銅濕法冶煉工藝原理及主要應用

萬 磊

（中國有色礦業集團有限公司，北京 100029）

在過去，由于銅金屬價格較低，銅的開發技術也并不十分完善，所以很多低品位的銅礦沒有被充分利用。隨著濕法冶金技術在近年來的不斷發展，低品位銅礦床的開采也越來越受到當今社會的重視。銅濕法冶金工藝在低品位銅礦的開采之中可以發揮出關鍵性的作用與優勢，該技術在其中的應用也越來越廣泛。

1 銅資源及其在我國的生產現狀簡述

就銅礦而言，我國對外依存度較高，且我國銅的資源稟賦較差，大多數的銅礦都屬于中小型銅礦，大型銅礦十分稀少，且大多是貧礦。我國的大多數銅礦中，都含有大量的復雜伴生金屬[1]。且大多數的銅礦是地下開采，露天銅礦較少。在銅礦的選礦過程中，因為原礦品位低，礦物組成復雜，所以就在很大程度上增加了選礦成本。加之精礦的品位大多比較低，不僅使后期的冶煉工作增大了難度，也影響了銅的銷售價格。

將銅濕法冶金應用到冶金工藝中，其最大的優點就是降低成本。根據調查研究顯示，在當今的銅礦冶煉中，火法生產每生產一噸銅需要投入的資金大約是6.5萬元，而銅濕法工藝，則每生產一噸銅需要的投資僅僅為1.5萬元[2]。由此可見，將銅濕法應用到冶金工藝之中，將會讓銅的生產成本顯著降低。基于這一情況，對國內幾個典型銅礦銅濕法冶金工藝成本進行了總結，其結果如下。

就生產規模而言，最大的是中條山銅礦，最小的是德興試驗廠。由此我們可以看出，如果進一步增加生產規模，銅濕法冶金工藝的成本優勢也會更加明顯。

2 銅濕法冶金工藝的原理分析

（1）氧化銅礦石浸出。在氧化銅礦石之中，最為常見的有硅孔雀石、自然銅、孔雀石和赤銅礦，在具體的銅濕法工藝應用過程中，將Fe2SO4以及H2SO4作為浸出劑。以下是其浸出的化學反應：

在硫化銅礦之中，礦石的主要浸出原理就是通過生物氧化的方式來浸出，該技術在目前的發展速度比較快，工業應用前景比較光明。在當今，生物浸出工藝之中的主要微生物包括氧化硫硫桿菌和氧化亞鐵桿菌等，在35℃以下的條件，這些物質可以生存在有著較高重金屬濃度以及酸性的條件之中。在具體的細菌氧化過程中，其主要的機理可以按照兩種來進行劃分，其一，礦物質將細菌吸附到其表面，然后直接和細菌發生作用，進而將礦物溶解；其二，礦物在溶解過程中會釋放出二價鐵離子，而溶液中的細菌會將其氧化成三價鐵離子，三價鐵離子在氧化硫化銅之中可以作為氧化劑，進而發生直接化學作用或者是間接化學作用。

（2）輝銅礦細菌浸出。在有三價鐵離子的酸性條件之下，輝銅礦受到氧化之后可轉化為S 單質和FeSO4，其化學反應為：

在反應之后，生成的S 單質和FeSO4 將會再一次受到細菌的氧化，進而形成H2SO4 和Fe2SO4，且這樣的反映可以一直循環下去。因為受到細菌的作用，所以輝銅礦也可以在氧氣中發生氧化反應，其氧化反應為：

在輝銅礦的浸出工藝之中，主要的浸出原理是借助于三價鐵離子進行間接氧化，在該反應之中，主要的間接氧化劑是細菌。

（3）銅藍細菌浸出。因為銅藍的浸出環境之中不含有三價鐵離子，也不含有其他的氧化劑，所以銅藍的浸出僅僅可以依靠細菌，且銅藍浸出過程中不會消耗酸。其具體的化學反應是：

在該反應進行的過程中，礦物質表面會直接浸出細菌，在細菌浸出之后，礦物的表面不會出現化學組成變化，這就說明該反應所浸出的物質并沒有轉化為硫化物的這個中間過程，也并沒有S單質產生。

（4）硫砷銅礦細菌浸出。在有氧氣和水存在的環境之下，由于氧化硫硫桿菌、復合細菌以及氧化亞鐵硫桿菌所產生的作用，使得硫砷銅礦可以直接發生浸出反應，其浸出反應為：

（5）斑銅礦和黃銅礦細菌浸出。在存在細菌的環境之下，細菌可以和Fe2(SO)3直接發生反應，其反應如下：

在該反應中，FeSO4和FeO 可以在細菌和酸的作用之下轉化成Fe2(SO4)3，然后繼續發生化學反應。

3 銅濕法冶金工藝在我國銅礦之中的具體應用

（1）在德興銅礦的應用。在具體的應用過程中，將露天開采的礦剝離廢石作為原料，其中的銅品位在0.1%～0.25%之間，在此按照0.25%這一臨界品位進行計算。

在該銅礦，廢石的總重量可以達到8.9億t，其中含有95.15萬t銅。在這些礦石之中，有85%以上的礦石都屬于原生硫化礦，是難浸礦石。在該試驗廠建成的第一年，A級銅的產量就達到了2000t，每噸銅的生產成本僅僅為10450元。在該銅礦的生產中，主要是借助于細菌浸出的方法來對原生的硫化銅礦石進行處理，借助于堆浸工藝、萃取工藝以及電積工藝進行處理。通過這些處理方式，不僅讓剝離廢石中所含有的銅得到有效回收，同時也避免了酸性廢水的排放對環境的影響。

（2）在中條山銅礦的應用。中條山銅礦主要是銅礦峪銅礦，其中有著很多的氧化銅礦石，這些氧化銅礦石的品位很低，采用浮選起來十分困難，其總質量超過1800 萬t，品位通常在0.65%左右，氧化率可以達到50%以上。其具體參數見下表。

表2 試驗礦具體情況

該銅礦的主要礦巖性屬于變石英斑巖以及變石英晶屑凝灰巖，主要的含銅礦石包括硅孔礦石、銅藍、孔雀石、輝銅礦，絹云母和石英是其蛀牙的脈石礦物。

在具體的回收過程中，首先通過微擠壓爆破的方法讓礦石破碎，讓80%以上的礦石達到200mm 以下，再從坑外的配液站中用泵將質量分數在1.5%～2.0%之間的稀硫酸輸送到實驗廠的水平液體布置巷道之中，然后借助于分流閥將這些液體在整個采場均勻布置。稀硫酸液體在自身重力的作用之下以相應的流速在礦石之中穿過，并和礦石之中的銅離子發生反應，進而生成硫酸銅溶液，這些硫酸銅溶液在采場底部位置的集液池匯集，然后通過泵送萃取的方式來電解形成陰極銅。

（3）在紫金礦業公司的應用。該銅礦的銅儲量很大，但金屬品位比較低。據了解，該銅礦的總銅儲量可以達到125.64 萬t，銅平均品位是0.68%，砷平均品位是2.58%，硫的平均品位是0.35%。在該銅礦之中，銅藍以及藍輝銅礦是主要的目的礦物，硫砷銅礦、塊硫砷銅礦以及輝銅礦是次要的目的礦物。在應用傳統的浮選工藝進行銅生產的過程中，不僅需要消耗大量的資金成本，而且也會對環境造成很大程度的污染，基于這一情況，該公司將銅濕法冶金工藝引入到了該銅礦的冶金工藝中。

首先將原來的礦石破碎到30mm 以下，并通過自動卸礦后移式的方法來進行礦石堆筑，堆筑高度應該控制在8m ～10m 之間，在浸出的初期階段，可以先將人工富化馴化菌液引入，再借助于采礦平硐之中的酸性礦坑水和適量的工業硫酸配置成PH大約為2 的噴淋液來進行浸出處理。在浸出液之中，銅離子的濃度在每升1.5g 以上。

4 結語

綜上所述，因為我國的銅資源賦存比較少，銅礦規模普遍較小，且品位比較低，所以銅的采選以及加工都比較困難。基于這一情況，在銅礦的具體冶金過程中，可以將銅濕法冶煉技術加以更系統深入的科學應用，以此來提升銅的冶煉效果，降低銅的生產成本，使更多的低品位銅礦石的資源化成為可能。