浸出—萃取—电积法工艺实例

    萃取法以主主要用于提取稀有金属。由于萃取剂价格昂贵，故对铜的萃取工艺应用受到限制。70年代以来，由于有机化学和石油化学工业的迅速发展，为制造和使用新型价廉、有效的萃取剂提供了条件，从而在铜的工业生产中采用萃取法成为可能。溶剂萃取的显著特点是生产效率高、连续作业性强、适用于工业规模的生产、分离效果好、提取率高、操作简便、生产时“三废”少。所以，近年来国外采取萃取法提铜的工业化生产逐年增加。1968年美国亚利桑那州大牧场勘探和开发公司的兰乌矿，首先建成世界第一座铜的萃取—电积厂。世界上铜的溶剂萃取—电积厂有十多座（表1）， 这些厂所采用的萃取剂几乎都是Lix-64N。 表1  国外铜浸出—萃取—电积厂

国家	工厂	铜产量，t/a	处理原料	投产日期	备注
美   国	大牧厂勘探和开发公司兰乌矿	7000	氧化铜矿石稀硫酸浸出	1968	世界第一座萃取厂
	巴格达德（亚利桑那州）	7000	氧化铜矿石稀硫酸浸出	1970
	卡皮塔尔线材公司卡萨格兰德厂	2500	铜屑和海绵铜的氨浸液	1970	Cu2+的萃取氨再生循环用
	SEC公司埃尔帕索厂	7000	从电介车间来的酸性Cu-Ni溶液		萃取铜时需调pH值
	阿纳康达公司（美国蒙大拿州）	36000	氨浸25%的硫化物精矿	1974
	金属化学公司梅萨厂		铜  屑		采用乙稀稀释剂
赞比亚	恩昌加联合公司坎松希矿	26000	氧化矿酸浸液	1977
	恩昌加联合铜矿公司	90000	低品位氧化矿尾矿浸出液	1973	三级萃取、二级反萃
智 利	普照达惠尔矿业公司	18000	氧化铜矿硫酸浸出	1977	Lix-64N
	国立铜公司丘基卡马塔矿	36000	氧化铜矿硫酸浸出	1977	189/e铜
	阿吉雷厂（C.P.A公司）	17000	薄层两段浸出一段富液含铜5.5克/升	1981.11	世界第一座薄层浸出厂
秘鲁	塞罗维尔德（米尼诺公司）	33000	氧化铜矿堆浸液含铜5克/升	1977	三级萃取、三级反萃

     在国外由于环境保护的严格要求和氧化矿的普遍开采，对铜的溶剂萃取给予了广泛的注意和重视。浸出—萃取—电积法易于处理低品位氧化矿和混合矿，随着铜需要量的增加，将导致对低品位矿的大量开采，加之为了控制二氧化硫对环境的污染，将为萃取法提供更广泛的应用前景。     赞比亚恩昌加联合铜业有限公司，在金哥拉建成年产9万吨铜的酸浸—萃取—电积厂，主要处理低品位氧化铜矿石和浮选尾矿，采用三级萃取和二级反萃取工艺，萃取相比为1:1，约60~70%的萃取残液返至酸浸系统，铜的损失较小。萃取剂Lix-64N是芳香族羟肟12-羟基-5十二烷基-二苯甲铜肟，Lix萃取剂，是美国通用矿产公司研制的一种含有羟肟（基）的螯合萃取剂，对铜和镍具有良好的萃取性能。     我国氧化铜矿石除石菉采用离析—浮选工艺外，基本上采用硫化浮选工艺；目前，酸浸—萃取—电积法在大中型选厂正处于工业试验阶段，一些地方小厂已用于生产。     一、双峰铜选厂（美国）     （一）概况     双峰（Twin Buttes）铜矿位于美国亚利桑那州土桑以南约32公里处。阿纳康达公司于1965年开始建设该矿山，1969年11月建成日处理能力为3万吨的硫化矿选厂，1970年选钼车间投产。1973年安纳马克斯采矿公司组成后，对双峰进行扩建，新建一座处理氧化矿的水冶厂，年产电解铜3.6万吨。硫化矿系统扩建第四系列，全部工程完成后，每年将生产铜12.6万吨。其中硫化矿选厂生产9万吨，氧化矿选厂生产3.6万吨。     （二）矿床及矿石性质     双峰铜矿主要为原生矿石，以黄铜矿为主，还有次生斑铜矿和其他硫化物，并伴生有大量的黄铁矿。围岩主要为石灰石、矽化灰岩、接触变质碳酸盐及石英二长岩等，氧化深度一般在30~60米以上。矿体埋藏很深，上部覆盖8~15米厚的坚硬砾石，再上部为120~180米厚的第四幻表土。     （三）酸浸—萃取—电积工艺     将氧化矿矿石破碎、磨矿后，用硫酸浸出，浸出液用有机相（一般萃取剂为Lix64N与煤油的混合物）萃取铜，使浓度很低的铜转入有机相中，再用硫酸反萃含铜的有机相，将荷铜为50克/升的反萃液，送入电解车间电解，获得阴极铜。其流程如图1所示。

图1  美国双峰氧化铜浸出—萃取—电积厂流程     双峰选厂有两部分：一是日处理原矿36000吨的硫化矿选厂；另一个是氧化铜矿处理厂，1975年投产，是世界上最大的浸出—萃取—电积厂。按设计每天处理一万吨氧化矿矿石，平均含铜1.35%，包含1.02%的酸溶铜，日产阴极铜100吨，1976年实际生产阴极铜3万吨（纯度为99.995%），处理矿石290万吨，平均含铜1.3%，1977年达到设计能力产铜3.6万吨。     原矿用2.67米³电铲从矿堆装到50或100吨的运矿卡车上，把矿石运到破碎厂，用颚式破碎机1.22×1.52米一台，破碎到小于200毫米，然后用一台2100毫米标准型圆锥碎矿机破碎，产品进入两台2100毫米短头碎矿机与两台2.44×6.09米双层筛组成的闭路流程。最终破碎产品粒度为13毫米，粉矿仓的有效容积为15000吨。     磨矿有两个平行系列，每系列由一台ф3.5×5.64米棒磨机和一台直径3.81×6.14米球磨机组成，开路磨矿的产品粒度为－48目占95%，矿浆浓度为60%。采用开路磨矿的原因是它比闭路磨矿作业可获得更高的浸出给矿浓度。磨矿能力为440吨/时。     酸浸     磨矿产品的固体浓度为60%，通过分配箱分成两股矿浆，一股进入浸出，另一股用作调整pH值。     浸出是在五个串联排列的，内衬橡胶的，直径为9.14米，高为9.45米的机械搅拌式浸槽内进行的，浓度为93.2%的硫酸从储酸槽加到第一个浸出槽，硫酸的储槽有四个，总容积为21000吨，硫酸耗量为113公斤/吨（浓度为93~98%的硫酸），矿石的浸出时间为五个小时，浸出pH值为1.5。     浸出后矿浆浓度为50%，进到四台直径为122米浓缩机，用萃取厂的废液返回进行逆流洗涤。固体由1号浓缩机流向4号浓缩机，最后到尾矿坝。萃取厂的废液则相反，由4号浓缩机流向1号浓缩机，作为母液溢流到pH调节槽，为适应溶剂萃取，向1号浓缩机溢流母液，添加未反应过的磨矿矿浆，把pH值由1.5调到2.5。矿浆在三台机械搅拌式pH调节槽内的停留时间为45分钟。     矿浆由pH值调节槽出来时的浓度约固体10%，经二段浓缩机净化、按设计第一台直径122米的净化浓缩机的溢流含固体30~80ppm，这两台浓缩机的沉砂返回搅拌浸出槽，从第二次净化浓缩机溢流出来的液体，即称为含铜母液，经澄清后进行调整槽，用蒸汽调温到20℃，然后进到压滤机。     溶剂萃取     过滤后母液含铜2.5克/升，总的流量为26.6米³/分。萃取分两排系统平行进行，每系统四次萃取。用有机萃取剂Lix64N按12%的体积百分数溶于煤油中，萃取后残余水相含铜约0.08克/升，返回浸出作业，负载铜的有机相含Cu约25克/升。分两上平行系统用硫酸进行两段反萃取，荷铜的反萃取液含铜50克/升。     电积     荷铜的反萃取液含铜50克/升送往电解，得阴极铜，其纯度约为99.995%。     一般情况，每升萃取混合液能萃取25克铜，萃取率达到95%以上。     二、普达惠尔铜矿选厂（智利）     （一）概况     普达惠尔（Pudahuel）矿物公司位于智利圣地亚哥城西30公里处，有圣地亚哥—瓦尔帕来索公路通过矿山和矿区，矿区最高温度只有35℃，最低为－4℃，年降雨量为300毫米。西北100公里的瓦尔帕来索是智利的主要港口。     1980年末，普达惠尔矿产有限公司（SMP）已有一项7000万美元投资的铜的新工程投产，该工程包括一个露天矿、薄层浸出（TL）、溶剂萃取（SX）及电解（EW）。     在SMP获得该铜矿所有权后，即聘请麦基公司于1970年作可行性研究，认为可获得很高的利益。以后由黑增（Hazen）研究公司修改了原工艺并研究出一个新的冶金方案，采用浸出，溶剂萃取及电解是满意和十分经济的流程。SMP、霍尔来斯及纳尔弗公司达成一项协议，签订了包括设计、经营、建设管理、投产的合同。日处理量为2500吨。     1979年中期，初步设计完成，土木工程于1979年2月开始，矿山的剥离正在进行。矿山需要初步剥200万吨表土，在投产12年内剥采比将保持在3.26:1左右。矿石用公路运输，距离约15公里，公路坡度最大8%。     （二）矿床及矿石性质     罗阿古伊雷矿呈不规则形，约600米长、200米宽和150米厚。矿体露头在南部。矿体上部被氧化，主要为细粒孔雀石。深部为硫化区，主要为辉铜矿和斑铜矿、铜蓝，少量的黄铁矿和黄铜矿。中间区域为混合的氧化铜矿和硫化铜矿。矿物结构致密坚硬。     碎矿的最终粒度为6毫米，然后送去湿法冶金，其流程见图2。

图2  普达惠尔铜矿浸出—萃取—电积工艺     （三）薄层浸出     “TL”浸出过程适合于某些铜矿床，特别是中小型氧化矿的处理。浸出是将经过细碎的矿石和浓缩的硫酸混合，然后送到酸化堆，在没有溢出物料的情况下，酸化摊成薄层并用水或弱酸浸出。     工艺过程的几个阶段是：①将矿石破碎到6毫米；②矿石和酸搅拌；③矿石酸化处理几小时后再把矿石堆耙成2米高的薄层；④用SX萃余液喷洗；⑤自然排放含矿富液；⑥堆筑并处理尾渣；⑦用SX—EW作业富集并回收铜。     为罗阿古伊雷工程进行的半工业性试验表明：氧化矿中的铜回收率为90~95%，硫化矿中的铜回收率为40~60%。     在罗阿古伊雷矿床，氧化矿中有孔雀石和硅孔雀石，硫化矿中有辉铜矿和斑铜矿。在各作业中，硫化矿物的溶解是缓慢的。辉铜矿游离出其含铜量的50%后，首先转变成铜蓝，然后铜蓝被溶液所分解。斑铜矿转变为辉铜矿，其次是黄铜矿，黄铜矿实际上是不变的，而随着斑铜矿中40%的铜游离出来，辉铜矿继续溶解。     处理过的矿石运至4个酸化堆，停留24小时，在这期间，氧化物间歇被酸转化成结晶硫酸铜。在这一作业里，约60~70%的氧化物得到转化。     每个浸出台约处理1700吨矿石，浸出周期为12天，浸出后的废渣用皮带运至尾矿堆。     浸出周期的长短与矿石中硫化物的含量及电解化学反应时硫酸的耗量（每公斤沉淀硐要1.5公斤酸）有关。由于酸化结果，氧化铜几小时内迅速被提取，强烈溶解产生一个总铁（约30克/升）和三氧化铁（7~8克/升）含量很高的溶液是分解硫化物的关键。在浸出过程中，产生的富液pH值为2左右。     （四）萃取工艺     对罗阿古伊雷矿石将采用二次萃取和二次反萃，萃取剂是Lix-64N（Henkel专利药剂），该药剂已在世界上几个工厂用了许多年。     浸出—萃取—电积（TL—SX—EW）工艺酸耗低，约2公斤酸/公斤铜。因酸循环使用，故电解槽酸耗低。     浸出液的萃取采用选择性的肟（Lix型）用煤油稀释而成。     该厂本身有5个混合—沉淀槽，其中3个用于萃取，两个用于反萃，设备由包有不锈钢的混凝土制成，其规格为长29米，宽12米，高1.2米。混合槽的形状为细长形，取代了传统的圆柱形或立方形。     贮存槽、给料泵和连接管道均用不锈钢材质，混合-沉降槽还有一全套自动系统。浸出液或残液（10.5克/升的铜和3克/升的酸）送电解厂。     （五）电解 该厂有64个电解槽，每个电解槽有64个铅-钙合金阳极，电解槽的电流密度是240安培/米²，能量消耗为1.95~1.99千瓦小时/公斤沉淀铜。有三台2500千瓦整流器，供应电解所需电能，其他辅助设施是5吨吊车。电解厂计划生产能力为日产47.5吨阴极铜，年总产量为17000吨。     （六）工作制度     矿山每周工作6天，每天二班，每班8小时，每天出矿略多于3000吨（已储备25万吨）。浸出工厂三班操作，每周工作七天，生产能力2500吨/天。