国外某渣选硫化铜精矿加温铁氧化酸浸试验研究①

2024-01-20王洪杰周宽达陆智国陈兴海蒙文飞

矿冶工程 2023年6期

王洪杰，刘杰，周宽达，陆智国，陈兴海，蒙文飞

（华刚矿业股份有限公司，北京 100039）

目前，湿法冶金处理硫化矿的方法主要有加压浸出、氯盐浸出、化学氧化浸出、氨浸和生物浸出等［1-2］。加压浸出又分高温、中温和低温加压浸出工艺，其流程简单，但对设备性能要求极高［3-7］。氯盐浸出处理硫化矿会向系统带入大量氯离子影响阴极铜质量，同时对设备防腐性能要求高［8］。氨浸工艺环境污染大，设备腐蚀严重，除特殊体系外很少采用［9-11］。生物浸出是微生物学与湿法冶金技术交叉互用的产物，但目前用于浸铜的菌种需先经驯化或诱变育种才能有效浸出铜，且菌群培养困难、周期长，浸出率低［11-13］。研究发现，以三价铁化合物为氧化剂可以大大提高铜浸出率［14］。本文针对国外某渣选硫化铜精矿，采用加温铁氧化酸浸法回收其中的金属铜，以期为生产实践提供指导。

1 试验

1.1 试验原料

试验原料渣选硫化铜精矿取自国外某矿企渣选沉淀池，矿样呈灰绿色粉末状。渣选硫化铜精矿主要化学成分见表1。

表1 渣选硫化铜精矿化学成分（质量分数） %

由表1 可知，该低品位硫化铜精矿样品Cu 品位8.66%，Co 品位0.05%，具有较高的回收价值。样品Ca、Mg 元素含量较低，有利于降低浸出过程中的酸耗。样品中有害元素Mn 含量极低，产出的料液更易于满足实际生产要求。

筛分结果表明，渣选硫化铜精矿－0.15 mm 粒级占比91.19%，－0.075 mm 粒级占比71.08%，－0.03 mm 粒级占比55.04%，试样粒度完全满足直接浸出要求。

1.2 试验设备与试剂

试验设备：F-2L 单层玻璃反应釜，变频控制搅拌器，101A-2B 电热鼓风干燥箱，METTLR TOLEDO 电子分析天平，SHB-III 循环水式真空，标准筛，FMS26 型电感耦合等离子光谱发生仪。

试验试剂：98%浓硫酸（工业纯），分析纯赤铁矿，分析纯磁铁矿，NF 磁铁矿，BKY1 赤铁矿，BKY2 赤铁矿，WLESEN 赤铁矿，PURE 赤铁矿，GYC 赤铁矿。

1.3 试验方法

取200 g 渣选硫化铜精矿于F-2L 单层玻璃反应釜中，加入适量三价铁粉和适量硫酸溶液，将单层玻璃反应釜放入油浴锅内，油浴加温至设定温度下进行铜浸出试验。浸出试验结束，固液分离后测定浸出渣中Cu 含量，计算Cu 浸出率。

1.4 试验原理

根据氧化还原反应原理，使用HSC-Chemistry 软件分别在25 ℃和85 ℃条件下，对Cu-H2O 和Cu-Fe-S-H2O 体系建立Eh-pH 图，见图1。从图1 中虚线标示位置可以看出，在以Fe3＋为氧化剂的酸性溶液体系中，随着反应温度升高，反应生成的Cu2＋浓度越高，浸出体系中铜的浸出率越高，这与铜浸出率随反应体系温度升高以及Cu2＋／CuS 增加而提高的试验结果相一致。

图1 Cu-H2O 和Cu-Fe-S-H2O 体系Eh-pH 图

不同形态铜硫矿物可能发生如下化学反应［15-16］：

其中，CuFeS2、CuFeO2因难溶于硫酸，采用常规的硫酸浸出时，浸出率较低，但在饱和的Fe3＋酸性溶液体系中，采用Fe3＋为氧化剂可以有效加快Cu 的浸出。

同时，从微生物浸出机理可知，细菌在浸出过程中使Fe2＋氧化为Fe3＋，Fe3＋为矿物分解提供强氧化剂，使浸出介质保持高电位。硫酸铁浸出硫化铜体系中，溶液中Fe3＋会与硫化铜矿作用，提高了硫化铜中铜浸出率。

2 试验结果及讨论

2.1 氧化剂用量

浸出剂硫酸质量浓度200 g／L、液固比6 ∶1、浸出温度85 ℃、搅拌转速250 r／min、浸出时间6 h，不同氧化剂赤铁矿用量下渣选硫化铜精矿浸出结果见图2。由图2 可知，渣选硫化铜精矿中铜浸出率随氧化剂赤铁矿用量增加而提高，赤铁矿用量13.4 g 时，铜浸出率为67.05%；赤铁矿用量增加至40 g 时，铜浸出率为97.76%；继续增加赤铁矿用量至50 g 时，铜浸出率为97.79%，此时铜浸出率增加较小。因此，选择氧化剂赤铁矿加入量为40 g，即0.2 g／g矿。

图2 氧化剂赤铁矿用量对铜浸出率的影响

2.2 浸出温度

氧化剂赤铁矿用量0.2 g／g矿，其他条件不变，浸出温度对渣选硫化铜精矿铜浸出率的影响见图3。由图3可知，浸出温度25 ℃时，铜浸出率为60.62%；浸出温度85 ℃时，铜浸出率为97.92%；继续升高温度至100 ℃时，渣选硫化精矿中铜浸出率为97.95%。综合考虑，确定浸出温度为85 ℃。

图3 浸出温度对铜浸出率的影响

2.3 浸出时间

浸出温度85 ℃，其他条件不变，浸出时间对渣选硫化铜精矿铜浸出率的影响见图4。由图4 可知，渣选硫化铜精矿铜浸出率随浸出时间增加逐渐增大，浸出时间2 h 时，铜浸出率为95.49%；浸出时间4 h 时，铜浸出率为97.37%；浸出时间6 h 时，铜浸出率为97.77%；继续增加浸出时间至7 h 时，铜浸出率为97.86%，浸出率变化较小。因此，选定浸出时间为6 h。

图4 浸出时间对铜浸出率的影响

2.4 液固比

浸出时间6 h，其他条件不变，液固比对渣选硫化铜精矿铜浸出率的影响见图5。由图5 可知，渣选硫化铜精矿铜浸出率随着浸出体系液固比增加而增加。液固比2 ∶1时，铜浸出率为67.05%；液固比5 ∶1时，铜浸出率为97.67%。因此，选定液固比为5 ∶1。

图5 液固比对铜浸出率的影响

2.5 初始硫酸浓度

液固比5 ∶1，其他条件不变，初始硫酸浓度对渣选硫化铜精矿铜浸出率的影响见图6。由图6 可知，渣选硫化铜精矿铜浸出率随初始硫酸浓度增加而提高，硫酸浓度200 g／L 时，铜浸出率为97.06%；继续提高硫酸浓度，铜浸出率变化不大。因此，选定初始硫酸浓度为200 g／L。

图6 初始硫酸浓度对铜浸出率的影响

2.6 优化条件下氧化剂验证试验

在条件试验基础上，在氧化剂用量0.2 g／g矿、浸出温度85 ℃、浸出时间6 h、液固比5 ∶1、初始硫酸浓度200 g／L 条件下进行了不同氧化剂种类试验，验证不同铁矿样对渣选硫化铜精矿的氧化浸出效果，结果见表2。

表2 优化条件下不同氧化剂种类验证试验

由表2 可知，渣选硫化铜精矿中铜浸出率与氧化剂种类和纯度有关。优化试验条件下，BKY1、BKY2、PURE 和GYC 赤铁矿、NF 磁铁矿都能较好地实现对渣选硫化铜精矿中铜的氧化浸出，铜浸出率均在95%以上，而WLESEN 赤铁矿对渣选硫化铜精矿中铜的氧化浸出率较低。由此分析可得，三价铁化合物的纯度越高，铜氧化浸出效果越好。