一、概述
随着金属铜消费的日益增长，铜矿石品位逐渐下降，对一些低品位铜矿、浮选尾矿、表外矿，甚至一些废矿坑、难以开采的矿脉，都需要进行处理。用火法治炼处理这些物料，显然不划算，而堆浸、就地浸出等方法，越来越受到重视。溶剂萃取，是处理这些低浓度铜浸出液的有效方法。
金属溶剂萃取始于19世纪中期，在初期近100a的时间里，溶剂萃取只在分析化学领域中得到应用，到了20世纪40年代，出于战争的需要，核燃料工业迅速发展，于1942年建成，并投产了世界上第一座具有商业性质的溶剂萃取精制铀的工厂，到1960年，全世界建起了20多座萃取工厂，从此，溶剂萃取在核燃料工业中，得到广泛地应用，以后在稀土元素的分离等方面，也取得了很好的工业成效。自20世纪60年代中期以来，特别是到了70年代，出现了下列一些新情况，进一步促进了溶剂萃取技术的发展：
①金属消费量增长，矿石品位下降；
②由于资源开采的需要，一些低品位矿、尾矿、表外矿，甚至一些废矿坑、难以开采的矿脉，都需要进行处理，用火法冶炼处理这些物料显然不划算，而堆浸、就地浸出等方法越来越受到重视；
③环境保护的日益严格；
④必须回收复杂矿石的有用组分，丰富的海洋资源尚待开发，而这些物料常常是单纯火法冶炼不能凑效的。
20世纪60年代末，世界上第一座铜萃取工厂投产，在以后10多年的时间里，世界上许多大型铜萃取工厂相继建成，确立了金属溶剂萃取在铜湿法冶金中的地位。随着溶剂萃取-电解(SX－EW)技术的逐渐兴起，通过矿石浸出生产精铜，目前已占总产量的13%。1998年的精炼生产能力为1622.8万t。1980～1990年，世界上的精炼生产能力，平均为1233.1万t。经过其后的4a，与过去的15a的平均值相比，精炼能力增加了26%。萃取-电解生产能力增加了286%，大部分发生在智利。
以上充分说明了溶剂萃取，是处理这些低浓度铜浸出液的有效方法，溶剂萃取技术在铜冶炼中的应用，越来越广泛。
二、设计条件
某矿山的矿石铜品位为1.81%，银为17～31g/t。矿体由3层组成：上层为页岩矿，占42%，矿物以黄铜矿为主，次为斑铜矿，叶岩成分以方解石、泥质为主，次为石英；中下层为砂岩矿，以游离氧化铜、结合氧化铜为主。全矿区铜总氧化率大于70%，硫化率不高。为了回收矿中的氧化矿和硫化矿，通过试验研究，决定采用先浮选将硫化矿和银选出，浮选尾矿采用搅拌浸出、萃取电积的工艺流程，设计规模年产5000t电积铜，浮选后的尾矿铜品位为1.27%，采用搅拌浸出后的浸出液铜浓度为2.5g/L，铁为3.5g/L，液量为300m3/h，通过萃取，使铜浓度富积到电积要求(50g/L左右)，萃余液铜浓度≤0.15g/L，反萃用废电解液含铜35g/L。
三、萃取工艺流程
萃取工艺流程，见下图。
萃取工艺流程图
四、萃取剂的选择
常用工业萃取剂分为4类：一类中性萃取剂；二类碱性萃取剂；三类酸性萃取剂；四类螯合萃取剂。选择萃取剂应考虑以下因素：
①萃取剂的来源应当充足；
②萃取剂的价格应相对便宜；
③萃取剂在水相中的溶解度应相对小；
④萃取剂的稳定性良好，在萃取循环中发生降解；
⑤混合时，萃取剂应不与水相生成稳定的乳化物；
⑥萃取剂有较大的萃取容量；
⑦有良好的动力萃取性能，即萃取平衡速度快。
已用于工业的铜萃取剂主要有Lix64N，SME529，Lix622，P－5000，P5100，Lix864，Lix984等。
本项目中选用的萃取剂，已成功用于生产的是Lix984，因其分离速度快、萃取效率高、铜铁分离系数为2000～2500，对该项目的浸出液具有很好的针对性。稀释剂采用260号煤油。10%的Lix984饱和容量为5.1～5.4g/L，净铜交换容量≥2.7g/L，萃取平衡点≥4.4g/L，萃取速度30s，萃取分相≤70s，反萃液酸度150～160g/L，反萃速度30s，反萃分相≤80s。
萃取相比：O/A=(215－0115)/217=0187；
萃取级数：根据半工业试验取2级；
反萃相比：O/A=(50－35)/217=516；
混合停留时间取3min。
五、萃取设备的选型计算
萃取设备为萃取过程中实现两相接触与分离的装置。工业萃取设备按照作业特点，分为微分萃取器和级式萃取器。前者是轻、重两相相向流动，在塔体内连续接触平衡，喷淋塔和填料塔即属于此类；级式萃取器的典型设备是混合澄清器，它是两相在同一个容器(混合室)内混合平衡，随后在另一个容器(澄清室)内进行分相，两相分别相向流入下一个混合澄清级再接触平衡、分相。现在工业应用较多的萃取设备为混合澄清器，混合-澄清槽问世最早。
混合－澄清槽有以下优点：
①处理量大，级效率高；
②结构简单，容易放大和操作；
③两相流量比范围大，运转稳定可靠，易于开、停工，对物系适应性好，对含有少量悬浮固体的物料也能处理；
④易实现多级连续操作，便于调节级数，装置不需要高大厂房和复杂的辅助设备。
混合－澄清槽有以下缺点：
①一般混合－澄清槽占地大，溶剂储量大；
②由于需要动力搅拌装置和级间的物流输送设备，因此设备费和操作费较高。
影响萃取操作的因素很多，如物系性质，操作条件和设备结构。针对某一物系，在一定的操作条件下，选择适宜的萃取设备以满足生产要求是十分必要的。选择萃取设备的考虑因素如下：
①稳定性及停留时间；
②所需理论级数；
③物系的分散与凝聚特性；
④生产能力；
⑤防腐蚀及防污染要求；
⑥建筑物场地要求。
综合考虑了以上因素，再结合生产实践，本项目萃取设备选用已成功用于生产实践的混合澄清萃取箱。
通过计算确定萃取箱的尺寸，以单级计算为基础。
1、混合室有效容积
V＝Qt/60=(300＋300×0..87)×3/60=28.05m3
式中 V有效－混合室的有效容积，m3；
Q－两相料液总流量，m3/h；
t－混合时间，3min。
2、混合室尺寸
选用方形混合室，两相料液由槽底导流管导入，则混合室尺寸可按下式计算：
式中 B，C，H0－分别为混合室的长、宽、高的有效尺寸，m。
混合室实际高度H取1.25H0，即：
H=1.25H0=1.25×3.04=3.8m。
3、澄清室尺寸
澄清室面积按下式计算：
式中 S－澄清室面积，m2；
R－澄清速率，m3/(m3·h)。
澄清室选用矩形，则澄清室的长、宽为：
式中 L，W－澄清室的长、宽。
澄清室深度，采用浅池式澄清室，即澄清室深度比混合室深度要小，以减少澄清室内不必要的有机相占用量。根据经验数据和生产实践，选用混合室的有效深度为900mm，实际高度为1200mm。
4、搅拌器尺寸和搅拌功率
搅拌器采用涡轮搅拌器，涡轮采用6个叶片，即Z=6。
涡轮直径：D=B/3=3.04/3=1.01m
叶片宽度：B1=0.16×D=0.16×1.01=0.16m
叶片长度：L=0.25D=0.25×1.01=0.25m
搅拌功率：萃取体系的单位容积输入功率为0.8～1kW/m3，则搅拌功率为27kW，选用30kW的6级调速电机。
反萃取箱的计算方法同上。
萃取、反萃取箱体的主要尺寸见下表。
萃取、反萃取箱体尺寸表
六、结语
1、通过以上设计实践，采用溶剂萃取法提取含铜溶液中的铜，具有高效率、自动化、能耗低的优点，并易于操作。
2、主要技术经济指标：湿法炼铜生产成本每t铜约6000～8000元；每t铜投资在8000～10000元；建设周期为015～2a；铜的回收率和酸耗，取决于矿石品位和性质。萃取工序铜回收率为9915%，Lix984消耗每t铜为3～4kg。
3、该技术可适用于难选低品位氧化铜矿、氧化-硫化混合矿、低品位硫化矿、含铜废石及废水、冶炼炉渣及老尾矿等，在高海拔和寒冷地区也可应用。该技术不但扩大了铜资源的利用范围，而且有很好的经济效益和社会效益。规模可大、可小，无环境污染。
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