空氣能加熱強化浸出銅浮選尾礦試驗研究

舒方霞，叢自范，李 輝

（中國有色礦業集團 沈陽有色金屬研究院，遼寧 沈陽 110141）

贊比亞謙比希氧化銅礦是我國政府批準在境外開發建設的第一個有色金屬礦山，礦床銅品位相當于我國探明銅礦床平均地質品位的2．5倍，具有極大開發價值，但受技術條件限制，目前僅對氧化率相對較低（20%～50%）的礦體進行了開發，氧化率相對較高的礦體暫時堆放。這部分礦體氧化率高、結合銅含量高、含泥量大、氧硫混雜、多種礦物共存，采用單一浮選法或浸出法難以有效回收銅。

針對礦石銅回收率低的問題，根據研究現狀［1-6］，研發出一套空氣能加熱浸出裝置，用于此類貧礦、浮選尾礦及難選氧化銅礦的強化浸出。前期試驗結果表明，空氣能加熱比直接電加熱或油浴加熱節能30%～40%。試驗研究了在常壓、空氣能加熱條件下，用硫酸從銅浮選尾礦中浸出銅，旨在有效浸出浮選尾礦中的銅，提高銅回收率。

1 試驗部分

1．1 礦石性質

試驗所用為贊比亞謙比希銅礦西礦體銅礦石的浮選尾礦，主要化學成分見表1。浮選尾礦銅品位為0．825%，主要脈石礦物為SiO2，為硅高而硫磷等有害元素含量低的低品位銅礦石；CaO、MgO和Fe質量分數都不高，對銅浸出過程影響較小。

表1 銅浮選尾礦化學成分分析結果 %

銅的物相分析結果見表2。可以看出：浮選尾礦中，硫化銅僅占總銅的4%，氧化銅則高達96%，屬典型的氧化礦，其中結合氧化銅約占49．70%，常溫下銅浸出率不會很高。

表2 銅的物相分析結果

1．2 試驗原理與方法

浮選尾礦中結合氧化銅所占比例較高，而低溫下結合氧化銅不易溶解，所以，需要適當提高溫度促進溶解反應進行。用空氣能加熱既可保證浸出溫度，又可節省能源。空氣能高溫熱泵機組在17～18℃環境中給水加熱的最高溫度為80℃。原則上，當冶金工藝溫度超過80℃時，空氣能高溫熱泵機組不適用。因此，設定考察溫度為30～80℃。

尾礦礦漿通過空氣能加熱裝置循環加熱浸出，浸出劑為硫酸。氧化銅通常與硫化銅、自然銅等共生，單一稀硫酸浸出只能使大部分氧化銅礦物溶解，而對赤銅礦、自然銅、輝銅礦等浸出效果稍差［5］，如低價的氧化銅（Cu2O）礦物和次生硫化銅礦物（Cu2S）在稀酸中的溶解需要有氧化劑的存在才能反應完全。因此，為提高浸出率，需向溶液中加氧化劑。

浸出結束后，用布氏漏斗和真空泵過濾分離。浸出渣經攪拌、水洗后烘干、稱重并取樣分析，浸出液也取樣分析，根據分析結果分別計算浸出率。對始酸質量濃度、溫度、浸出時間、氧化劑種類及用量、液固體積質量比等可能影響浸出率的因素分別考察，每次礦石質量為100g。

2 試驗結果與討論

2．1 浸出溫度對銅、鐵浸出率的影響

首先在室溫（17～18℃）下對礦樣進行探索性浸出試驗，結果顯示，銅浸出率僅為36．08%。

試驗條件：礦石粒度-200目占85%以上，浸出時間2h，硫酸初始質量濃度10g／L，液固體積質量比4∶1。浸出溫度對銅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖1所示。

圖1 浸出溫度對銅、鐵浸出率的影響

由圖1看出，升高溫度有利于銅、鐵的浸出：溫度從30℃升高到70℃時，銅浸出率從56．33%提高到82．35%，這是礦石中結合氧化銅含量比較高的緣故；溫度高于70℃后，銅浸出率提高幅度不大；試驗溫度范圍內，鐵浸出率最高僅為2．4%。溫度越高，溶液蒸發量越大，綜合考慮，浸出溫度確定為70℃。

2．2 硫酸初始質量濃度對浸出的影響

試驗條件：礦石粒度-200目占85%以上，浸出時間2h，浸出溫度70℃，液固體積質量比4∶1。硫酸初始質量濃度對銅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖2所示。

圖2 硫酸初始質量濃度對銅、鐵浸出率的影響

由圖2看出，隨硫酸初始質量濃度增大，銅、鐵浸出率均提高：硫酸初始質量濃度從4g／L升高到 10g／L，銅浸出率從 42．45%提高到82．35%；硫酸初始質量濃度大于10g／L后，銅浸出率變化不大；試驗范圍內，鐵浸出率最高僅為3．78%，對后續試驗影響不大。綜合考慮，確定硫酸初始質量濃度以10g／L為宜。

2．3 浸出時間對銅、鐵浸出率的影響

試驗條件：礦石粒度-200目占85%以上，浸出溫度70℃，硫酸初始質量濃度10g／L，液固體積質量比4∶1。浸出時間對銅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 浸出時間對銅、鐵浸出率的影響

由圖3看出：銅浸出率隨浸出時間的延長而提高，反應4h后，銅浸出率變化不大；鐵浸出率雖然也隨浸出時間延長而提高，但整體變化不大。顯然，適當延長浸出時間對提高銅浸出率有利，所以，適宜的浸出時間確定為4～5h。

2．4 液固體積質量比對銅、鐵浸出率的影響

試驗條件：礦石粒度-200目占85%以上，浸出溫度70℃，硫酸初始質量濃度10g／L，浸出時間4h。液固體積質量比對銅、鐵浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

圖4 液固體積質量比對銅、鐵浸出率的影響

由圖4看出：隨液固體積質量比增大，銅、鐵浸出率均略有提高。液固體積質量比過低，礦漿黏度較大，不利于固、液相之間的傳質；但液固體積質量比過大，會導致浸出和液固分離設備負荷加大及浸出劑損耗加大：綜合考慮，確定適宜的液固體積質量比為4∶1。

2．5 氧化劑對銅、鐵浸出率的影響

不加氧化劑，銅浸出率可達85%。為了進一步提高銅浸出率，在浸出體系中添加適量氧化劑。常用氧化劑有多種，試驗僅對通空氣和MnO2的氧化效果進行考察。試驗條件：礦石粒度-200目占85%以上，浸出溫度70℃，浸出時間4h，硫酸初始質量濃度10g／L，液固體積質量比4∶1。不同氧化劑對銅、鐵浸出率的影響試驗結果見表3。

表3 不同氧化劑對銅、鐵浸出率的影響試驗結果

從表3看出：加入氧化劑后，銅浸出率有所提高；當通入空氣及少量MnO2時，銅浸出率可提高到90．46%。

3 結論

銅礦石浮選尾礦氧化率高達95%，而且結合氧化銅質量分數較高，接近50%，常溫下很難浸出銅，通過加溫、加入氧化劑等方式可以提高銅浸出率。浸出試驗結果表明，在礦石粒度-200目占85%以上、浸出溫度70℃、浸出時間4h、硫酸初始質量濃度10g／L、液固體積質量比4∶1條件下，加適量氧化劑，銅浸出率可達90．46%。采用新型空氣能加熱裝置輔助浸出銅浮選尾礦，節能效果明顯，銅浸出效果較好，但設備處理能力有限，目前在工業上的應用受到一定限制。

［1］王雙才，李元坤，史光大，等．氧化銅礦的處理工藝及其研究進展［J］．礦產綜合利用，2006（2）：37-39．

［2］招國棟，伍衡山，劉清素．淺論低品位銅礦的浸出技術及其發展趨勢［J］．西部探礦工程，2004（2）：65-69．

［3］王彥杰，曹向東．從銅礦尾砂中回收銅的工藝研究［J］．武漢工程大學學報，2007，29（4）：42-44．

［4］袁盛朝，戈保梁．難選氧化銅礦石浸出—置換—浮選試驗研究［J］．礦冶，2008，17（1）：53-54．．

［5］劉永興，文書明，劉健，等．難處理氧化銅礦強化浸出的研究概況［J］．礦產綜合利用，2011（2）：34-36．

［6］陳春林，張旭，包紅偉，等．低品位氧化銅礦石的硫酸浸出試驗研究［J］．濕法冶金，2008，27（3）：156-158．