硫化銅精礦氧壓浸出回收電積銅的工藝研究*

劉自亮

（長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410001）

1 引言

目前，世界上約90%的銅是從硫化礦中提煉的，最常見的為黃銅礦。處理黃銅礦精礦大都采用火法冶煉技術，火法煉銅產生大量硫酸副產品，在一些富產銅精礦而硫酸難以銷售、儲存、運輸的地區，顯然無法實施火法煉銅技術。氧壓浸出技術具有高效、環保的優勢，不產生硫酸，適應于硫酸滯銷的地區。硫化銅精礦氧壓浸出體系主要有氨性體系和硫酸體系，目前的研究主要分為一段氧壓浸出和二段氧壓浸出。

2 加壓濕法煉銅技術

2.1 氨性體系加壓浸出

硫化銅礦氨浸是利用氧氣作為氧化劑，浸出硫化銅礦物，輝銅礦、黃銅礦加壓氨浸的化學方程式如下：

由于黃銅礦性質更穩定，在采用氨-硫酸銨體系加壓氨浸過程中，黃銅礦反應活性差，因此加壓氨浸主要應用于輝銅礦。如美國Anaconda公司開發的Arbiter流程，在50～80℃，通入氧氣控制總壓70kPa，輝銅礦和斑銅礦浸出進入溶液，而黃礦銅進入浸出渣中，銅浸出率為80%左右。BHP公司開發的Escondida流程浸出輝銅礦，銅浸出率為40%～50%，浸出液經萃取—反萃凈化，再送電積生產電銅。浸出渣經浮選富集未浸出的銅礦物，送火法冶煉廠［1］。上述兩種工藝分別在1974年和1994年進行了工藝應用，最大產能達到了8萬t/a，但由于技術難題、生產維護成本等原因都已停產。

2.2 硫酸體系加壓浸出

2.2.1 輝銅礦加壓浸出

在硫化銅礦處理方面，加壓酸浸比加壓氨浸發展更快。老撾Sepon項目在2005年開始生產，設計產能為6萬t電銅/a。該項目處理的原料中主要物相是黃鐵礦及輝銅礦，60%為黃鐵礦，銅品位約為5%～6%。該工藝采用高壓釜目的主要是浸出黃鐵礦產出硫酸鐵和硫酸以供常壓浸出輝銅礦，另一個目的是浸出難處理銅礦物，同時加壓產出的蒸汽可用于常壓浸出保溫。高壓釜操作溫度為220℃，操作壓力為3MPa，氧分壓0.8MPa，銅浸出率達97%以上，含Fe3+的浸出液送常壓浸出輝銅礦，浸出渣洗滌后堆存。

利用氧壓浸出產出的Fe3+進行四級常壓浸出輝銅礦，浸出溫度80℃，浸出時間5h，銅浸出率91.8%，浸出液含銅43g/L，氧氣消耗量6.6t/h，酸耗20kg/t精礦，同時通過在常壓浸出時通入空氣來再生三價鐵離子。浸出渣浮選回收未反應的硫化銅和黃鐵礦，送高壓釜進行高溫高壓全氧化浸出。

與Sepon工藝的類似，澳大利亞Mount Gordon銅礦主要成分也為輝銅礦，但澳大利亞西部金屬公司采用了低溫低壓的浸出技術，建設了一座世界首家采用加壓酸浸處理輝銅礦的濕法廠。該工藝將精礦磨至80%小于100um，在85～90℃，0.42MPa條件下浸出，銅浸出率達90%以上。浸出液經萃取，反萃液經電積生產電銅。

2.2.2 黃銅礦加壓浸出

（1）一段高溫高壓浸出。

黃銅礦氧壓浸出需要更高的溫度和壓力，從1998年到2001年，Phelps Dodge對硫酸鹽浸出體系的應用進行了廣泛的研究。2001年11月，Phelps Dodge公司在美國亞利桑那州Bagdad投資4000萬美元［2］，建設世界上首家黃銅礦氧壓浸出—直接電積的示范工廠，該工廠設計處理52500～57300t/a黃銅礦精礦，精礦品位28.5%～30.5%，設計產能為1.6萬t電銅/a［3］。該技術采用高溫高壓浸出技術，工藝參數見表1。

表 1 Phelps Dodege全氧化浸出技術參數

在高溫高壓的條件下，原料中幾乎所有的硫都被氧化為硫酸鹽，從而最大限度的提高了用于堆浸的酸產量［4］。該項目于2003年3月開始投入使用，并在三個月內達到滿負荷。該項目將氧壓浸出與堆浸結合在一起，將氧壓浸出每天產出的140t硫酸用于氧化銅礦堆浸，充分利用其中的硫酸，避免了過去需從邁阿密冶煉廠運送濃硫酸問題，最終經原有萃取、電積車間生產陰極銅。全氧化浸出產生的硫酸可以自給自足Bagdad冶煉廠的堆浸和攪拌浸出，但由于過程中產出的硫酸遠超過用量，2005年進行工藝改造，改為中溫中壓浸出，但運行7個月后，重新轉回高溫高壓浸出工藝［5］。

（2）一段中溫中壓浸出。

160℃條件下氧壓浸出產酸量約為高溫浸出產酸量的三分之一，2005年Phelps Dodge公司下屬的Morenci銅礦采用中溫中壓浸出黃銅礦，投資1.07億美元在Morenci建設一個商業工廠，并于2007年10月投入運行，年產為6.6萬t銅。該工藝在溫度160℃，2.1MPa的條件下浸出，銅總回收率為97.5%，90%的銅采用直接電積法生產，其余10%與傳統堆浸液混合后經萃取—電積生產。但從2008年秋開始由于銅價的大幅下跌，導致該廠2009年初開始停產，2015年初恢復生產［2］。

3 控溫氧壓平行浸出

3.1 控溫氧壓平行浸出的流程

黃銅礦精礦加壓酸浸濕法煉銅與火法煉銅主要技術經濟指標相當［6］，但一段高溫高壓浸出硫全部氧化為硫酸，而一段中溫中壓同樣依賴于堆浸—萃取工藝消耗其產生的部分硫酸，有一定的局限性。長沙有色冶金設計研究院有限公司通過大量間斷實驗研究和連續試驗驗證，開發了一種“硫化銅精礦的氧壓浸出方法和銅冶煉方法”，采用兩段逆流氧壓浸出工藝處理黃銅礦，兩段氧壓浸出采用一段氧壓浸出除鐵降酸，二段氧壓浸出浸銅，保證了銅的浸出率［7］。

基于該工藝良好的大規模工業應用基礎，為解決兩段浸出設備投資高的問題，進一步簡化工藝流程，優化配置是關鍵?？販匮鯄浩叫薪龌厥针姺e銅的工藝是利用同一臺高壓釜完成了兩個不同溫度的浸出，分別起到了不同的作用，流程圖如圖1所示。

圖 1 控溫氧壓平行浸出工藝流程圖

3.2 浸出步驟

（1）在氧壓浸出使用的高壓釜中段部位，增加一個進料口。

（2）將硫化銅精礦（主要成分CuFeS2）加水磨礦制成固體濃度為60%～70%的礦漿，經磨礦后礦漿粒徑小于15μm占90%，并加入2‰～5‰的木質素分散劑。

（3）將磨礦后的礦漿分為兩個部分，第一部分礦漿和第二部分礦漿的比例為(7～8)∶(2～3)，第一部分礦漿通過高壓釜前段原有的進料口，進入到高壓釜，同時通入氧氣，并加入廢電解液（主要成分：H2SO4160g/L，Cu 40 g/L，Fe2g/L），控制反應液固比4～6∶1，溫度為150～160℃，壓力1.3～1.5MPa，停留時間1.0～2.0h，進行前段氧壓浸出反應；另一部分礦漿通過新增加的進料口，進入到高壓釜的中段，與前段氧壓浸出的礦漿混合后，同時通入氧氣，通過加入低溫的氧壓浸出液或生產洗水進行控制反應溫度130～140℃，壓力1.3～1.5MPa，停留時間為1.0～2.0h。進行后段氧壓浸出反應，反應結束后，礦漿經降溫降壓，液固分離，產出氧壓浸出液送中和，氧壓浸出渣送浮選。

（4）氧壓浸出液采用石灰石中和后，液固分離，中和上清液送電積生產電積銅，中和渣堆存。上清液主要成分：Cu 70～100g/L，Fe ＜2g/L，pH 2.5～3.5。

3.3 技術特點

（1）本工藝采用一臺高壓釜同時兩點加料，控溫氧壓平行浸出的方式，實現了浸銅同時達到除鐵降酸的目的，節省了設備投資。

（2）本工藝高壓釜前段高溫浸銅，后段中溫除鐵降酸，工藝設備緊湊連貫，操作簡便。

（3） 本工藝向高壓釜按不同比例同時加入礦漿，大部分礦漿在高溫段浸銅，保證了銅浸出率，少部分礦漿在中溫段對浸出液進行除鐵降酸，最終得到了低鐵低酸的氧壓浸出液。

（4）本工藝通過高壓釜中段的進料口，加入低溫的氧壓浸出液或生產洗水，很好實現了后段氧壓浸出過程中溫度的控制。

4 實例

將3kg硫化銅礦精礦（主要成分CuFeS2，含Cu 18.5%，Fe 23.5%）磨礦至90%精礦粒徑小于15μm，配入木質素分散劑，將大部分磨礦后的礦漿泵入4隔室30L高壓釜的第一隔室，同時通入氧氣，加入廢電解液。剩余的少部分礦漿泵入高壓釜的第三個隔室，同時通入氧氣，分別控制不同的溫度浸出。反應后礦漿從第四個隔室排出，經降溫降壓，液固分離，產出氧壓浸出液和浸出渣。進行了兩個案例的浸出實驗，試驗技術參數及結果如表2 所示。

表 2 浸出試驗技術參數及結果

5 結語

在氧壓浸出使用的高壓釜中段部位增加一個進料口，將磨礦后的礦漿分為兩個部分，第一部分礦漿通過高壓釜前段原有的進料口進入到高壓釜，同時通入氧氣，并加入廢電解液，進行前段氧壓浸出反應；另一部分礦漿通過新增加的進料口，進入到高壓釜的中段，與前段氧壓浸出的礦漿混合后，同時通入氧氣，進行后段氧壓浸出反應。反應結束后，礦漿經降溫降壓，液固分離，產出氧壓浸出液送中和后進行電積，氧壓浸出渣送浮選。本工藝采用一臺高壓釜同時兩點加料，控溫氧壓平行浸出的方式，實現了浸銅同時達到除鐵降酸的目的，節省了設備投資。