施友富 張正陽(yáng) 楊永強(qiáng) 孫留根

(1.中國(guó)有色金屬建設(shè)股份有限公司，北京 100029；2.礦冶科技集團(tuán)有限公司，北京 100160)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)銅的需求量越來(lái)越高。硫化銅礦是世界銅資源最主要來(lái)源之一，其處理工藝主要有火法造锍熔煉、直接加壓濕法浸出、硫酸化焙燒(氧化焙燒)—浸出。全球目前約有75%的銅采用造锍—冰銅吹煉—火法精煉—電解的火法煉銅工藝，但傳統(tǒng)的火法煉銅工藝逐漸顯露出諸多不足。首先，隨著礦石的開采，高品位銅礦逐漸減少，低品位硫化礦、氧化礦、尾礦將成為煉銅的主要資源，如果將貧礦進(jìn)行選礦使其符合火法要求，成本將大幅度提高，經(jīng)濟(jì)上不合理[1-6]。其次，傳統(tǒng)火法工藝都在不同程度上存在SO2對(duì)大氣污染的問(wèn)題。加壓浸出需要相對(duì)較高的溫度和壓力，對(duì)設(shè)備要求高。采用硫酸化焙燒可將硫化銅礦中的銅轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘倭蛩猁}，再利用酸浸出焙燒料中的銅是一種可行且有效的銅冶金方法，但直接硫酸化焙燒，后續(xù)浸出液中雜質(zhì)Fe、Mn等元素含量較高，不能達(dá)到銅電積的要求。如果在焙燒前預(yù)先除去一部分雜質(zhì)，則可減少其對(duì)后續(xù)電積工藝的影響，為此，我們提出在硫酸化焙燒—浸出工藝之前先用低濃度的酸對(duì)硫化銅精礦進(jìn)行預(yù)處理的酸浸預(yù)處理—硫酸化焙燒—浸出工藝，該工藝不但可在焙燒前脫除原礦中大部分鐵、錳等雜質(zhì)，而且在預(yù)浸處理中硫不浸出，還可以提高預(yù)浸渣(硫酸化焙燒原料)中的硫品位，有利于實(shí)現(xiàn)焙燒爐的自熱焙燒，并提高煙氣中的SO2濃度，同時(shí)也可以提升焙燒設(shè)備的處理能力，預(yù)浸出液送氧化銅礦浸出系統(tǒng)，可提高銅的回收率?；诖?，本文重點(diǎn)研究了預(yù)浸出對(duì)雜質(zhì)脫除的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原料

試驗(yàn)用硫化銅精礦的化學(xué)成分見表1。硫化銅精礦中的主要成分為銅硫化物，還含有一定量的鎂、錳、鈣、鐵、鋁等雜質(zhì)。

表1 硫化銅精礦的主要化學(xué)成分Table 1 Main chemical compositions of copper sulfide concentrate /%

1.2 試驗(yàn)方法

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 2 Table of orthogonal experimental design

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)各金屬浸出率的結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Orthogonal experiment result

2.1.1 銅浸出率受各因素影響的評(píng)價(jià)

銅浸出率受酸礦比、溫度、時(shí)間和液固比四種因素影響的結(jié)果見表4。由表4可知，酸礦比對(duì)銅的浸出率影響最大，溫度、時(shí)間和液固比對(duì)銅浸出率影響較小。結(jié)合表2可知，隨著酸礦比的增加，

表4 各因素對(duì)銅浸出率影響的評(píng)價(jià)Table 4 Evaluation of the influence of various factors on Cu leaching rate

銅的浸出率升高，但相較于酸礦比0.3∶1時(shí)的浸出率，酸礦比為0.6∶1時(shí)的增加并不明顯。

2.1.2 鈷浸出率受各因素影響的評(píng)價(jià)

鈷浸出率受酸礦比、溫度、時(shí)間和液固比四種因素影響的結(jié)果見表5。由表5可知，在各影響因素中，酸礦比對(duì)鈷的浸出率影響最大，溫度和浸出時(shí)間對(duì)鈷浸出率的影響也較大。結(jié)合表2可知，在一定范圍內(nèi)，隨著酸礦比的增加，鈷的浸出效果變好，其中酸礦比為0.3∶1時(shí)，鈷的浸出效果最好。鈷最佳浸出條件為：酸礦比0.3∶1、溫度50 ℃、時(shí)間1 h、液固比3∶1。

表5 各因素對(duì)鈷浸出率影響的評(píng)價(jià)Table 5 Evaluation of the influence of various factors on Co leaching rate

2.1.3 鐵浸出率受各因素影響的評(píng)價(jià)

鐵浸出率受酸礦比、溫度、時(shí)間和液固比四種因素影響的結(jié)果見表6。由表6可知，在各影響因素中，酸礦比對(duì)鐵的浸出率影響最大，溫度對(duì)鐵的浸出影響也較大。結(jié)合表2可知，隨著酸礦比的增加和浸出溫度的升高，鐵的浸出率增加，但隨著液固比的增加，鐵的浸出效果變差。鐵的最佳浸出條件為：酸礦比0.6∶1、溫度70 ℃、時(shí)間3 h、液固比1∶1。

表6 各因素對(duì)鐵浸出率影響的評(píng)價(jià)Table 6 Evaluation of the influence of various factors on Fe leaching rate

2.1.4 錳浸出率受各因素影響的評(píng)價(jià)

錳浸出率受酸礦比、溫度、時(shí)間和液固比四種因素影響的結(jié)果見表7。由表7可知，在各影響因素中，酸礦比對(duì)錳浸出率的影響最大，溫度、時(shí)間、液固比對(duì)錳浸出率的影響很小，但在不同硫酸添加量條件下，渣含錳均小于0.005%，說(shuō)明錳基本被浸出完全。

表7 各因素對(duì)錳浸出率影響的評(píng)價(jià)Table 7 Evaluation of the influence of various factors on Mn leaching rate

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 酸礦比對(duì)預(yù)浸出的影響

為提高預(yù)浸過(guò)程中鐵和錳等雜質(zhì)元素的浸出率，綜合考慮各因素對(duì)雜質(zhì)脫除率的影響，進(jìn)行了預(yù)浸出不同加酸量的條件試驗(yàn)。固定試驗(yàn)條件：溫度30 ℃、時(shí)間2 h、液固比3∶1，考察酸礦比分別為0.2∶1、0.3∶1、0.4∶1、0.5∶1時(shí)，酸礦比對(duì)銅、鈷、鐵、錳浸出率的影響，結(jié)果如圖1所示。從圖1可以看出，隨著酸礦比由0.3∶1增加至0.5∶1，鐵的浸出率由19.82%升至27.65%，錳的浸出率變化不大。銅和鈷的浸出率隨著酸礦比的增加都呈先上升后趨于不變的趨勢(shì)，但酸礦比在0.4∶1以上時(shí)，銅和鈷的浸出率變化不大?？紤]到酸度過(guò)高會(huì)增加對(duì)設(shè)備的腐蝕，認(rèn)為較優(yōu)酸礦比在0.4∶1。

圖1 酸礦比對(duì)主要金屬浸出率的影響Fig.1 Effect of acid ore ratio on main metals leaching rate

2.2.2 溫度對(duì)預(yù)浸出的影響

試驗(yàn)固定預(yù)浸出條件：酸礦比0.4∶1、液固比3∶1、時(shí)間2 h、考察溫度分別為30、50、70 ℃時(shí)，溫度對(duì)主要雜質(zhì)鐵和錳脫除的影響，結(jié)果見表8。由表8可知，隨著預(yù)浸出溫度的升高，鐵浸出率上升，但在50～70 ℃內(nèi)變化不大。在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，渣中錳含量均較低。由表8還可知，經(jīng)過(guò)預(yù)浸出處理后，進(jìn)入焙燒爐的銅精礦量比未經(jīng)預(yù)浸出的降低20%左右，可提高生產(chǎn)規(guī)模。綜合考慮，較優(yōu)浸出溫度為50 ℃。

表8 溫度對(duì)雜質(zhì)鐵、錳浸出的影響Table 8 Effect of temperature on Fe,Mn Leaching rate

2.3 綜合對(duì)比試驗(yàn)

為探究預(yù)浸出處理對(duì)后續(xù)硫酸化焙燒—浸出工藝的影響，設(shè)計(jì)了硫化銅精礦直接進(jìn)行硫酸化焙燒的無(wú)預(yù)浸出處理和硫酸化焙燒前增加預(yù)浸出處理兩種工藝的對(duì)比試驗(yàn)，焙砂后的浸出工序條件相同。其中，有預(yù)浸出工藝的預(yù)浸出工藝條件為：酸礦比0.4∶1、溫度50 ℃、時(shí)間3 h、液固比3∶1，其他條件與硫化銅精礦直接焙燒的相同。硫酸化焙燒條件為：溫度650 ℃、時(shí)間2 h，浸出工藝條件為：酸礦比0.9∶1、液固比4∶1、浸出時(shí)間2 h、浸出溫度50 ℃。試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 預(yù)浸出對(duì)硫酸化焙燒砂浸出的影響Table 9 Effect of pre-leaching on leaching of sulfated roasted sand

由表9可知，與不經(jīng)過(guò)預(yù)浸出處理的直接硫酸化焙燒—浸出工藝相比，硫化銅精礦經(jīng)過(guò)預(yù)浸出預(yù)處理后再進(jìn)行硫酸化焙燒和浸出時(shí)，銅的總浸出率較高，可達(dá)到99.37%，最終渣含銅降到了較低的水平；增加預(yù)浸出處理所得硫酸化焙燒砂浸出液中雜質(zhì)明顯比不經(jīng)預(yù)浸出而直接焙燒的低，僅為0.18 g/L，且基本不含錳。因此，增加預(yù)浸出處理可以降低硫酸化焙燒—浸出工藝后續(xù)浸出液中的雜質(zhì)含量，在滿足后續(xù)電積工序要求前提條件下，浸出液可以循環(huán)更多的次數(shù)，而且可以提高銅的浸出率，降低渣含銅量。

3 結(jié)論

1)在硫酸化焙燒—浸出—電積工藝之前增加酸浸預(yù)處理工藝，可有效脫除高雜質(zhì)硫化銅精礦中的鐵、錳、鈷等雜質(zhì)，減少后續(xù)浸出液中的雜質(zhì)含量，為浸出液直接電積銅提供保障。

2)與不經(jīng)酸浸預(yù)處理的硫酸化焙燒—浸出—電積工藝相比，經(jīng)過(guò)預(yù)處理再硫酸化焙燒所得焙砂浸出液含鐵為0.15 g/L，銅的浸出率較高(大于99%)，而錳在預(yù)浸出階段已基本浸出完全。

3)預(yù)浸出過(guò)程中硫酸用量對(duì)各元素的浸出率影響最大，為主要影響因素。較優(yōu)預(yù)浸出條件為：溫度50 ℃、時(shí)間2 h、液固比3∶1、酸礦比0.4∶1。