中国低品位铜矿的浸出-萃取-电积技术现状与前景

1997年10月　　　GEOLOGICALEXPLORATIONFORNON-FERROUS

METALS　　　

Vol.6,No.5Oct.,1997

中国低品位铜矿的浸出

-萃

取

-电

积技术现状与前景

王成彦　詹惠芳

(有色总公司北京矿冶研究总院冶金室　北京　100044)

摘　要　采用浸出-萃取-电积工艺处理难选低品位氧化铜矿,可产出高质量的

#1阴极铜。本文对该工艺在中国的应用情况及投资和效益等作了简单的阐述。

关键词　湿法炼铜　低品位铜　溶剂萃取

铜的浸出-萃取-电积(L-SX-EW)技术于1968年在美国亚利桑那州蓝鸟(Bluebird)公司首次实现了工业应用,近年来取得了长足的发展。我国第一个铜浸出-萃取-电积试验工厂于

1983年由我院设计成功并在海南投入运转,但在此后的近10年间,这项在低品位铜矿的处理中极富发展前途的技术并未在我国铜冶金工业中发挥实质性的作用。直至90年代,由于引进了国外特效铜萃取剂及浅池式混合澄清器的开发成功,我国铜溶剂萃取技术才取得了较大进展,生产能力已接近2万吨/年。近几年的发展表明,它所具有的低投资、低成本、高效益、无污染以及所处理的是传统选冶工艺不能经济回收的铜资源的特点,使其在我国铜工业生产中占据了重要一席。

1　国内L-SX-EW工厂的特点及概况

低品位铜矿包括难选低品位氧化铜矿、氧化-硫化混合矿、低品位硫化铜矿及含铜废石等铜资源,用传统选冶工艺无法经济处理回收。这类铜资源在我国的分布很广,具有矿床分散、点多、量少的特点,被以往勘探工作忽略或被列为呆矿,储量不清。这决定了我国铜溶剂萃取工厂的规模以中小型为主的特点。我国又是一个铜紧缺国家,铜的自给率约50%左右。据预测,到2000年我国铜的需求量为140万吨。按目前的生产水平推测,届时铜的缺口将达60万吨。国内阴极铜的短缺及铜市场的刺激,促使国内众多L-SX-EW厂蓬勃发展。目前,在中国的云南、山西、江西、甘肃、四川、黑龙江、山东、及广西等省区,都建有铜的溶剂萃取工厂,工厂规模较小,年产阴极铜200～500t。近年来生产规模有所扩大,几个1000t/a以上的L-SX-EW铜厂相继建成投产,最大的已达3000t/a。下面就国内L-SX-EW铜厂的一些特点做简单的介绍。1.1　浸出(Leaching)

采用各种化学试剂、运用不同的方式将铜矿石中的铜和其它有用成份溶解出来的过程称为“浸出”。经过浸出,铜与脉石分离进入溶液。浸出方式有堆浸(heap)、废石堆浸(dump)、细菌浸出(bacteria)、原地浸出(inplace)、就地溶浸(in-situ)和搅拌浸出(agitation)等。

国内L-SX-EW工厂的矿石浸出随矿石性质的不同主要采取了以下几种方式:槽浸、搅拌浸出及堆浸,其中堆浸以其投资低、管理方便而被普遍采用;搅拌浸出铜的浸出速度快,浸出率

　1997-07-18收稿。

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较高,但由于存在液固分离及浸出渣洗水的处理问题,因此必须和堆浸相结合,使生产用水保持平衡。如云南广通选冶厂(1000t/a),1993年1月投产,处理砂岩型氧化铜矿,堆场占地面积约4万平方米,目前矿石堆高已达四十多米。云南洱源铜厂(200t/a)和云锡马拉格铜厂(500t/a),由于矿石中铜含量较高(>3%),为了缩短铜的浸出周期,采用先槽浸而后槽浸渣再堆浸的方式。云南元江湿法炼铜厂(200t/a)和元江甘庄白龙厂(1000t/a),由于处理的是土状氧化铜矿,矿石含铜0.5%～2.0%,因此采用制粒堆浸和搅拌浸出的方式,对一部分含铜较高的土状铜矿,采用搅拌浸出,大部分矿石经圆筒制粒机制粒后由皮带送至堆场筑堆,固化后喷淋浸出;搅拌浸出渣的酸性含铜洗水作为堆浸的补加水返回浸出。黑龙江多宝山铜矿L-SX-EW厂(200t/aCu),1995年5月投产,由于其所处的地理环境和气候较为恶劣,冬季最低气温达零下38℃,为了保证冬季正常生产,在堆浸方式上采用夏季喷淋、冬季灌浸的办法,很好地解决了室外堆场冬季防冻的技术难题,至今生产正常。目前,多宝山铜矿正在设计建设年产1500t铜的L-SX-EW厂,预计1998年10月投入运转。

1.2　溶剂萃取(SolventExtraction)

用特效的有机化合物(萃取剂)从浸出液中选择性地把铜提取出来与其它杂质分离,并经反萃使铜得以富集,得到纯度和浓度都符合电积要求的铜溶液的过程称为“溶剂萃取”。

国内铜L-SX-EW工厂常用的萃取剂有两种:德国汉高公司生产的Lix系列如Lix984及Lix984N和英国捷利康公司生产的AcorgaM.50,这两种萃取剂都是铜的特效萃取剂,具有铜铁分离系数高、分相速度快、水溶性小等特点。稀释剂一般用国产的高质量灯用煤油,有机相浓度一般保持在7%～10%(V/V)。萃取工艺的关键设备萃取箱大都采用我院自行设计的浅池式混合澄清器。根据规模的大小,萃取箱又分为单混合室和双混合室,处理的溶液量从10m3/h～180m3/h不等。浸出液一般含铜1～2g/L,经二级萃取进入缓冲池和气浮池,浮油处理后,流入萃余液池,补酸后返回浸出。萃余液含铜<0.1g/L,萃取回收率>95%。负载有机相用贫电解液一级反萃再生后流入有机相储槽返回萃取。反萃获得的富铜液经缓冲池和气浮池浮油处理、砂滤池砂滤后进入电解液储槽,泵入电解槽生产阴极铜。萃取过程一般控制条件如下:萃取相比O/A=1;反萃相比O/A=2～4;混合停留时间3min;澄清速率3～4m3/m2

h。

在北方高寒地区的L-SX-EW厂,考虑到解冻时,由于堆场积雪和冰冻层溶解使溶液量突然增大,浸出液铜含量降低(<1g/L),导致萃取能力下降而影响生产,故需增开一级萃取,以弥补萃取的不足。

1.3　电积(Electrowinning)

经萃取和反萃取获得的纯净硫酸铜溶液采用不溶阳极电积技术使铜在阴极析出,获得高质量的国标1阴极铜的过程称为“电积”。电积后的贫电解液返回萃取工序作为反萃剂,重新得到高浓度的富铜电解液。

电解槽采用串联方式分成两排,溶液流向为上进下出式,不溶阳极一般选用Pb-Ca-Sn合金,阴极为纯铜始极片(在种板槽由不锈钢种板生产),直流供电根据工厂规模,可选用硅整流器和可控硅整流器。电解过程控制条件如下:电流密度100～150A/m2;电解液温度≥20℃;槽电压1.8～2.2V;电流效率95%;电积回收率99.5%;直流电耗2000kWh/tCu。为改善阴极表面质量和保护阳极,电解液添加植物胶和硫酸钴。为了避免电解槽酸雾逸出污染环境,电解槽面覆盖一层厚约10mm的高压聚乙烯粒料。304

#

2　国内L-SX-EW工厂的投资概况及经济效益

自1983年我院设计投产国内第一个氧化铜矿的浸出-萃取-电积厂至今,尤其是90年代以后,我们已先后设计并投产了四十几家L-SX-EW工厂,其规模为100～3000t/aCu不等,均取得了良好的经济效益和社会效益。由于该工艺投资少,加之国内人力资源充足,劳动力低廉,所以一个个难以想象的小规模铜厂能建立起来并富有生机。

2.1　投资概况

由于L-SX-EW厂从矿石到阴极铜生产流程短,工艺简单,中间环节少,且生产过程基本实现了闭路循环,材料消耗少,基本无“三废”外排,无需特殊的环保措施,因而投资省、成本低。国内大多数L-SX-EW厂紧靠矿山,露天采矿或买矿,矿山投资所占比例很小,辅助设施投资也很少;由于工厂以中小型为主,设备总装机容量小,国内多数地区都能满足其电力要求,无需增加过多的投资;生产用水量很小,供水问题不大;堆场底垫用塑料薄膜,萃取箱、电解槽、溶液池均用聚氯乙烯(PVC)制作或衬里,多数管道、阀门也用PVC制品,节约了投资;更为重要的是国内富裕而低廉的劳动力和国内阴极铜的短缺及铜市场的刺激,使近年来国内L-SX-EW厂得以蓬勃发展。

根据我们建厂的经验,L-SX-EW厂的单位投资0.8～1.2万元/tCua。北方由于冬季气候寒冷,需增加供暖设施和解决溶液结冰问题,因此投资较南方要高一些;另外单位投资也和工厂规模有关,规模越大,单位投资比例越低。表1列出了一个1000t/aCu的L-SX-EW厂的投资概况。

表1　某1000t/aCuL-SX-EW厂投资概况

Table1　InvestmentofoneL-SX-EWplantwithcapacity1000tCuperyear

序号

工程费用

123456

生产设备

1234

技术费不可预见费

合计

项目名称土建给排水供电工艺设备及设施工艺管道及阀门

仪表萃取剂煤油硫酸阳极

12.015.0

建筑工程100.0

5.020.0200.0120.05.0

50.010.0

设备

安装工程

(万元)

总价值100.05.020.0250.0130.05.0110.012.015.075.040.050.0812.0

2.2　经济效益

表2列出了某1000t/aCu工厂的原辅材料及成本构成情况。

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表2　某1000t/aCu工厂的原辅材料消耗及成本构成Table2　Consumptionofrawandauxiliarymaterialsandcostforone

metallurgicplantwithcapacity1000tcopperperyear

序号

矿石辅助材料

1234

动力、水

12

工资福利折旧维修管理费合计

硫酸萃取剂煤油其它电水

3500kWh/tCu0.60元/kWh30t/tCu70人

0.5元/t500元/人月

项目名称

单耗119t/tCu5.0t/tCu4.0kg/tCu100.0kg/tCu

单价35元/t600.0元/t150.0元/kg3.0元/kg

单位成本(元/吨铜)占有率(%)

4165.03000.0600.0300.0100.02100.015.0420.0500.0200.0200.011600.0

35.9125.865.172.590.8618.100.133.624.301.731.73100.00

矿石品位以1.2%计,金属回收率以70%计

从表2可看出,采用溶剂萃取的工厂,所用材料药剂不仅种类少,单耗也小,所以成本低。在成本构成中,主要项目依次是矿石费用、硫酸费用、电费、萃取剂消耗量、工资福利等。这些成本项目每个厂的情况不太一样。矿石费用主要与矿石开采条件、当地矿石供需情况、矿石品位

及可浸性等有关,一般来讲,矿石费用不会超过6000元/吨铜;硫酸费用包括两个方面:酸耗和酸价,酸耗主要与矿石性质有关,一般碱性脉石及铁、铝的含量越低,酸耗也越低;酸价随地区的变化较大,如云南省,酸价曾上涨至960元/吨,而同期山西的酸价仅400元/吨;电耗一般变化不大,但随浸出方式等因素的变化而有所变化,如搅拌浸出,其电耗略高;萃取剂消耗量很大程度上取决于工厂的管理水平,应尽量避免溶液的跑、冒、滴、漏。如云南广通L-SX-EW厂,其萃取剂消耗量仅2kg/tCu,而有的厂则高达7kg/tCu;工资福利和管理费主要与地区收入水平、人员的多少、工厂的规模及管理状况等有关。

3　其它铜资源的利用与发展前景

3.1　高碱性脉石高结合率低品位氧化铜矿的利用

这类铜矿在我国的云南、四川、、广西、内蒙古和甘肃等地都有分布。如云南东川汤丹氧化铜矿、云锡卡房氧化铜矿和四川乐山氧化铜矿,脉石中CaO+MgO高达20%～40%以上,且呈结合态的氧化铜也高达40%,采用常规的酸浸工艺,不仅耗酸量大、经济上不合理,同时由于酸浸时生成大量的硫酸钙易使矿堆板结,不利于溶液的渗透,因此应考虑以氨浸为主。

由于氨易挥发,因此目前工业上氨性浸出工艺,普遍采用密闭搅拌浸出的方式以降低氨的挥发损失。对这类含铜较低的铜矿,直接采用搅拌浸出,不仅需增加磨矿工序,而且氨浸浸出尾矿的过滤、洗涤和堆存问题都需解决,同时工艺过程也需解决水的平衡问题,蒸氨在所难免。对这类铜矿采用搅拌浸出在经济上并无优势可言。氨性堆浸,首先要解决氨的挥发问题。由于矿306

石是露天堆放,浸出液无法密闭,采用常规办法,氨挥发损失必相当惊人,对环境也会产生很大污染。我们在大山口氧化铜矿和云锡卡房氧化铜矿的氨堆浸试验研究中取得了很大进展,不仅有效解决了氨的挥发,同时在浸出过程中通过添加活化剂,使铜的常规氨浸浸出率有了很大提高。

3.2　铜矿山表外矿、含铜废石、废水和残存矿柱中铜的回收

这些废弃的铜资源在我国的各大铜矿山都有分布,并将成为我国铜萃取工厂潜在发展的主要地区。如江西德兴、甘肃白银、湖北大冶、山西中条山四大铜矿山,其废弃的表外矿和含铜废石中,金属铜的储量高达数百万吨。这些表外矿、含铜废石中的铜多以伴生的硫化矿物形态存在,含铜量小于0.2%。对这类铜资源可采用细菌浸出和就地浸出相结合的方式,直接在废矿堆上进行喷淋浸出,同时在浸出时通过对铁硫杆菌的培养和繁殖,提高铜的浸出回收率。由于省去了矿石费用和运输费用,经济效益将非常可观。如1993年建成投产的江西武山铜矿L-SX-EW厂(200t/aCu),主要用来处理武山铜矿井下的含铜废水,不仅有效解决了废水中重金属离子对环境的污染问题,合理地回收利用了资源,也取得了很好的经济和社会效益。3.3　高海拔及高寒地区铜资源的开发

近几年,国内L-SX-EW厂主要集中于气候温和、交通便利的云南省部分地区,我国冬季气候寒冷的北部高寒地区和交通不便的高海拔地区如东北、西北、西南地区,发展则比较缓慢。这些地区由于冬季气候寒冷,冻土层厚达1.5m以上,传统的喷淋堆浸方式无法进行;另外这些地区季节温差大,PVC管材的伸缩性较大,采用一般的安装方式,管子破损严重,损耗量极大,发生突然停车事故时,常有管子受冻堵塞的情况,致使生产无法正常进行。我们设计的黑龙江多宝山铜矿L-SX-EW厂(200t/aCu),经过两年多的生产实践,解决了生产中出现的诸多问题,积累了丰富的经验,为在高海拔及高寒地区推广L-SX-EW技术打下了坚实的基础。

4　结语

采用浸出-萃取-电积技术从低品位铜资源生产阴极铜,具有投资少、成本低、效益好、无污染等优点。该技术拓宽了可利用的铜矿资源的范围,使得以往未能有效开发利用或视为无用的低品位铜资源得以开发利用,并能产生良好的经济效益和社会效益,具有很好的发展前途。THECURRENTSITUATIONANDPROSPECTOFLEACHING,EXTRACTINGAND

ELECTRODIALYSISFORLOW-GRADECOPPEROREOFCHIAN

WangChengyan　ZhanHuifang

(BeijingInstituteofMetallurgy,CNNC,Beijing,100044)

#Abstract　Thehighquality1coppercouldbeyieldedatcathodewhenleaching-extracting-electrodialysistechnique

wasadopedfortreatmentofdifficultly-dressinglowgradeoxidizedores.Theinvestmentandefficientofthistechniqueanditsprospectaredescribed.

Keywords　wetmetallurgyofcopper;lowgradecopperore;leachingbysolvent

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