盐的水溶液，可用于氧化铜矿，并 适合处理碱性脉石如C a O 、M g O 含量高的铜矿石， 反应[ 1 3 如下 C u O 2 N H 。O H N H 。 2 C 0 2 一 C u N H 3 4 C 0 3 3 H 2 0 C u N H 3 4 C 0 3 C u C u 2 N H 3 4 C 0 3 2 ．1 硫酸堆浸技术的应用 新平漠沙金文选冶厂于1 9 9 7 年9 月建成一座 年产电积铜3 0 0t 规模的电积铜厂口6 | ，堆浸氧化矿 的品位由1 ％降低到0 ．5 ％土状氧化矿和0 ．3 ％～ 0 ．8 ％的块矿氧化矿。实践证明，首先采用8 0 ～1 0 0 g ／L 的浓硫酸喷淋1 0d ，然后用5g ／L 的低酸进行 淋洗5d ，铜浸出率达到6 0 ％～6 5 ％。 羊拉铜矿的矿石成分复杂n7 | ，矿物中脉石矿物 含量较高，C a O 、A l O 。等耗酸的碱性物质含量接近 2 0 ％，针对该矿的特殊性，王洪江等[ 1 8 1 开展了分粒 级筑堆技术的研究，在堆浸过程中由于结垢导致浸 堆渗透性降低，进而影响铜浸出率。为了改善矿堆 的渗透性，对矿石进行预处理，使矿石的粒级组成变 窄，增大平均粒径。 在堆场中块状矿石堆放区域，喷淋强度控制在 2 0 ～3 0L ／ m 2 h ，使大量的溶浸液从块状矿石堆 隙中渗透，在堆场四周的粉状矿区域，喷淋强度控制 在1 0 ～2 0L ／ m 2 h ，在堆浸的中后期要逐渐降低 喷淋强度，控制的标准使矿堆表面不出现积液。采 用硫酸进行分类堆浸后，浸出液中铜离子质量浓度 达到1 ．2 4g ／L ，剩余酸度控制在5 ～1 5g ／L 之间， 万方数据 1 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6 期 铜浸出率可以达到6 3 ．9 8 ％[ 18 | 。 2 ．2 氨堆浸技术的应用 华山工贸有限公司拥有2 座铜矿山，全为氧化 铜矿石 铜品位0 ．7 ％～0 ．8 ％ ，钙、镁合量大于 2 0 ％，氧化块矿建永久堆浸场，氧化土矿建薄层堆浸 场[ 19 | ，采用堆浸一萃取一电积工艺。该公司以氧化 铜矿石的氨堆浸作为工程化和产业化攻关的重点， 工艺特点是只浸铜，其他杂质基本上不被浸出，从而 简化了溶液净化过程，降低投资。正常运行以来，在 矿石入堆平均铜品位0 ．7 ％～0 ．8 ％的情况下，铜直 收率7 1 ．2 ％，吨铜生产成本1 ．3 万元[ 19 | 。 2 ．3 堆浸技术存在的不足 针对堆浸过程产生的环境危害，水浩东[ 2 叩利用 工业废酸 含1 0 ％硫酸 堆浸氧化铜，从浸出液中回 收硫酸铜、铁红、铁黄、活性氧化锌及硫酸铵，铜和锌 的总回收率分别达到8 1 ．3 0 ％和8 3 ．8 1 ％，该方法达 到环保效益、经济效益和社会效益统一。许雅玲[ 2 妇 等人通过对某铜矿区土壤重金属含量及化学形态分 布进行分析，探讨了采矿过程中的重金属在土壤中 的积累特征，结果表明，该矿区的铜、锌、铅、镉、镍在 土壤中的积累程度相当高。邹元龙等[ 2 2 ] 针对我国 在铜矿山对贫矿资源实施堆浸的污染防治进行了探 讨，在堆浸生产过程中，完善环保设施，及时调整浸 出和环保处理工艺、参数是环境保护的工作重点。 此外，张飞等[ 2 胡开展了内蒙古某矿区堆浸场地质灾 害及防治研究，指出堆浸场易发生泥石流灾害，堆浸 场边易发生滑坡灾害，研究、探索其灾害发生的规 律，并提出了地质灾害的防治对策。 基于云南采用堆浸工艺的铜冶炼企业调查发 现，采用原矿作为生产原料的企业均是就地堆浸，堆 浸结束，企业停产后就地封堆场。堆浸对生态产生 一定的影响，主要是露采采矿、剥离排土和堆浸废渣 破坏和占用土地，破坏原有的自然生态系统，影响区 域景观，敏感地区也可能对生物多样性产生一定影 响，堆场和周边也存在发生泥石流或滑坡等地质灾 害的隐患。 2 ．4 云南堆浸企业技术经济分析 据调查，云南现有堆浸企业3 0 家，电积铜设计 规模为1 5 0 ～30 0 0t ／a ，2 0 1 5 年正常生产的有1 0 家，停产或处于长期检修状态的企业2 0 家。只有华 山工贸公司采用氨堆浸，其余企业均采用酸堆浸技 术，云南省部分企业堆浸技术指标表见表2 。 表2 云南部分企业堆浸技术指标 T a b l e2E c o n o m i c a la n dt e c h n i c a li n d e x e so fh e a pl e a c h i n ge n t e r p r i s ei nY u n n a np r o v i n c e 酸堆浸工艺对原料的适应性较广，酸堆浸均采用 硫酸作为浸出剂，生产企业为了降低酸耗，基本上先采 用8 ％～1 0 ％的硫酸喷淋，再采用3 ％～5 ％的酸喷淋。 3结论与展望 堆浸技术是低品位氧化铜矿回收利用的有效工 艺，该技术在云南得到了较快较好的发展，今后可以 从以下三个方面继续开展工作 1 成立堆浸专项检查小组，重点对铜堆浸企业 的堆浸渣、萃余液、废水的产生与利用情况开展调 查，对于已经停产的企业，督促做好生态修复工作。 2 制定云南省铜堆浸的技术规范，鼓励相关企 业全面推行清洁生产，降低环境风险和隐患。 3 政府在政策和资金等方面给予一定的支持， 鼓励堆浸企业采用工业废酸或有色行业烟气制酸产 生的污酸，实现低品位矿中有价金属的回收，同时也 实现污酸的减量化与资源化。 参考文献 E l i 李明照．铜冶炼工艺[ M ] ．2 版．北京化学工业出版 社，2 0 1 2 7 - i 0 ． E 2 ] 陈家镛．湿法冶金手册[ M ] ．北京冶金工业出版社， 2 0 0 5 6 2 6 6 3 0 ． [ 3 ] 智宏伟，齐守智．堆浸技术的历史、现状及其应用前景 [ J ] ．世界有色金属，2 0 1 1 1 1 2 卜2 4 ． [ 4 ] 吴健辉．紫金山低品位铜矿生物堆浸模拟研究[ J ] ．有色 金属 冶炼部分 ，2 0 1 5 2 1 - 4 ． [ 5 ] R E N M A NR ，J I A N K A N GW ，J I N G H EC ．B a c t e r i a l h e a p l e a c h i n g P r a c t i c ei nZ i j i n s h a nc o p p e rm i n e [ J ] ． H y d r o m e t a l l u r g y ，2 0 0 6 ，8 3 1 7 7 8 2 ． 下转第2 5 页 万方数据 2 0 1 6 年第6 期 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 5 工业，2 0 0 8 ，1 8 2 4 0 4 5 ． [ 2 ] 梁建坤，薛剑峰．金属钴的消费现状及发展前景[ J ] ．现 代冶金，2 0 1 0 ，3 8 3 1 2 1 3 ． [ 3 ] 孙明生，沙涛，苏凤来．湿法炼锌净化渣综合回收的生产 实践[ J ] ．矿冶，2 0 1 0 ，1 9 1 7 3 7 6 ． [ 4 ] 刘庆杰．湿法炼锌净化钴渣中富集钻的工艺研究[ J ] ．资 源再生，2 0 1 1 1 0 5 6 5 8 ． [ 5 ] 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