化学选矿工艺及发展 刘建鑫

资源加工与生物工程学院

文 献 综 述

题目: 化学选矿工艺及发展

专业:矿物加工工程

姓名: 刘建鑫 班级: 1102 学号: 03051106110

化学选矿工艺及发展

摘要：随传统矿产资源的日益减少,资源形势的不断恶化与选矿成本的不

断增加,人们不得不面临资源开发与可持续发展这一问题。而要解决这一问题,原来得不到开发的众多贫、细、杂物料必需资源化,而这需要与此相适应的资源开发技术;同时,为合理开发利用矿产资源,适应经济发展的需要,抵御市场价格的冲击,也迫切需要生产程序的简化,以降低选矿生产成本,提高劳动生产率,增加企业的真正效益,单纯依靠传统的选矿方法难以达到这一需要,化学选矿的地位因此而变得日益重要。近几年来,在化学选矿这一重要领域以及其与传统的选冶方法相结合方面都取得了更为明显的进展。

关键词：化学选矿 溶浸 萃取 发展 前景

l溶浸、萃取工艺的发展及工艺本身的特点

1.1溶浸、萃取工艺的发展及基本内容

由于矿产资源的不再生性和金属消费量的不断增长,其大规模的开发势必造成矿山后期的开采品位逐年下降,生产成本上升。70年代末和50年代初,铜价下跌到65美分/磅左右(当时其生产成本为75美分/磅),致使很多矿山关闭或不定期关闭。为此,采取提高出矿品位、裁减雇员、减少原材料消耗等,但这些措施对降低成本作用有限。同时,由于资源开采的需要,一些低品位矿、尾矿、表外矿,甚至一些中国有色金属工业总公司工程师北京些废矿坑、难以开采的矿脉都需要处理,用普通选矿方法及火法冶炼处理这些物料显然是不合算的。另外,环境保护的要求日益严格(如美国规定厂区内的二氧化硫平均浓度要小于0.02ppm),而有些物料常常是单纯火法冶炼所不能奏效的。以上种种原因,促进了科学技术的发展,迫使生产工艺简化。人们从矿坑含金属离子废水及自然露天矿堆渗出废水中受到启发,尝试用人工添加化学浸出剂而加快金属离子的浸出,这促进了化学选矿的发展。

目前矿石浸出主要有两种形式:

1、渗滤浸出(包括堆浸、槽浸、矿体就地浸出,原矿破碎后浸出、池浸、地下堆浸、原地核爆破浸出、薄层浸出、加温加压浸出、细菌浸出或微生物浸出)。2、搅拌浸出(包括充气搅拌、机械搅拌)。化学浸出方法有酸法、碱法、盆浸、氰化、水浸、有一机试剂浸出法。

常用的浸出剂有硫酸、盐酸、氯化物、氰化物、碱性按盐、水等。目

前,国外浸堆物料已达亿吨级,溶剂萃取工厂中以铜的生产规模最大,萃取段级数为2、4级,反萃段级数2、3级。 1.2溶浸、萃取工艺的优点

二次世界大战以来,传统的浸出一沉淀一置换方法逐渐被新型的溶剂萃取技术所取代。1942年建成并投产了世界上第一座具有二次世界大战以来,传统的浸出一沉淀一置换方法逐渐被新型的溶剂萃取技术所取代。1942年建成并投产了世界上第一座具有·38·商业性质的溶剂萃取精制铀的工厂,1945年又发展了磷酸三丁醋(TBP),第一座从铀矿浸出液中萃取提铀的工厂于1956年投产。1968年世界第一座采用堆浸一萃取一电积工厂在美国兰彻斯·兰鸟铜矿(Bluebird)投产。此工艺在美国发展尤甚,70%的矿山采用这一技术,以化学浸出法生产的金属占美国年产金属量的比例:铜约占1/3、金占1/3、银占1/4。化学选矿工艺的发展如此之快,自有其独特之处:

(1)从指导思想上引发了对“资源”的重新认识。美国西南部的一些矿山,应用此工艺处理的物料一般含铜0.2%左右,最低的仅有0.03%,而我国铜矿设计圈定最低边界品位为0.3%。随着科学技术的发展和市场经济效益做为评价主要标准的变化,一些原来的理论和规范受到冲击,这必将拓宽矿物工程的思路,推动选矿生产工艺的简化,也会促进矿山规划、设计范围固定模式的更新。

(2)简化工艺过程,从根本上降低生产成木。由于堆浸规模的扩大和选矿工艺的简化,大幅度降低能耗、原材料及设备费用、人员减少,有利于生产管理,提高劳动生产率。

(3)打破入选品位的概念,提高资源利用率,消除废弃物的污染。溶浸工艺不仅应用在新建低品位矿山,而且可以用在老尾矿、废弃矿、露天排土场、废石堆、地表氧化矿、难选矿、井下丢弃矿石等,场地可选在露天堆存,亦可选用原露天废坑,或利用井下坑道,因而对入选品位要求不严。应用该工艺能有效防止金属离子对环境的污染。

(4)整体投资降低,建设周期缩短。现行常规工艺的单位成本约占2300、2500美元/t电铜,而应用溶浸工艺的生产成本只有1300、1500美元/t电铜;采选矿山建设周期要3年以上,冶炼厂建设周期也在2年以上,而新工艺只建简单的厂房,不受规模控制,整个工程的投资综合分析可减少70%。 1.3溶浸工艺目前的一些局限性

(1)溶浸是一个长期过程,它受矿石J性质和浸出剂的渗透速度影响较大,也与浸出方式有关,氧化矿浸出速度较快,硫化矿浸出较慢。细菌浸出则是缓慢的氧化分解过程。如黄铜矿浸出率10%。溶浸过程的长期循环中,某些杂质也会慢慢积累,某些技术问题还需解决。

(2)溶浸受地理环境的影响。因有些溶浸是在露天进行,温度和降雨量影响较大。温度适宜,有利于细菌的繁殖,加速氧化过程,浸出速度快,浸出率就高:适当的雨量,可以加大渗透系数,浸出速度也会加快。反之,温度过低就会结冻,过多的雨量会造成矿堆的滑坡(严重的会造成泥石流),形成更大的环境污染。对原地浸出来说,底板情况决定着浸出液的收集和处理,水文地质起着很大作用。

(3)矿石的物理化学性质决定着化学浸出率的大小。每个矿山的矿石性质各不相同,矿石块度亦不一样,尤其是氧化矿石中常常含有许多粘土和高岭土,‘白们的渗透率低,阻止浸出液的渗透,极大地影响着浸出效果。矿石的适当块度会产出合理的浸出率(相当于回收率)。酸类溶浸(包括就地浸出)对矽卡岩型矿床、含碳酸盐较高的矿床及钙镁碱型矿石类型矿床是不适用的,因为酸类浸出剂消耗量大,并使浸出液中含有大量的钙镁离子,对萃取工艺有影响。

(4)溶浸、萃取工艺目前仅适用于单一的金属矿石。同常规浮选不同,由于浸出剂品种的限制,某些伴生有价元素浸出效果不佳,资源得不到综合利用。对多金属矿(伴生矿)要综合考虑。

(5)该工艺的一些配套问题。如浸出剂、萃取剂、耐腐蚀材料的研究等。

2化学选矿(溶浸、萃取工艺)在我国的发展过程

2.1工艺方面的试验研究

国内化学选矿曾在50年代末和60年代初期兴起过一股热潮。许多单位都进行过细菌浸出、氨浸处理氧化铜矿(东川矿务局)以及铜精矿焙烧浸出的试验研究,并建起了几个硫化铜精矿焙烧一浸出一电积工厂(称马坝流程),这些工厂的产铜量曾占全国产量的0.8%。由于工厂规模小,经济上不合算,特别是废酸溶液当时还没有合适的处理方法,萃取剂价格昂贵,致使小厂先后关闭或转产。细菌浸出在一些小矿山还有应用,产量也极低。70年代后期,国内先后建成了一批半工业试验工厂。

2.2浸出剂、萃取剂的研究

浸出剂一般为酸类、碱类、氨类、盐类、氰化物等。萃取剂的研制也有进展,上海有机所研制成功铜萃取剂Nslo(类似国外Lix65N)和N530(一种萃取容量更大的铜萃取剂)。广州有色金属研究院研制了o一3045(类似于国外Lix64)。核工业部五所研制成功了7801到7Ro4系列萃取剂(与国外SME一529即Lix84相似)。目前国外使用较多的P5100类萃取剂也在上海有机所研制成功。2.3设备的研制,同国外相比之下较为落后目前除北京矿冶研究总院研制的浅池式混合澄清萃取箱在工业应用外,其它如双混合室混合澄清萃取箱等,都还在小规模的应用中。配套设备的研制正在进行。

3常用有色金属的化学选矿

3.1铜的酸浸出

从废铜矿、贫铜矿、氧化矿或浮选尾矿等物料中溶浸铜是目前铜溶浸处理的主要对象。张峰等[1]介绍了针对铜矿峪铜矿难采难选低品位氧化铜矿石和自然崩落法采矿塌陷区含铜废石,采用地下溶浸工艺对铜资源进行回收,生产出了高质量阴极铜。庞海霞等[2]针对低品位氧化铜,采用/破碎-酸浸-析铜0工艺生产铜,矿样中铜浸出率达85%~95%。

胡善友[3]对新疆哈密地区某地两种不同类型的小型氧化铜进行稀硫酸浸出和铁屑置换海绵铜的试验,浸出率分别达到了94%和85%,置换率分别达到99%和96%,浸出置换效果差别明显,可比性较强。冯月斌[14]等研究了用酸性乙腈-硫酸铜体系从辉铜矿中提取铜,试验结果表明,当温度为53~54e、盐酸体积分数为10%、乙腈体积分数为60%、Cu(ò)的量稍大于矿样中的含铜量时,仅需2h,铜浸出率可达95%。为提高铜的浸出率,张泽强[5]等在用硫酸浸出硫化铜精矿前,用纳米TiO2光催化剂,在日常照射下对铜精矿进行氧化预处理。当矿浆pH值为5左右时,通过充入适量氧气进行20h的氧化预处理,铜的浸出率可由43.66%提高到89.00%。在适当条件下,TiO2光催化剂可使黄铜矿氧化。

蒋俊洋[6]等采用氧气催化氧化酸浸硫化铜精矿,加入0.2mol/L催化剂和2.0mol/L氯化钠,3mol/LH2SO4,液固比(L/S)5B1,85e,浸出6h,浸出率达98%以上。B.A.巴甫洛夫斯基[7]等对矿物成份复杂的低品级氧化-硫化铜精矿进行氧化-硫酸化焙烧,硫酸浸出和水解净化提取铜,半工业试验结果表明,氧化-硫酸化焙烧温度以500e为最佳,此时,不仅铜的浸出率高,而且浸出时生成的亚铁酸盐量少,浸出液中含有一些难溶的杂质,可以采用石灰和氢氧化钠作中和剂的两段水解净化流程,除去溶液中的铁,铝和硅。

严明英[8]就硫化铜矿浸出的理论基础研究,从热力学角度分析了在硫酸体系中硫化铜矿浸出的可能性,并对浸出过程的机理进行了动力学分析,在此基础上进行力学实验考察各种因素(温度、硫酸浓度、氯酸钠加量及反应时间)对硫化铜矿浸出的影响,确定了浸出的最佳工艺条件。

铜的萃取剂用溶剂萃取-电积法(SX -EW)生产铜,是有色金属工业应用溶剂萃取技术最成功的例子之一。由于近几年来高效萃取剂的发展,萃取容量增加、速度提高及反萃效率的改善,萃取及反萃作业的段数已减少为逆流萃取二段、反萃一段,从反萃作业得到的有机萃液可直接返回萃取作业,而富铜电解液中混入的有机萃取剂可用浮选法仅添加起泡剂就可回收,因此萃取剂的消耗量可以减少。