新疆某氧化銅礦浸出試驗

袁 淼，安宏遠，呂永斌，劉愛興，張 洋

（徐州鐵礦集團有限公司，江蘇 徐州 221138）

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

1 試樣的礦石性質

從外觀看,本試樣伴生有圍巖和原生礦泥，可見高嶺土、滑石及針鐵礦類泥質礦物。礦物表面和斷面上有清晰可見的藍色和綠色的各種銅礦物，銅礦物嵌布粒度普遍很細，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%，結合氧化銅中銅含量高達0.72%占總銅的41.14%。此銅礦是典型的高氧化率、高結合率的氧化銅礦。

綜上所述，該銅礦成分復雜，銅礦物嵌布粒度極細，屬于泥化嚴重，結合銅含量和硅含量很高的高氧化率的礦物。

2 浸出試驗

實踐中一般對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，并結合試驗條件，決定采用常溫常壓攪拌酸浸法進行浸出試驗研究。采用浸出—萃取—電積技術由低品位銅資源生產陰極銅，具有投資少成本低效益好，無污染等優點［3］，本次試樣僅進行浸出試驗，后續工藝試驗由于條件制約沒有進行試驗研究。

2.1 浸出劑用量試驗

浸出試驗中硫酸的用量，應超過按化學平衡方程式計算的理論用量，而且試驗操作應控制浸出后的最終酸。因為是常壓常溫浸出，不考慮溫度影響。首先探索浸出劑硫酸用量的試驗。

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，其他固定條件如下：

給礦量：30 g；磨礦細度：（小于200目）占84.47%；浸出時間：3 h；液固比：3:1；攪拌強度：250 r/min。

從表1 可見，在硫酸濃度低于2 mol/L 時，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，這說明硫酸濃度為2 mol/L 時，浸出反應基本達到平衡，此時浸出率為80.30%。此外，由于原礦含硅43.57%，硫酸用量較大時硅與硫酸反應生成大量硅膠。硅膠有很強的吸附性，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應用價值，選定浸出劑硫酸濃度為2 mol/L作為后續試驗條件。

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系表

2.2 浸出時間試驗

浸出時間是影響浸出率的一個重要因素。時間短、浸出不完全，時間過長會導致生產效率低下、成本增加。因此，浸出時間試驗探索很重要。

浸出時間分別為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；攪拌強度：250 r/min。

由表2 可見，浸出時間小于5 小時，浸出率和浸液中銅品位都隨浸出時間的增加而升高，浸渣中銅品位隨之下降，大于5 小時，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，這說明當浸出時間為5小時時，浸出反應基本達平衡，再增加浸出時間已經沒有意義。此時浸出率為86.72%，因此后續試驗浸出時間取5小時為試驗條件。

表2 浸出時間和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關系表

2.3 浸出礦漿液固比試驗

液固比反映礦漿的濃度，液固比大小影響浸出反應的進程，關系到試劑用量、浸出時間和設備容積等問題。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；磨礦細度：（小于200目）占84.47%；浸出劑硫酸濃度：2 mol/L；浸出時間：5 h；攪拌強度：250 r/min。

由表3可見，液固比大于4:1時，浸出率和浸液中銅品位變化不大，甚至出現降低現象，浸渣中銅品位也不下降而出現略微升高的現象，礦漿液固比為4:1時浸出率為85.80%，考慮到銅的浸出率和工業應用價值，選擇浸出液固比4:1為后續試驗條件。

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系表

2.4 浸出細度試驗

由于浸出過程是多相反應，礦物的比表面積越大，反應速度越快，浸出率越高。

浸出細度分別為小于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；浸出時間：5 h；攪拌強度：250 r/min。

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

表4 浸出細度和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關系表

2.5 攪拌強度試驗

攪拌可以加快浸出時溶解生成的產物在礦漿中的分散速度，從而保證浸出化學反應的速度，提高了金屬的浸出速度。如攪拌強度過大，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，當攪拌強度增至某值時，細礦粒開始隨流液一起運動，攪拌失去作用。同時會增加動力消耗和設備磨損。

攪拌強度條件分別為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；磨礦細度：（小于200目）占84.47%；浸出時間：5 h；液固比：4:1；浸出劑硫酸濃度：2 mol/L。

從試驗結果表5 看出，攪拌強度小于300 r/min時，浸液中銅品位和浸出率都隨攪拌強度的增大而升高，浸渣中銅品位則隨之下降，當攪拌強度大于300 r/min 時，浸出率和浸液中銅品位都呈現下降現象，浸渣中銅品位略微升高。攪拌強度為300 r/min時，銅浸出率為84.92 %。這說明攪拌強度過大，對銅浸出過程產生了影響，因此選取攪拌強度300 r/min時為后續試驗條件。

表5 攪拌強度和浸出率、浸渣中銅品位及浸液中銅離子濃度關系表

2.6 在最佳試驗條件下試驗

綜合上述，試驗結果是常溫常壓攪拌酸浸的最佳工藝參數。為浸出劑硫酸濃度2 mol/L,浸出時間5 h，浸出液固比4:1，浸出細度小于200目占84.47%，攪拌強度300 r/min，為了驗證工藝參數的可靠性和浸出的穩定性，在此條件下進行了三次最佳條件驗證試驗。

從試驗結果表6看出，通過條件試驗確定的最佳工藝條件是可靠的，浸出各項指標也較穩定，達到預期的試驗效果。浸渣中銅品位為0.29 %左右，考慮到銅品位較低且粒度太細，所以未對浸渣進行處理。

表6 最佳條件試驗結果

三次浸出試驗所得的浸出液合并后化驗分析，浸出液成分分析見表7。

表7 浸出液成分分析

3 結論

本文以新疆某氧化銅礦為研究對象，進行了常溫常壓攪拌酸浸試驗，確定了各影響因素的最佳工藝條件，得到的試驗結果指標理想，由于試驗條件制約未進行萃取和電積試驗。該銅礦原礦含銅1.74%，氧化率86.29%，結合率41.14%，結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、攪拌強度300 r/min 的條件下浸出5 小時，浸出率可達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。