氧化銅選礦尾礦磁選銅精礦濕法冶金工藝研究

黃家全，牛 磊

(1.西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司，西藏昌都 854000;2.湖南有色金屬研究院，湖南長沙 410100)

昌都地區(qū)位于“三江”特提斯成礦帶北、中段，是我國著名的有色金屬成礦帶和海相火山沉積地帶。其中玉龍－芒康成礦帶，主要成礦期為燕山－喜馬拉雅期，在淺成、超淺成的花崗斑巖或二長花崗斑巖中，形成規(guī)模宏大的斑巖銅多金屬礦帶。

玉龍銅礦是我國“三江”地區(qū)的一個(gè)世界級(jí)特大型斑巖銅礦床，銅金屬儲(chǔ)量達(dá)650萬t，居全國第二位［1～3］。礦床規(guī)模大，適宜大規(guī)模露天開采。除銅金屬外，伴生大量鉬、金、銀等，其中鉬10余萬t、鐵礦儲(chǔ)量達(dá)8 000多萬 t、金約26 t。開創(chuàng)了在海拔4 500 m以上的高原地區(qū)發(fā)展有色金屬工業(yè)的先例。

1 試驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

玉龍銅礦開采的銅礦石經(jīng)過選礦得到高品位的銅精礦，而浮選尾礦中含銅約0.5% ～1%，直接拋尾造成資源浪費(fèi)。為了提高資源利用效率，浮選尾礦經(jīng)過磁選得到含銅2%的磁選銅精礦，其品位低，銅嵌布復(fù)雜、難選冶［4，5］。其主要成分見表 1，銅物相分析見表2。

表1 磁選銅精礦成分 %

表2 磁選銅精礦銅的物相分析 %

銅精礦中銅主要以自由氧化銅的形式存在，但其占比不高。而難以提取的結(jié)合態(tài)的銅所占僅次于自由氧化銅，達(dá)到30.22%。

磁選銅精礦的主要礦物成分為赤鐵礦、褐鐵礦、石英和方解石。其礦物組成分析如圖1所示。

圖1 磁選銅精礦礦物組成分析

1.2 試驗(yàn)方法

浸出:取一定量的磁選銅精礦，加入適量的水和硫酸在一定的溫度條件下，機(jī)械攪拌，過濾分離液固。

萃取:取具有代表性的浸出液，用堿溶液中和調(diào)整pH值至1.5～1.8。萃取相比 O/A為2∶1，混合時(shí)間5 min。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磁選銅精礦浸出試驗(yàn)

2.1.1 磨礦粒度對(duì)銅浸出率的影響

一般濕法浸出工序的浸出原料粒度越細(xì)浸出率越高。因此考察磨礦粒度對(duì)銅浸出率指標(biāo)的影響。

試驗(yàn)條件:在30℃下，液固比為2∶1，硫酸用量為15%，浸出時(shí)間4.0 h，在原料不同粒度條件下，考查銅浸出率。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 磨礦粒度對(duì)銅浸出效果的影響

由圖2可見，磨礦粒度對(duì)銅浸出率基本無影響。這主要因?yàn)檫x礦過程中，原料粒度較細(xì)，可以滿足浸出工藝對(duì)粒度要求。

2.1.2 硫酸用量對(duì)銅浸出率的影響

磁選銅精礦不磨，選擇不同的硫酸用量考查銅浸出率變化。試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 硫酸用量對(duì)銅浸出率的影響

由圖3可見，隨著硫酸用量增加，銅浸出率也逐漸上升。當(dāng)達(dá)到25%時(shí)，銅浸出率最高可以達(dá)到67.8%。所以，硫酸用量以25%為宜。

2.1.3 浸出時(shí)間對(duì)銅浸出率的影響

硫酸用量為25%，其它參數(shù)不變，考察不同的浸出時(shí)間銅浸出率變化。試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見，隨著浸出時(shí)間增加，銅浸出率快速上升，而后基本穩(wěn)定不變。這是因?yàn)榻鰰r(shí)間過短，反應(yīng)未完全，銅浸出率偏低;而后浸出完全浸出率不再變化。當(dāng)浸出時(shí)間超過3.0 h，銅浸出率基本不變，維持在67.5%左右。因此浸出時(shí)間以3.0 h為宜。

圖4 浸出時(shí)間對(duì)銅浸出率的影響

2.1.4 溫度對(duì)銅浸出率的影響

浸出時(shí)間3.0 h，其它參數(shù)不變，分別考察在10℃、30℃、50℃、70℃、80℃、90℃下銅浸出率。結(jié)果如圖5所示。

圖5 浸出溫度對(duì)銅浸出率的影響

由圖5可見，隨著浸出溫度的提高，銅浸出率明顯上升，當(dāng)溫度達(dá)到80℃以上時(shí)，銅浸出率可以達(dá)到80.5%。因此浸出溫度應(yīng)高于80℃。

但玉龍銅礦海拔約4 500 m，水沸點(diǎn)約為85～88℃，常壓條件下，采用浸出溫度為80℃難度較大，要實(shí)現(xiàn)該溫度只能選擇加壓浸出工藝。

2.2 浸出液萃取試驗(yàn)

2.2.1 萃取劑銅鐵分離試驗(yàn)

混合銅浸出液成分為Cu 8.89 g/L、Fe 14.19 g/L，pH值為0.67，呈現(xiàn)藍(lán)綠色。浸出液中鐵離子濃度較高，不能直接電積銅，必須進(jìn)行分離，因此萃取劑應(yīng)當(dāng)具有良好的銅鐵分離效果，以降低鐵萃取率，提高電解效率。

萃取劑與煤油按照質(zhì)量比2∶8混合，反萃劑為180 g/L硫酸。萃取試驗(yàn)選擇8種萃取劑，為2級(jí)萃取，1級(jí)反萃，萃取流程如圖6所示。

試驗(yàn)條件:萃取劑濃度20%，萃取相比O/A=2∶1，混合時(shí)間5 min。試驗(yàn)進(jìn)行三次循環(huán)。有機(jī)相重復(fù)使用三次，測定每次萃取時(shí)銅鐵分離系數(shù)，取平均值進(jìn)行比較。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 萃取銅鐵分離試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，Mextral5640H、AcorgaM5640、Mextral5774H的銅鐵分離系數(shù)達(dá)到2 500左右，而其它萃取劑銅鐵分離系數(shù)只有2 000左右。選擇銅鐵分離效果最好的5種萃取劑進(jìn)行銅萃取性能試驗(yàn)。

2.2.2 萃取性能試驗(yàn)

按照2級(jí)萃取，萃取相比 O/A為2∶1;反萃1級(jí)，相比O/A為2∶1，考察銅萃取性能。試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 銅萃取性能試驗(yàn)結(jié)果 g/L

從萃余液濃度可以看出，萃取能力 Mextral5774H、Mextral5640H和AcorgaM5640H的萃取能力略強(qiáng)于Mextral973H、Mextral984H，而有機(jī)相中鐵濃度明顯低于后者。

綜合比較Mextral5640H的分相性能，萃取能力都較強(qiáng)，銅鐵分離系數(shù)較好，是較為適宜的萃取劑，其次為Mextral5774H和AcorgaM5640。

2.2.3 規(guī)模化連續(xù)萃取試驗(yàn)

取混合銅浸出液約300 L，其中Cu 8.89 g/L、Fe 14.19 g/L，pH值為0.67。使用Mextral5640H為萃取劑，按照最佳條件進(jìn)行萃取，兩級(jí)萃取，一級(jí)反萃，處理量約料液45 L/h。每隔0.5 h對(duì)萃余液和負(fù)載有機(jī)相取樣分析銅、鐵濃度。試驗(yàn)結(jié)果如圖7所示。

由圖7可見，連續(xù)萃取過程中，萃余液中銅濃度一直維持在0.35～0.4 g/L，而負(fù)載有機(jī)相中鐵濃度沒有明顯的積累，一直維持在3.9～4.25 g/L，鐵離子積累不明顯，說明Mextral5640H銅萃取性能較佳，可以作為該磁選銅精礦濕法浸出液萃取提銅工藝的優(yōu)選萃取劑使用。

圖7 規(guī)模化連續(xù)萃取試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

研究玉龍銅礦浮選尾礦磁選銅精礦提銅工藝方案，得到以下結(jié)論:

1.磁選銅精礦中銅以氧化態(tài)為主，其次為結(jié)合態(tài)的銅，還有少量的原生硫化銅和次生硫化銅。

2.采用高溫硫酸浸出工藝可以較為有效地提取磁選銅精礦中的銅，浸出工藝條件:硫酸用量25%，液固比2∶1，浸出溫度80℃，浸出時(shí)間3.0 h。

3.銅萃取劑Mextral5640H分相性能和萃取能力強(qiáng)，銅鐵分離系數(shù)達(dá)2538，是最佳的銅萃取劑。

4.玉龍銅礦海拔約4 500 m，沸點(diǎn)約為85～88℃，常壓條件下，采用浸出溫度為80℃存在較大難度，需要改為加壓浸出工藝，以保證銅回收效果。

［1］ 商理堂.西藏礦產(chǎn)品加工現(xiàn)狀及其發(fā)展探討［J］.冶金礦山設(shè)計(jì)與建設(shè)，1999，31(4):14 －17.

［2］ 陳建平，王成善，唐菊興，等，西藏玉龍銅礦床次生氧化富集作用機(jī)制［J］. 地質(zhì)學(xué)報(bào)，1998，72(2):153－160.

［3］ 陳建平，唐菊興，叢源，等，藏東玉龍斑巖銅礦床地質(zhì)特征及成礦模型［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2009，83(12):1 887－1 896.

［4］ 王雙才，李元坤，史光大，等.氧化銅礦的處理工藝及其研究進(jìn)展［J］.礦產(chǎn)資源綜合利用，2006，(2):37－43.

［5］ 屈時(shí)漢.淺析低品位氧化銅礦的濕法冶金［J］.濕法冶金，2008，27(3):154 －157.