新疆某氧化銅礦浸出試驗(yàn)

袁 淼，安宏遠(yuǎn)，呂永斌，劉愛(ài)興，張 洋

（徐州鐵礦集團(tuán)有限公司，江蘇 徐州 221138）

我國(guó)銅礦有以下特點(diǎn)［1］：（1）銅礦資源分布廣泛，但又比較集中；（2）銅礦床類(lèi)型齊全；（3）礦山規(guī)模小；（4）銅礦具有綜合性，礦體復(fù)雜；（5）富礦少，貧礦多，品位低；（6）開(kāi)采冶煉成本高；（7）資源枯竭；（8）后續(xù)開(kāi)采難度大。本文以新疆某氧化銅礦為研究對(duì)象，探討適宜的選礦方法。

1 試樣的礦石性質(zhì)

從外觀看,本試樣伴生有圍巖和原生礦泥，可見(jiàn)高嶺土、滑石及針鐵礦類(lèi)泥質(zhì)礦物。礦物表面和斷面上有清晰可見(jiàn)的藍(lán)色和綠色的各種銅礦物，銅礦物嵌布粒度普遍很細(xì)，氧化礦物有孔雀石、硅孔雀石、赤銅礦等氧化銅礦，和少量斑銅礦、黃銅礦等硫化銅礦，脈石主要有石英、方解石、綠簾石、長(zhǎng)石和高嶺石等。

礦樣總銅為1.75%，硫化銅僅為0.24%，占總銅的13.72%，氧化銅中銅為1.51%，占總銅的86.28%，結(jié)合氧化銅中銅含量高達(dá)0.72%占總銅的41.14%。此銅礦是典型的高氧化率、高結(jié)合率的氧化銅礦。

綜上所述，該銅礦成分復(fù)雜，銅礦物嵌布粒度極細(xì)，屬于泥化嚴(yán)重，結(jié)合銅含量和硅含量很高的高氧化率的礦物。

2 浸出試驗(yàn)

實(shí)踐中一般對(duì)以硅酸鹽和鋁硅硅酸鹽等酸性脈石為主的氧化銅礦采用酸浸，而碳酸鹽等堿性脈石為主的氧化銅礦采用堿浸［2］。該礦樣為酸性脈石，并結(jié)合試驗(yàn)條件，決定采用常溫常壓攪拌酸浸法進(jìn)行浸出試驗(yàn)研究。采用浸出—萃取—電積技術(shù)由低品位銅資源生產(chǎn)陰極銅，具有投資少成本低效益好，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)［3］，本次試樣僅進(jìn)行浸出試驗(yàn)，后續(xù)工藝試驗(yàn)由于條件制約沒(méi)有進(jìn)行試驗(yàn)研究。

2.1 浸出劑用量試驗(yàn)

浸出試驗(yàn)中硫酸的用量，應(yīng)超過(guò)按化學(xué)平衡方程式計(jì)算的理論用量，而且試驗(yàn)操作應(yīng)控制浸出后的最終酸。因?yàn)槭浅撼亟觯豢紤]溫度影響。首先探索浸出劑硫酸用量的試驗(yàn)。

硫酸濃度分別為：1 mol/L,1.5 mol/L,2 mol/L，2.5 mol/L做浸出試驗(yàn)，其他固定條件如下：

給礦量：30 g；磨礦細(xì)度：（小于200目）占84.47%；浸出時(shí)間：3 h；液固比：3:1；攪拌強(qiáng)度：250 r/min。

從表1 可見(jiàn)，在硫酸濃度低于2 mol/L 時(shí)，浸出液中銅品位隨浸液中硫酸濃度增大而升高，浸出率也隨之升高。當(dāng)濃度大于2 mol/L 后，浸出率和浸液中銅品位有所下降，浸渣中銅品位有所升高，這說(shuō)明硫酸濃度為2 mol/L 時(shí)，浸出反應(yīng)基本達(dá)到平衡，此時(shí)浸出率為80.30%。此外，由于原礦含硅43.57%，硫酸用量較大時(shí)硅與硫酸反應(yīng)生成大量硅膠。硅膠有很強(qiáng)的吸附性，將浸出液中銅離子吸附在其表面，使溶液中銅離子濃度降低，增加浸出成本。綜合考慮銅浸出率和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，選定浸出劑硫酸濃度為2 mol/L作為后續(xù)試驗(yàn)條件。

表1 硫酸濃度和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關(guān)系表

2.2 浸出時(shí)間試驗(yàn)

浸出時(shí)間是影響浸出率的一個(gè)重要因素。時(shí)間短、浸出不完全，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下、成本增加。因此，浸出時(shí)間試驗(yàn)探索很重要。

浸出時(shí)間分別為1 h、3 h、5 h、7 h，其他固定條件如下：

給礦量：30 g；磨礦細(xì)度：（小于200目）占84.47%；浸出劑硫酸濃度：2 mol/L；液固比：3:1；攪拌強(qiáng)度：250 r/min。

由表2 可見(jiàn)，浸出時(shí)間小于5 小時(shí)，浸出率和浸液中銅品位都隨浸出時(shí)間的增加而升高，浸渣中銅品位隨之下降，大于5 小時(shí)，浸出率和浸液中銅品位升高不大，趨于平緩，浸渣中銅品位也下降緩慢，這說(shuō)明當(dāng)浸出時(shí)間為5小時(shí)時(shí)，浸出反應(yīng)基本達(dá)平衡，再增加浸出時(shí)間已經(jīng)沒(méi)有意義。此時(shí)浸出率為86.72%，因此后續(xù)試驗(yàn)浸出時(shí)間取5小時(shí)為試驗(yàn)條件。

表2 浸出時(shí)間和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關(guān)系表

2.3 浸出礦漿液固比試驗(yàn)

液固比反映礦漿的濃度，液固比大小影響浸出反應(yīng)的進(jìn)程，關(guān)系到試劑用量、浸出時(shí)間和設(shè)備容積等問(wèn)題。在浸出流程不受影響的條件下，盡可能減少液固比。

浸出液固比分別為2:1、3:1、4:1、5:1,其他固定條件如下：

給礦量：30 g；磨礦細(xì)度：（小于200目）占84.47%；浸出劑硫酸濃度：2 mol/L；浸出時(shí)間：5 h；攪拌強(qiáng)度：250 r/min。

由表3可見(jiàn)，液固比大于4:1時(shí)，浸出率和浸液中銅品位變化不大，甚至出現(xiàn)降低現(xiàn)象，浸渣中銅品位也不下降而出現(xiàn)略微升高的現(xiàn)象，礦漿液固比為4:1時(shí)浸出率為85.80%，考慮到銅的浸出率和工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，選擇浸出液固比4:1為后續(xù)試驗(yàn)條件。

表3 浸出液固比和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關(guān)系表

2.4 浸出細(xì)度試驗(yàn)

由于浸出過(guò)程是多相反應(yīng)，礦物的比表面積越大，反應(yīng)速度越快，浸出率越高。

浸出細(xì)度分別為小于200 目含量占57%、73%、84.47%、95%，其他固定條件如下：

給礦量：30 g；液固比：4:1；浸出劑硫酸濃度：2 mol/L；浸出時(shí)間：5 h；攪拌強(qiáng)度：250 r/min。

從表4 看出，當(dāng)細(xì)度小于84.47 %時(shí)浸液中銅品位和浸出率都隨浸出細(xì)度的增大而升高，浸渣中銅品位則隨之下降，當(dāng)大于84.47%時(shí)，浸出率和浸液中銅品位變化不大，甚至出現(xiàn)下降現(xiàn)象，浸渣中銅品位也不再降低。浸出細(xì)度為小于200目含量占84.47%時(shí)，銅浸出率為84.0%。從磨礦成本和固液分離兩方面考慮，磨礦細(xì)度小于200目占84.47%為后續(xù)試驗(yàn)條件。

表4 浸出細(xì)度和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關(guān)系表

2.5 攪拌強(qiáng)度試驗(yàn)

攪拌可以加快浸出時(shí)溶解生成的產(chǎn)物在礦漿中的分散速度，從而保證浸出化學(xué)反應(yīng)的速度，提高了金屬的浸出速度。如攪拌強(qiáng)度過(guò)大，礦粒易被液體的漩渦吸住，使礦粒表面的液體更新速度隨攪拌速度的增大而變化很小，當(dāng)攪拌強(qiáng)度增至某值時(shí)，細(xì)礦粒開(kāi)始隨流液一起運(yùn)動(dòng)，攪拌失去作用。同時(shí)會(huì)增加動(dòng)力消耗和設(shè)備磨損。

攪拌強(qiáng)度條件分別為200 r/min,250 r/min,300 r/min,350 r/min。其他固定條件如下：

給礦量：30 g；磨礦細(xì)度：（小于200目）占84.47%；浸出時(shí)間：5 h；液固比：4:1；浸出劑硫酸濃度：2 mol/L。

從試驗(yàn)結(jié)果表5 看出，攪拌強(qiáng)度小于300 r/min時(shí)，浸液中銅品位和浸出率都隨攪拌強(qiáng)度的增大而升高，浸渣中銅品位則隨之下降，當(dāng)攪拌強(qiáng)度大于300 r/min 時(shí)，浸出率和浸液中銅品位都呈現(xiàn)下降現(xiàn)象，浸渣中銅品位略微升高。攪拌強(qiáng)度為300 r/min時(shí)，銅浸出率為84.92 %。這說(shuō)明攪拌強(qiáng)度過(guò)大，對(duì)銅浸出過(guò)程產(chǎn)生了影響，因此選取攪拌強(qiáng)度300 r/min時(shí)為后續(xù)試驗(yàn)條件。

表5 攪拌強(qiáng)度和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關(guān)系表

2.6 在最佳試驗(yàn)條件下試驗(yàn)

綜合上述，試驗(yàn)結(jié)果是常溫常壓攪拌酸浸的最佳工藝參數(shù)。為浸出劑硫酸濃度2 mol/L,浸出時(shí)間5 h，浸出液固比4:1，浸出細(xì)度小于200目占84.47%，攪拌強(qiáng)度300 r/min，為了驗(yàn)證工藝參數(shù)的可靠性和浸出的穩(wěn)定性，在此條件下進(jìn)行了三次最佳條件驗(yàn)證試驗(yàn)。

從試驗(yàn)結(jié)果表6看出，通過(guò)條件試驗(yàn)確定的最佳工藝條件是可靠的，浸出各項(xiàng)指標(biāo)也較穩(wěn)定，達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)效果。浸渣中銅品位為0.29 %左右，考慮到銅品位較低且粒度太細(xì)，所以未對(duì)浸渣進(jìn)行處理。

表6 最佳條件試驗(yàn)結(jié)果

三次浸出試驗(yàn)所得的浸出液合并后化驗(yàn)分析，浸出液成分分析見(jiàn)表7。

表7 浸出液成分分析

3 結(jié)論

本文以新疆某氧化銅礦為研究對(duì)象，進(jìn)行了常溫常壓攪拌酸浸試驗(yàn)，確定了各影響因素的最佳工藝條件，得到的試驗(yàn)結(jié)果指標(biāo)理想，由于試驗(yàn)條件制約未進(jìn)行萃取和電積試驗(yàn)。該銅礦原礦含銅1.74%，氧化率86.29%，結(jié)合率41.14%，結(jié)合率和硅含量很高的高氧化率礦物。采用常溫常壓攪拌浸出處理該銅礦，在磨礦細(xì)度小于200目含量占84.47%、液固比4:1、硫酸濃度2 mol/L、攪拌強(qiáng)度300 r/min 的條件下浸出5 小時(shí)，浸出率可達(dá)86%，浸渣中銅品位為0.29%,浸液中銅離子濃度為2.51 g/L左右，取得較好浸出指標(biāo)。