堆浸工艺中氧化铜矿石粒级与浸出率相关性研究.pdf

S e r i e s N o ． 3 6 3 S e p t e mb e r 2 0 0 6 金 砖 ME T AL MI NE 总 第3 6 3期 2 0 0 6 年 第 9期 堆浸工艺中氧化铜矿石粒级与浸出率相关性研 究术 习 泳 吴爱祥 朱志根 江怀春 1 ．中南大学； 2 ．中国有 色工程设计研究总院 摘要研究了在堆浸工艺中氧化铜矿石粒级大小与浸出率之间的相关性。研究结果表明， 采用 4 1的液同 比， p H 2 ． 0时， 浸出此类氧化铜矿石， 可以达到很好的浸出效果， 浸出反应 4 8 h之后 ， 就有部分铜被浸出， 其浸出 率可高达 5 0 ％以上。当粒径由5 m m缩小至 1 mm， 其浸出率增大2 0个百分点； 缩小至 0 ． 1 mm， 其浸出率可增大4 0 个百分点。可见矿石粒径愈小， 其 比表面积就愈大， 单位时间内溶浸液与矿石接触的面积就愈大， 反应就愈充分， 浸出率就愈高。矿石中铜的浸出率与矿石粒径基本呈二次线性关系 。 关键词氧化铜矿石堆浸工艺 浸出率 S t u d y o n Co r r e l a t i o n b e t we e n P a r t i c l e S i z e o f Ox i d i z e d Co p p e r Or e a nd I t s M e t a l Ex t r a c t i o n Ra t e i n He a p Le a c hi ng Xi Yo n g _ Wu Ai x i a n g Z h u Z h i g e n J i a n g Hu a i c h u n 1 ． C e n t r a l S o u t h U n i v e r s i t y ； 2 ． C h i n a N o n f e r r o u s E n g i n e e r i n g a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e Ab s t r a c t T h e c o r r e l a t i o n b e t w e e n t h e p a r t i c l e s i z e o f o x i d i z e d c o p p e r o r e a n d i t s me t a l e x t r a c t i o n r a t e i n h e a p l e a c h i n g p r o c e s s w a s s t u d i e d ．T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t v e r y g o o d l e a c h i n g e f f e c t w a s a c h i e v e d i n t h e h e a p l e a c h i n g o f t h i s k i n d o f o x i d i z e d c o p p e r o r e wh e n t h e l i q u i d s o l i d r a t i o w a s 4 1 a n d t h e p H w a s b e l o w 2． 0．Af t e r 4 8 h o u r s l e a c h i n g r e a c t i o n． mo s t o f t h e c o p p e r w a s l e a c h e d o u t ，w i t h t h e me t a l e x t r a c t i o n r a t e b e i n g a s h i g h a s a b o v e 5 0 ％ ．W h e n t h e p a rti c l e s i z e wa s r e d u c e d b y 5 t i me s ，t h e me t a l e x t r a c t i o n r a t e i n c r e a s e d b y 2 0 ％ ，a n d w h e n t h e p a rt i c l e s i z e wa s r e d u c e d b y 5 0 t i me s ，t h e me t a l e x t r a c t i o n r a t e i n c r e a s e d b y 4 0 ％ ．I t c a n b e s e e n t h a t t h e s ma l l e r t h e p a rt i c l e s i z e o f o r e，t h e b i g g e r t h e s p e c i fi c s a t f a c e a r e a o f t h e o r e i s ，a n d t h e l a r g e r t h e a r e a o f t h e o r e c o n t a c t e d wi t h t h e l e a c h i n g l i q u i d，t h e mo r e c o mp l e t e the r e a c t i o n a n d the h i g h e r t h e me t a l e x t r a c t i o n r a t e wi l l b e ．T h e r e i s b a s i c a l l y a q u a d r a t i c l i n e a r r e l a t i o n b e t w e e n t h e c o p p e r l e a c h i n g r a t e a n d t h e p a r t i c l e s i z e o f t h e o r e ． Ke y wo r d s Ox i d i z e d c o p p e r o r e，He a p l e a c h i n g p r o c e s s ，Me t a l e x t r a c t i o n r a t e 堆浸是堆置浸出法的简称， 是指在水不渗漏的 场地上堆置适宜粒度 的开采矿石或表外矿石 ， 采用 从矿堆顶部向下喷洒浸 出剂 的方法 ， 通过浸 出剂在 矿石堆中的渗滤过程， 选择性溶解矿石中的有用组 份 ， 使之转入溶液中， 以便进一步提取或 回收的一种 方法。 。 J 。堆浸工艺流程见图 1 。 在堆浸工艺中， 浸出率低下成为致命的弱点， 导 致生产效率低 。据文献报道_ 2 J ， 浸 出率低受到多 种因素的制约 如矿石性 质 、 品位 、 粒级 块度 、 溶 浸液 、 布液方式及强度等 。本研 究利用空气浴振荡 器等设备， 结合矿石盼I生 质， 进行不同粒级的氧化铜 矿石摇瓶试验， 探明矿石不同粒级与浸出率之间的 相关性 。 1 矿样分析及试验原理 针对江西某铜矿氧化铜矿石 的性质 表 1 、 2 ， 即氧化铜矿石主要 由黄铜矿及 孑 L 雀石构成 ， 铜 的氧 化率达 3 4 ． 1 6 ％ ， 故采用硫 酸浸 出。稀硫 酸对氧化 矿石中铜的溶解很有效 ， 在稀酸 的作用下氧化铜能 顺利地溶解成硫酸铜 。其化学反应方程式如下_ 2 C u C O 2 C u O H 22 H2 S O 42 C u S O 4C O 2 3H2 O ； 2 C u C O 3 C u O H 2 3 H2 S O 4 3 C u S O 42 C O 2 4H2 O ； Cu O，H， S O4Cu SO43H2 O Cu ． 国家杰 出青年基金项 目 5 0 3 2 5 4 1 5 ， 国家“ 9 7 3 ” 重点 基础 研究发 展规划项 目 2 0 0 4 C B 6 1 9 2 0 51 。 习泳 1 9 8 O 一 ， 男 ， 中南大学资 源与安全工 程学 院， 中国有 色工程 设计 研究总院矿 山工程所 ， 硕 士， 现通 讯 地址 1 0 0 0 3 8北京 市海 淀 区复兴路 1 2号 。 49 维普资讯 总第3 6 3 期 鬣 辞 2 0 0 6 年第9 期 喷淋 、 布液 图 1 堆浸 工艺示意 表 1 氧化铜矿矿样铜物相分析 ％ 从 表 1 、 2可看 出， 氧化铜矿 样 中铜 的品位 为 0 ． 5 6 ％， 品位较低 ， 且矿样 中含 有多种耗酸 杂质， 如 C a O 、 M g O等， 属于较难浸出类型矿石。因此在试验过 程中， 根据文献[ 3 5 ， 7 ] 宜选用 p H值 2 ， 浓度为9 g ／ L的H ’ s O 4 作为溶浸液， 其液固比 6 拟采用4 1 。 2 浸矿试验 试验采用仪器设备有 H Z Q c型空气浴振荡器、 2 0 0 标准筛振筛机、 天平、 6 2 0型p H计及电位计、 蒸 馏水发生器、 2 5 0 Ⅱ l L 锥形瓶以及其它玻璃器皿等。 1 矿样破碎、 筛分。将矿样破碎至 1 0 m m以下 备用。将破碎之后的矿样置于西2 0 0标准筛振筛机 上筛分 2 03 0 ra i n ， 得到所需要 的矿样粒级 5 ． 0～ 4． 0 r n m ， 2． 0 ～ 1 ． 0 mm ， 1 ． 0 0 ． 7 mm ， 0． 4 ～ 0．2 m n l ， 0 ． 2 ～0 ． 1 m m，0 ． 1 m m以下等6 组矿样备用。 2 H S O 4 溶浸液配置。取出 2 0 0 0 m L蒸馏水 置于烧杯中， 称取 1 8 g H S O ， 放人烧杯， 充分搅拌至 均匀， 则此 H s O 溶液浓度为9 g ／ L 。然后测定其p H 值为 1 ． 1 8 2 ． 0 ， 氧化还原电位为 E 3 1 1 m V。 3 试验 。浸矿试验采用的液 固比为 4 1 ， 即 每一粒级范围分别称取矿样 4 0 g ， H S O 溶液 1 6 0 g 1 6 0 m L 。称取矿样和 H S O 溶液之后 ， 倒人 2 5 0 m L锥形瓶中摇匀 ， 此时称取每一个锥形瓶的总质量 包括矿样 、 H S O 溶液 、 锥形瓶 。 将锥形瓶用纱棉封口后， 放置于空气浴振荡器 内反应。空气浴振荡器参数设置为温度3 0℃， 转速 1 8 0 r ／rai n。 3结果和 讨论 分别在反应 4 h 、 8 h 、 1 2 h 、 2 4 h 、 4 8 h时测试浸 出液中的p H值和氧化还原电位 E值， 化验分析浸 出液中 c u 以及 F e离子浓度 注 每次取样之后， 应向原溶浸液 中添加少量蒸馏水 ， 补给水汽蒸发量 至原重 ， 其结果见图2 、 图3 、 图4 、 图5 。 1 2 2 4 3 6 4 8 5 2 反应时间 ， h 图2 浸出液中p i t值变化曲线 ◆ 一5～ 4 mm ； _ 一2 ～ 1 mm ； ▲一 1～ 0 7 mm ； v 一0． 4 ～ 0 ． 2 mm x一0 2 ～ 0． 1 mm； ● 一 0． 1 mm 图3 浸出液中电位 E值变化曲线 ◆ 一5 ～ 4 mm ； _ 一2～ 1 mm； ▲ 一1～ 0 ． 7 mm ； v 一0． 4 ～ 0． 2 mm；一O ． 2～ 0． 1 mm ● 一 0． 1 mm 暑 嶷 U 1 2 2 4 3 6 4 8 5 2 反应 时间 ， } l 图4 浸出液 C u 浓度变化曲线 ◆ 一5～ 4 mm ； _ 一2～ 1 mm； ▲ 一l～ 0． 7 mm； v 一0． 4 ～ 0． 2 mm一0． 2 0． 1 mm ； ● 一 0 ． 1 ml ／ l 5 O 5 O 2 2 2 Ⅻ 维普资讯 习 泳等 堆浸工艺中氧化铜矿石粒级与浸出率相关性研 究 2 0 0 6年第 9期 曼 、 蠖 H 、 谴 2 2 4 3 6 4 8 5 2 反应 时间 ， h 图 5 浸 出液 F e离子浓度 变化 曲线 ◆一5 4 mm； ● 一2 1 mm ； ▲ 一1 0． 7 mm ； v 一0． 4 0． 2 mm ； x一0 ． 2 0． 1 mm； ● 一 0． 1 mm 从图 2可见 ， 溶浸液 p H值 随着反应进行逐渐 上升， 说明溶浸液中的酸量在逐渐减少， 上升趋势基 本呈线性 增长。其 中粒 径最小 的试 样反应最 为剧 烈 ， 上升幅度大 ， 有利于浸 出。 从图3可知， 溶浸液氧化还原电位 E值呈上下 波动状态， 变化幅度不大， 但总体为上升趋势， 说明 [ F e ] ／ [ F e ] 比值在不断变化， F e 和 F e 在相 互进行转换 ， 促进原矿中 C u “浸出。 从图4可知， 随着浸出反应的进行， 浸取液中的 C u 浓度逐渐升高， 反应 最初的 1 2 h内， 上升幅度 比较大 ； 1 2 h之后变化趋 于平 缓 ； 2 4 h之后变化很 小 ， 基本保持不变。其 中矿石粒径最小 的试样浓度 最大， 浸 出效果最好。 从图 5可见 ， 浸取液中的 F e 和 F e 总浓度呈 上升趋势增长， 前 1 2 h内反应 比较 剧烈 ， 上升幅度 较大， 之后趋于平缓 1 矿样除外 。 铜的浸出率可用下式计算 1 ， ． ， 1 1 ， 1 0 0 ％ ， 4 g样 ’L样 式中， 为铜的浸出率 ； g 样为试验装样量 ， 4 0 g ； C 样 为矿样 中铜的含量， 0 ． 5 6％； 为浸出液的体积， 0 ． 1 6 L ； C 液为浸出液的铜离子浓度， L 。 按照 4 式计算出6 组氧化铜矿样中的铜的浸 出率 ， 见表 3、 图 6 。 表3 不同粒级矿样中铜的浸出率 时 而 丽 4 8 l 2 2 4 4 8 表 3和图 6 、 7给出了 6组矿样的浸出率随时间 和矿样粒级的变化关系， 可知 1 矿样浸出率反应 4 h 时就能达到 1 9 ． 9 ％ ， 说明摇瓶反应效果很好， 该氧化 矿样适合酸浸； 6 矿样的浸出率 1 2 h就可达5 7 、 9 ％， 可浸性很好。从图7得知， 矿物颗粒大小由0 ． 1 m m 增大到 l m m时 ， 浸出率 由6 0 ％减少到 4 0 ％； 由 l mm 增大到5 ra in ， 浸出率则减少至2 0 ％。由此可见， 矿样 粒级愈小， 浸出率愈高， 浸出效果愈明显。 0 l 2 24 36 4 8 5 2 反应时 问 ， h 图 6 不 同反应 时间铜浸 出率变 化 曲线 ◆ 一5 4 mm ； ● 一2 1 mm ； ▲ 一1 0． 7 mm ； v 一0． 4 0 ． 2 mm ； x 一0． 2 0， 1 mm ● 一 0． 1 mm 矿 样 粒 径 ／ mm 图7 不同粒级矿样中铜的浸出率变化曲线 ◆ 一4 h； _ 一8 h； ▲ 一1 2 h； v 一24 h； x一4 8 h 利用 S p s s 软件 回归分析 矿石粒径 与浸 出率之 间的关系， 回归分析结果见图 8 。 回归方程式为 Y 6 c ， 5 式中， Y 为铜浸出率， ％； 为矿样粒径， m m； 0 、 b 、 c 为 系数 。 综合5 个时间段的回归曲线， 得到总回归方程为 Y1 ． 3 1 x 一1 2 ． 5 9 x5 4 ． 5 2 ％， 6 尺 0． 98 4． R 0． 9 69 ． 可见回归方程拟合得非常好 ， 铜的浸出率与矿石粒 级呈二次线性关系。 浸出反应 1 5 d后浸 出效果见表 4 。 表4 不同粒级矿样浸出反应 1 5 d结果 矿 样 编 号 值 毒 ．浓 置铜 率 要 雩 l 2． 21 5 9 4 5 2 0． 8 3 7． 2 l 1 6 0． 7 2 2． 2 4 61 2 6 25 ． 0 4 4． 6 1 0 3 5 ． 7 3 2． 2 5 61 5 6 77 ． 1 4 8 ． 4 1 0 0 0． 0 4 2． 2 4 61 6 7 8 1 ． 3 5 5． 8 8 5 7． 1 5 2． 2 6 6 0 9 8 8 5 ． 4 6 3 ． 2 9 4 6． 4 6 2． 2 9 6 2 8 9 37 ． 5 6 7 ． 0 8 9 2． 9 平 均佰 2 ． 2 5 6 1 2 7 3 7 ． 9 5 2 ． 7 9 8 2 ． 1 加 ∞ 鲫 0 褂 若 曝 瑚 姗 0 5 9 9 9 3 0 3 7 7 5 5 5 5 5 5 2 5 3 6 6 9 0 5 4 2 4 5 5 5 5 5 2 5 5 2 钉 ∞ ∞ 7 5 l 4 8 7 8 l 0 l 3 3 4 4 4 7 3 l 7 7 5 6 7 7 7 3 3 3 3 3 9 6 3 6 6 9 0 3 7 9 l 2 2 2 2 维普资讯 总第 3 6 3期 金 奄 砖 2 0 0 6年 第9期 、 槲 箦 器 矿样粒径 ／ m m 矿样粒径 ／ min b 矿样粒径 ／ m m 矿样粒径 ／ mm 矿样粒径 ／ m m P 图 8 浸 出率线性 回归分析 a 一 4 h ； b 一8 h ； c 一1 2 h ； d 一2 4 h ； e 一 4 8 h 52 从表 4可看 出， 氧化铜矿样经过 1 5 d的摇瓶浸 矿反应 ， 6组浸 出液中的 p H值 、 电位 E值基本达 到 最高值 ， 数值接近。说明溶浸液中的酸已经消耗 差 不多 ， 余下矿渣很难再次浸出； 而此时各矿样的浸出 率最大为 6 7 ％ ， 最小为 3 7 ． 2 ％ ， 浸 出效果已经很 明 显， 一般认为此时反应已基本结束， 可以结束试验。 4结论 1 试验结果表明， 采用4 1 的液固比， 酸 溶 浸浸出此类氧化铜矿石 ， 可以达到很好的浸出效果 。 2 p H 2 ． 0时 ， 浸出速率 比较快 ， 当粒度适 当 时， 在浸出反应4 8 h 之后， 就有大部分铜被浸出， 其 浸 出率可高达 5 0 ％ 以上 。 3 当粒径 由5 m m缩小至 1 m m， 其浸 出率增 加 2 0个百分点 ， 缩小至0 ． 1 m m， 其浸出率可增加 4 0 个百分点。可见矿石粒径愈小， 其比表面积就愈大， 在单位时间内矿石与溶浸液充分接触的时间就愈 多 ， 反应就愈充分 ， 浸出率就愈高。但 是， 并非粒径 可以无限制地缩小， 当矿石颗粒很小时， 在堆浸过程 中 ， 如果粒径太小则易转变为泥 ， 进而会堵塞渗流通 道 ， 不利 于浸 出。因此 ， 下一 步工 作应开展柱浸试 验， 进一步研究粒级与浸出率之间的相关性。 4 矿石颗粒粒径大小与浸 出率基本呈二次线 性关系 Y1 ． 3 1 x 一l 2 ． 5 9 x5 4 ． 5 2 ％ 。 5 仅研究了矿石粒级与浸出率的相关性 ， 下 一 步工作拟开展其它因素对浸出率的影响以及多因 素之间的相互作用关系等研究。 参考文献 [ 1 ] 张卯均 ．浸矿技术 [ M] ．北京 原子能出版社 ， 1 9 9 4 ． [ 2 ] 邹佩麟， 王惠英 溶浸采矿[ M] ．长沙 中南工业大学出版社． 1 9 9 0． [ 3 ] 习泳， 吴爱祥， 朱志根．矿石堆浸浸出率影响因素研究及 其优 化[ J ] ．矿业研究与开发 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