氨浸铜矿物原料及工艺技术

    氨浸法处理氧化铜矿石已有很长的历史，它不仅适于处理氧化铜矿石，而且还可以处理硫化铜矿石、铜炉渣、尾矿和其他含铜物料。热压浸出和萃取工艺的应用为氨浸法处理难选氧化铜矿开辟了新的途径。
    根据氨浸中发生的主要反应，可将铜矿物原料分为常压氨浸、热压氨浸和还原焙烧－氨浸等类型。若铜矿物为次生铜矿，脉石为碳酸盐，可用常压氨浸。常压氨浸即可达到相当高的浸出速度，浸出时间较短，同时制取化学精矿和试剂再生工序相当简单。但常压氨浸对硫化铜矿物的溶解不完全。因此，若除次生铜矿物外，还含有金属铜和原生硫化铜太矿物，可采用热压氨浸。若铜呈难浸的硅酸铜或结合铜形态存在，直接氨浸效果差，宜用还原焙烧－氨浸法处理。
    以下通过实例，对这几种氨浸法进行介绍。
    一、热压氨浸法
    国内某大型氧化铜矿，氧化率为30%～82%，结合率高达10%～47%。主要铜矿物为孔雀石占80%以上，其次为硅孔雀石和其他氧化铜矿物，尚含少量的斑铜矿、黄铜矿和微量的自然铜。脉石绝大部分为白云石、绿泥石及黏土矿物，个别矿体含有大量的碳质和泥质。原矿品位为0.6%～0.8%，铜物相分析结果见表1。
表1  铜物相分析结果

项 目	总 铜	结合氧化铜	游离氧化铜	活性氧化铜	惰性硫化铜
含量/%分布率/%	0.619100.00	0.10832.00	0.28245.53	0.10917.62	0.0304.85

    现在工厂采用硫化－浮选法得的铜精矿品位仅为8%左右，回收率约为70%，且药剂耗量相当大。大量试验证明，采用直接热压氨浸法可使这种低品位难选铜矿的浸出率高达90%以上。该矿处理量为100t/d的氨浸中间试验厂原则流程图如图1所示，它由碎磨、浸出、固液分离和蒸馏4个工序组成。 
图1  某氧化铜矿热压氨浸半工业试验原则流程
    矿石破碎后与返回的含铜、二氧化碳和氨的稀溶液一起磨至55%（－200目），调制成液固比接近1:1的矿浆，然后进入矿浆吸收塔连续吸收来自热压浸出泊槽、自蒸发器、减压槽和蒸馏釜出气中的二氧化碳和氨，经补氨后试剂浓度达NH₃8.5%～10.2%、CO₂5.5%～6.6%。随后矿浆经高压泥浆泵送到矿浆加热器加热，之后再进入多层泊槽，在120℃和10.13×10₅～20.26×10⁵Pa通过空气下进行热压氧化氨浸，浸出时间为2.5h。浸出过程的主要反应为：
CuCO₃·Cu（OH）₂＋6NH₃＋（NH₄）₂CO₃＝2Cu（NH₃）₄CO₃＋2H₂O
2Cu₅FeS₄＋40NH₃＋2CO₂＋37/2O₂＋nH₂O＝8Cu（NH₃）₄SO₄＋2Cu（NH₃）₄CO₃＋Fe₂O₃·nH₂O
    从泊槽底部出来的浸出矿浆经自蒸发器、减压槽降温降压、释放出的氨、二氧化碳和水蒸气返回矿浆吸收塔，降温降压的矿浆用浓缩机进行固液分离和逆流洗涤，澄清液送至蒸馏釜氨得氧化铜。蒸馏母液进行苛化可得铜含量分为10%的硫酸钙渣，可回收与硫酸根结合的氨。过程反应为：
Cu（NH₃）4CO₃＝CuO＋4NH₃＋CO₂
（NH₄）₂SO₄＋Ca（OH）₂＝CaSO₄＋2NH₃＋2H₂O
    逆流洗涤得的洗水可返回磨矿作业或吸收塔。此工艺铜浸出率达90%左右，与原浮选流程比较，至获得电铜的铜止，总回收率可提高10%以上。
    氨浸出法提铜，从原理上来说并不复杂，在实验室内的单元试验中确实取得了良好的指标。但要把这一方法作为一种大规模生产的工艺，就需要一套庞大而复杂的设备，才能实现。100t/d规模的半工业试验表明，存在2个困难，一是不能实现长期稳定运转；二是实际生产指标与单耗指标与相应的理论指标相差十分悬殊。
    二、还原焙烧－氨浸法
    国内某厂采用还原焙烧－氨浸法处理氧化脉锡矿选厂重选含铜尾矿，铜矿物主要为呈微粒包裹体或离子状态在于氧化铁中的结合铜，这种结合氧化铜约占总铜的70%，尚有少量的砷钙铜矿和微量的孔雀石、蓝铜矿。脉石主要为方解石，其次为石英。
    从矿石性质可知，该尾矿不宜酸浸或浮选，浮选回收率仅30%左右，采用离析法需消耗大量食盐，且产品需进一步处理。常温常压下直接氨浸，铜的浸出率小于20%。160℃时热压氨浸时铜的浸出率为75%左右。若采用还原焙烧－常压氨浸，铜的浸出率达88%左右，且焙烧可改善锡的可选性，锡的回收率可提高6%～7%。
    焙烧过程为，锡得选含铜尾矿水采水运至浓缩机脱水，底流送回转窑干燥至含水量小于5%，然后与占矿石重4%的褐煤粉混合在750～850℃条件下回转窑中进行还原焙烧，使矿石大部分结合铜转变为游离氧化铜，少部分被还原成金属铜：
3（CuO·Fe₂O₃）＋C＝3CuO＋2Fe₃O₄＋CO
3（CuO·Fe₂O₃）＋4CO＝3Cu＋2Fe₃O₄＋4CO₂
    还原焙烧窑为顺流操作。窑尾有几米长的冷却段，焙砂用螺旋运输机送至骤冷槽与返回的贫铜氨液调成液固比（2～3）:1的矿浆，用泵送至机械搅拌充气涡轮浸出槽进行浸出。
    浸出分三段进行，每段浸出后进行固液分离，最后进行四级逆流洗涤，固兴分离和逆洗均在浓缩机中进行。浸出温度为45～50℃，浸出剂含氨65g/L、二氧化碳40g/L，浸出时间3.5h。洗涤后的底流送选矿回收锡、铁。浸出后的富铜氨液送蒸氨沉铜，得铜含量约65%的氧化铜。蒸氨产生的氨、二氧化碳气体经冷凝吸收后返回浸出作业。
    三、氨浸―硫化沉淀―浮选法
    氨浸―硫化沉淀―浮选法是在加压浸出过程中，加元素硫（硫粉），在氧化铜矿物被NH₃－CO₂溶解后，立即又被沉淀为硫化铜。矿浆不经过固液分离而直接进行蒸馏，在回收了NH₃和CO₂之后，沉淀的“人造硫化铜”和矿石中原有的自然硫化铜一并用常规浮选法回收，产品为浮选精矿。其原则流程如图2所示。 
图2  氨浸―硫化沉淀―浮选原则流程图
    与全氨浸流程相比，该法具有如下优点：
    （一）原矿中的硫化铜矿物不需要氧化浸出，仍可保持其自然状态而随后与人造硫化铜一并浮选。这就简化了浸出工序中原有的氧化过程。
    （二）省去了庞大的固液分离工序。这不仅大大简化了流程，减少了设备，避免了固液分离过程中铜和各种试剂的损失。
    （三）由过去的溶液蒸氨改为矿浆直接蒸氨，热耗减少，蒸馏塔结疤问题也大为缓解。
    不足之处是最终产品为铜精矿。东川矿务局汤丹氧化铜矿的小型及工业试验表明，对于氨浸－硫化沉淀－浮选法的基本条件是：矿石粒度为55%（－200目），液固比1:1，浸出温度140℃，NH₃和CO₂浓度分别为5N和2.5N，浸出时间2～3h，硫量为理论量的半工业试验结果对比情况见表2所示。从表中看出，氨浸―硫化沉淀―浮选工艺确实取昨了突破性进展，铜回收率提高17%，精矿品位为原来一倍半。
表2  汤丹难选氧化铜矿氨浸－硫化沉淀与常规硫化浮选指标对比

工 艺	原矿品位/%	精矿品位/%	尾矿品位/%	铜回收率/%
氨浸―硫化沉淀―浮选常规硫化浮选	0.6250.595	25.4510.09	0.0620.167	90.3673.09

    四、离析－浮选法
    离析－浮选是将难以用传统的单一浮选处理的矿石（渣）先进行热处理，使其化学组成及物理结构向着有利于浮选的方面发生彻底的变化，然后用浮选硫化矿的方法将其有价金属及其矿物与脉石分开。