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1、第38章 化学选矿年评罗仙平；冯博；梁长利（江西理工大学）在工业快速发展的今天，矿产资源作为国民经济建设的重要物质基础，提供了我国80%以上的工业原料，支撑了我国70%以上GDP的运转。随着矿产资源被大量开采利用，富矿和易处理的矿石资源日趋减少，如何经济高效的利用品位低、组成复杂的矿石已经成为我们正面临的挑战。对于此类矿石，传统的选矿方法往往难以获得较好的选别指标，因此化学选矿的地位变得日益重要。近几年来，针对不同的矿产资源，化学选矿这一重要领域以及其与传统选矿方法结合方面都取得了显著进展。38. 1、常用有色金属的化学选矿38.1.1浸出-萃取-电积法提铜工艺浸出-萃取-电积法提铜工艺是20
2、世纪60年代以后发展起来的一种湿法炼铜方法，主要用于处理氧化矿、硫化矿废矿和低品位矿。自1968年第一座铜萃取工厂在美国亚利桑那州兰乌公司建成投产以来，此方法得到迅速发展，现已在美国、加拿大、智利、南非等国家普及。在中国，该炼铜工艺在20世纪90年代也得到普遍推广。浸出-萃取-电积工艺是将铜矿石（或其他含铜物料）在浸矿剂中进行酸性浸出，然后用特效的萃取剂从浸出液中选择性地萃取出铜，再通过反萃剂将铜富集到满足电积要求的电解液中，电积生产出高纯度的阴极铜。下面就近年来铜矿石溶浸技术与铜的有机萃取的发展两个方面作简要评述。38.1.1.1 铜的浸出 浸出是用浸矿剂将铜矿石（或其他含铜物料）中的铜溶解
3、进入溶液的过程。王晓冬等针对铜的强化浸出过程，介绍了多种可能的强化浸出方法，包括氯介质浸出、生物浸出以及添加辅助剂浸出，重点阐述了生物强化浸出黄铜矿的研究，指出添加活性炭强化生物浸出黄铜矿能够克服浸出过程中存在的钝化现象，是解决黄铜矿浸出速度缓慢的有效方法1。朱磊等采用碳铵浸取-置换沉积方法回收废杂铜，考察了浸取时间、氨水浓度、碳酸铵用量、催化剂用量对浸取效果的影响，并讨论还原剂用量、置换时间及搅拌速度对沉积过程的影响。结果表明，在最优条件下，铜、锌的浸取率分别达到93.12%、95.03%，而伴生元素留在滤渣中；二段置换沉积过程中，在最佳工艺条件下，能够制备出产品纯度和附加值高的铜粉和七水硫
4、酸锌，铜的回收率达到98.3%，该工艺具有操作简单、生产效率高、成本低、无污染等特点2。李小燕等根据电化学原理，进行了活性炭催化低品位原生硫化铜矿石酸浸效果的研究。结果表明，添加活性炭可以大大加快铜的浸出速度并提高铜浸出率；初始活性炭质量浓度为5.0 gL-1时，最有利于铜的浸出；浸出240 h后，铜浸出率达到83%，比不添加活性炭时提高近80%3。陈庆根等研究了树脂种类、树脂高度、吸附时间以及吸附流速对铜矿浸出渗透液的吸附能力，考察了解吸剂浓度以及解吸剂流速对解吸效果的影响，结果表明采用11624树脂回收铜是可行的4。Panda等人进行了某铜渣的生物浸出研究，工艺矿物学表明铜渣中的铜与磁铁矿
5、、铁橄榄石呈浸染状存在，采用铁/硫氧化细菌从铜渣中浸出铜，铜的回收率可以达到92%96%5。谭兴林等对广西来宾冶炼厂铜镉渣中的金属铜、镉、锌的浸出行为进行了研究，采用成本较低的空气和二氧化锰做氧化剂促进铜的浸出，在最佳工艺条件下，铜、镉的浸出率可以达到97%以上，锌的浸出率在99%以上6。赵思佳等采用硫酸为浸出剂对氧化铜钴矿进行浸出，在硫酸加入量为氧化铜钴矿质量的12.5%，氧化铜钴矿粒度为-74m占87%，浸出温度80，浸出液固比2:1条件下浸出2 h，铜浸出率为89.26%，钴浸出率为78.69%7。马建业研究了云南汤丹高碱性低品位氧化铜矿尾矿在NH3H2O-(NH4)2CO3体系中的浸出
6、行为，考察了浸出时间、反应温度、液固体积质量比、总氨浓度及NH4+/NH3、氧化剂用量、氧化剂添加顺序、氧化时间等因素对铜浸出率的影响，在最优条件下铜的浸出率可以达到72.3%8。吴跃东等采用氧化焙烧-酸浸法从铜浮渣中提取铜，考察了液固比、硫酸浓度、反应时间和浸出温度对铜浸出率的影响，在750条件下氧化焙烧2h，在液固比为5、硫酸浓度20%、90条件下浸出2h，铜浸出率可以达到99.35% 9。布鲁特等人进行了从土耳其Kure地区堆存的老铜渣中回收铜和钴的研究。所研究的铁橄榄石类型的堆存老铜渣含有1.24% 的Cu、0.53% 的Co和51.63%的 Fe，采用铜渣浮铜，浮选尾矿与黄铁矿一起焙
7、烧，焙砂浸出工艺，在浮选阶段获得的铜精矿品位为11%，铜回收率为77%，浮选尾矿的钴回收率为93%，将黄铁矿与铜渣按重量比3:1在500温度下焙烧1h，钴的溶解率为87%，铜的溶解率为31%10。38.1.1.2 铜的萃取用溶剂萃取-电解法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。有人甚至认为，这是过去100多年以来铜回收技术的重大成就之一。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加起泡剂就可以回收，因此萃取剂的消耗
8、量可以减少。以下就铜的萃取剂近几年的发展做一些介绍。裴世红等概述了湿法炼铜中常用的铜萃取剂种类，主要包括：肟类、-二酮类、三元胺类和复配类等。肟类主要包括酮肟和醛肟，复配类主要是酮肟和醛肟的复配、酮肟复配、肟与-二酮的复配以及肟与其他化合物的复配11。刘清明等介绍了五种羟肟萃取剂的结构、性能及使用情况，比较了LIX系列与Acorga系列，前苏联和我国合成的萃取剂的萃取性能，探讨了羟肟萃取剂分离Cu/Fe的作用机理，阐述了选择萃取剂的原则12。Katarzyna等研究了新型萃取剂醛肟试剂对二价铜离子的萃取效果。结果表明，经过改进的醛肟试剂比未经改进的水杨醛肟、酮肟混合物性能更加优越13。黄淑芳等
9、采用高效铜萃取剂AD-100对两种复杂料液进行萃取除杂，反萃液铜可富集到约40 gL-1，杂质含量低，总萃取效率约95%，总反萃效率约97%，获得的高品质的硫酸铜溶液可用于生产硫酸铜或铜粉产品，增加了效益14。朱萍等对N902萃取剂萃取酸性介质中铜的选择性进行了研究，发现在硫酸介质中效果最好，实现了铜与其他杂质金属的有效分离15。陈爱良等采用LIX984作萃取剂，从含铜铁的生物浸出液中选择性萃取铜。结果表明：对不加铜的初始生物浸出液，在pH大于2.22，相比O/A=1:1，搅拌速度为200rpm，搅拌时间为4min，萃取级数为3级时，铜的萃取率能达到99.8%以上，铜分配比能达到600以上，铁
10、分配比小于1，铜铁分离系数能达到1900以上，同时发现低初始铜浓度及高萃取温度对萃取有利，可见生物浸出液中铜铁能达到很好的分离效果16。吴展等采用高效萃取剂AD-100从粗硫酸镍溶液中萃取回收金属铜，在初始pH值为2.0，相比A/O=3:1，萃取剂体积浓度为25%，萃取时间5min条件下，常温下一级萃取即可回收其中94%以上的铜，铁、镍的萃取率分别低于0.05%和0.01%。对负载有机相进行反萃，结果表明，采用2molL-1的硫酸在相比为1:1的条件下一级反萃可回收95%的铜17。侯新刚等以低品位铜矿的酸性浸出液作为研究对象，研究了M5640和LIX984两种新型铜萃取剂萃取铜分离铁的性能。发
11、现接触时间、pH值、相比的增大都有利于萃取铜和铜铁的分离；M5640选择性萃取铜的能力优于LIX984；当反萃级数为3级，经多次富集，可得到含铜浓度为45gL-1、铁浓度小于0.05gL-1的富铜液，达到生产电解铜工艺的要求18。Panda等采用LIX984-C萃取剂从低品位黄铜矿的细菌浸出液中萃取铜，在相比为1:4，pH值为1.85的条件下，两次定量添加1.5% (v/v) 的LIX 984N-C萃取铜，铜的萃取率高达99%以上19。邓凡政等利用磺基水杨酸作萃取剂，在吐温80-硫酸铵固、液体系中，萃取分离Cu()、La()、Ce()金属离子，在pH=2.0的酸度下，实现了Cu()、La()之
12、间的萃取分离。该方法具有操作简单、方便、快捷等特点，用于金属离子的萃取分离效果较好20。Sengupta等采用LIX 984N-C作萃取剂从富铜浸出液中萃取铜。考察了搅拌速度、表面活性剂浓度、pH值、萃取剂浓度等因素对萃取效果的影响。结果表明，LIX 984N-C在低pH条件下可以高效的萃取铜，该萃取剂不仅可以从低浓度的浸出液中萃取铜，还可以从硫酸浸出液中萃取铜21。徐志刚等研究了Mextral 84H萃取剂萃取铜的性能，结果表明：Mextral 84H萃取剂具有萃取效率高，分相速度快，使用寿命长等特点，可用于从矿石浸出液中萃取铜22。李建等针对某铜质量浓度为25.62gL-1的料液，采用Me
13、xtral系列萃取剂萃取铜。发现MextralR973H对铜的萃取率高达99.22%，萃取液中铜质量浓度降至0.2g/L左右；MextralR973H萃取剂具有分相性能好、萃取能力强、铜净转移量大等优点，可推广应用于从不同含铜料液中萃取铜23。Ahmet等采用醋酸作为浸出剂浸出孔雀石，并使用铝从含有二价铜离子的浸出液中置换回收金属铜。研究表明铜的回收率随溶液浓度、温度、搅拌速度的升高而增大，随着溶液的pH值的增大而减小24。汤启明等合成了一种砒啶羧酸酯萃取剂MextralRCLX-50，用于从酸性蚀刻液中萃取铜。MextralRCLX-50中的有效成分砒啶羧酸酯质量分数为50%，在40条件下从
14、蚀刻液中萃取铜，分相性能较好，萃取铜负载量可达2030gL-1；用水可将负载有机相中的铜反萃下来，反萃取率超过90%25。马致远等采用LIX984N作萃取剂，在萃取剂体积分数30%，相比1: 2，反萃温度30条件下进行萃取-反萃-电积实验，萃取率达99.91%，反萃率达到98.56%，电流效率达到92.59%26。Ge等人在熔化的CaCl2NaCl中利用电还原方式从铜矿石中萃取铜。在电压为 2.2-2.8V的条件下，将烧结成多孔固体颗粒的硫化铜和Cu2S/FeS电解为元素Cu、S 和 Cu、Fe、S，为处理低品位铜矿石提供了一种绿色提取方法27。38.1.2红土镍矿的化学选矿随着可开采硫化镍矿
15、的日益枯竭，采用化学选矿方法高效低成本的开发利用红土镍矿日趋重要。符剑刚等对目前红土镍矿的处理工艺进行了综述，着重介绍了高压酸浸工艺、氨浸工艺、还原焙烧-酸浸工艺、还原焙烧-磁选工艺、还原焙烧-浮选工艺，并展望了各工艺的发展前景28。李启厚等阐述了红土镍矿传统湿法生产工艺及进展，认为硫酸加压酸浸、堆浸和生物浸出等工艺具有浸出率高、成本低、环境污染小等优点，是红土镍矿湿法冶金技术的重要发展方向29。周晓文等介绍了红土镍矿的常见处理工艺，认为火法工艺和湿法工艺中的氨浸法、高压酸浸法存在明显缺点，而常压酸浸法有工艺简单、能耗低、易于控制、投资少等优点，有很好的发展前景30。Kaya采用高压酸浸法从土
16、耳其某难选红土镍矿中提取镍和钴。在浸出温度为255，酸矿质量比为0.30，-850m含量为100%条件下浸出1h，镍的浸出率为87.3%，钴的浸出率为88.8%31。杨玮娇等着重介绍了加压酸浸-常压酸浸工艺（HPAL-AL）。HPAL-AL工艺是指将加压酸浸与常压酸浸结合起来的两段浸出工艺，该工艺主要特点是HPAL段浸出液中的游离酸在AL段被中和，从而提高了酸利用率，降低了酸耗32。赵艳等采用微波水热盐酸浸出方法对腐泥土型红土矿提取镍钴进行了研究，对于300焙烧预处理后的红土镍矿，当微波水热温度为50，浸出时间为1h时，镍的浸出率高达93.56%，钴的浸出率为87.86%。与普通水热浸出体系相比，红土镍矿微波水热浸出体系中镍和钴的浸出效果均更好33。张玉婷等对低品位复杂红土镍进行了直接氢还原试验，在还原温度为850，还原时间4
