第4章 湿法冶金浸出过程

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1、湿法冶金 Chapter4浸出过程 第4章湿法冶金浸出过程 1 浸出物料及浸出剂2 浸出方法3 金属和氧化物矿的浸出4 金属硫化物矿的浸出5 微生物浸出 第一节浸出物料及浸出剂浸出是湿法冶金中最重要的单元过程 浸出的目的是选择适当的溶剂使矿石 精矿或冶炼中间产品中的有价成分或有害杂质选择性溶解 使其转入溶液中 达到有价成分与有害杂质或与脉石分离之目的 浸出物料也可能是冶炼后的残渣 阳极泥 废合金等 一 浸出物料矿石和精矿通常都是由一系列的矿物组成 成分十分复杂 有价矿物常呈氧化物 硫化物 碳酸盐 硫酸盐 砷化物 磷酸盐等化合物存在 也有以金属形态存在的金 银 天然铜等 必须根据原料的特点选用适

2、当的溶剂和浸出方法 表4 1是常见矿物的名称及其组成 表4 1常见金属矿物的名称及组成 表4 1常见金属矿物的名称及组成 续表 二 矿物浸出特性和浸出剂的选择 1 酸性浸出的矿物特性 大部分金属的氧化物和含氧酸盐都能溶于酸中 大部分金属硫化物都不易与酸作用 只有少数硫化物 如FeS NiS CoS MnS等 但是在有氧化剂存在时 几乎所有硫化物在酸中都不稳定 脉石矿物中 碳酸盐 钙镁氧化物等在低酸和室温下都容易与酸反应 游离态的二氧化硅则在酸中不溶解 铁 铝氧化物在酸中也较稳定 但水和黏土和其它酸溶性硅酸盐则能部分溶于酸 溶解度随酸度和温度提高而增大 1 矿物浸出特性 矿石中的某些氧化物 硫化

3、物 和硫酸盐能够与碳酸盐溶液作用 硫化物在有氧化剂时被氧化 并与碳酸盐作用碳酸钠和碳酸氢钠 磷 钒化合物可被Na2CO3溶液分解 呈氧化态的Cu As等也能Na2CO3与反应 矿石中的硅酸盐和碳酸盐不与碱性溶液作用 氧化硅 氧化铁 氧化铝在碳酸钠溶液中一般很稳定 但在较高温度和压力下也可能发生反应 因此 对于低品位氧化矿 当含有较多碱性脉石矿物时 用酸浸出很不经济 应用碱浸 2 碱性浸出的矿物特性 不同浓度的NaOH能直接用于浸出方铅矿 闪锌矿 铝土矿 菱锰铁矿 白钨矿和独居石等 特别是高品位矿石 比硫酸溶液浸出更能获得较纯净的浸出液 Cu Co Ni等由于能与氨形成稳定配合物而易于溶解在氨液

4、中 使常压氨浸出法成为处理金属铜和氧化铜的有效方法 As Sb Sn Hg的硫化物能与NaS作用生成可溶解性的硫代酸盐形式而被溶解 3 单质金属矿物的浸出特性 自然金属以及在冶金过程中产生的金属 如阳极泥副产品或还原氧化矿得到的铜 镍等金属单质 它们的浸出特点是必须氧化成一定价态后才能溶于水溶液中 见表5 2 1 一般无络合剂存在下 非氧化性酸不能溶解 2 一般都能被氧化性酸溶解 铜和镍易溶于硝酸 钯溶于浓硫酸 钯 银和铜溶于热浓硫酸 钯 铂和金溶解于王水 钌 银 铑和铱在氧化剂 HNO3 存在下与碱 NaOH 一起熔融 转变成可溶性化合物 3 所有金属单质最有效的浸出方法是络合浸出法 在浸出

5、过程中一般用空气作氧化剂 如氨水浸出铜 镍 钴 氰化物浸出金银等 2 浸出剂的选择 主要考虑以下因素 1 被浸出物料的物理性质和化学性质 2 浸出剂的价格3 没有危险 便于使用4 对设备的腐蚀性小5 能再生循环使用 最重要的因素是成本 选择浸出剂的原则是热力学上可行 反应速度快 经济合理 来源容易 有时矿石成分复杂 需同时使用多种浸出剂 表5 3常用浸出剂及其应用 有的矿物很难溶解 需要加氧化剂 如空气中的氧是一种优良的氧化剂 金属硫化物在无氧参加反应时 达到水的临界温度也不溶于水 但只要有氧参加时 在150 就可以溶解 浸出的分类方法很不统一 1 按浸出剂特点分类 可分为水浸出 酸浸出 碱浸

6、出 盐浸出 络合浸出 氯化浸出 氧化浸出 还原浸出 细菌浸出等 表5 3就是按浸出剂特点的浸出方法分类的 2 根据浸出原料分类 金属浸出 氧化物浸出 硫化物浸出和其他盐类浸出 3 依浸出温度和压力条件分类 高温高压浸出和常温常压浸出 3 浸出类型 表5 4根据浸出剂的浸出方法分类 4 浸出反应的分类 按照有价成分转入溶液中的溶解反应 主要反应 的特点分为三类反应 1 简单溶解反应MeSO4 s eq MeSO4 eq 2 溶质价态不发生变化的化学溶解反应 1 金属氧化物与酸反应 生成溶于水的盐MeO s H2SO4 MeSO4 eq H2O 2 某些难溶于水的化合物与酸作用 化合物的阴离子按下

7、式转化为气相 MeS s H2SO4 MeSO4 eq H2S 或MeCO3 s H2SO4 MeSO4 eq H2CO3 H2O CO2 3 难溶于水的有价金属化合物与另一种金属的可溶性盐发生复分解反应 形成第二种金属的难溶盐和第一种金属的可溶性盐 MeS s MeSO4 MeSO4 eq MeS 如 NiS s CuSO4 CuSO4 eq NiS 白钨矿用苏打溶液的加压溶解也属于这种类型CaWO4 s Na2CO3 Na2WO4 eq Ca2CO3 3 溶质价态发生变化的氧化 还原反应 1 金属的氧化靠酸中的H 还原而发生 Me H2SO4 MeSO4 eq H2 2 金属的氧化靠空气中

8、的氧而发生 Me H2SO4 O2 MeSO4 eq H2O 3 金属的氧化靠加入溶液中的氧化剂而发生 Me Fe2 SO4 3 MeSO4 eq FeSO4 eq 或Me H2SO4 H2O2 MeSO4 eq H2O 4 与阴离子氧化有关的溶解 硫化精矿的加压氧浸出时硫离子氧化成元素硫或SO42 MeS H2SO4 O2 MeSO4 eq H2O SMeS Me Clx MeCl2 eq Me Clx 1 S 如MeS FeCl3 MeCl2 eq FeCl2 S MeS O2 MeSO4 5 基于金属还原的溶解 3CuO FeCl3 H2O CuCl2 2CuCl 2Fe OH 2 3

9、有络合物形成的氧化还原溶解 Au 4NaCN H2O 1 2O2 2Na Au CN NaOHNi3S2 10NH4OH NH4 2SO4 1 2O2 3 Ni NH3 4 SO4 H2O 5 浸出效果的计算 有价金属的浸出率 在给定的浸出条件下 脱离矿石物料的金属量与原料中金属总量的比值 一般用百分数表示 即进入浸出液中的金属量占原料总金属量的百分数 浸出率的计算方法有两种 液计浸出率和渣计浸出率 实际过程中液计浸出率的误差较大 液计浸出率 渣计浸出率 为金属浸出率 W为原料干质量 Kg R为金属品位 V为浸出液体积 L C为金属浓度 Kg L W为浸出渣干质量 Kg Rt为渣品位 第二节浸

10、出方法综合利用矿产资源的要求和能源 环保等方面的因素影响促使湿法冶金的发展 从而形成了许多不同的进出方法 进出方法的分类也是多种多样 按固液接触方式可分为搅拌浸出和渗滤浸出 按浸出时温度压力条件可分为常压浸出和热压浸出 按浸出的试剂又可分为水溶剂浸出和非水溶剂浸出等 2007年 A地下原地钻孔浸出法a方法简介原地钻孔溶浸采矿方法如图所示 其特征是矿石处于天然赋存状态下 未经任何位移 通过钻孔工程往矿层注人溶浸液 使之与非均质矿石中的有用成分接触 进行化学反应 反应生成的可溶性化合物通过扩散和对流作用离开化学反应区 进人沿矿层渗透的液流 汇集成含有一定浓度的有用成分的浸出液 母液 并向一定方向运

11、动 再经抽液钻孔将其抽至地面水冶车间加工处理 提取浸出金属 一 就地浸出 地下浸出 2007年 2007年 特点原地钻孔溶浸采矿方法无需昂贵而繁重的剥离 开拓 采准 切割 回采工程及相应的采掘 装 运 提升等设备 设施 并将采一选一冶联成一体 所以具有基建投资少 建设周期短 生产成本低等优点 特别是该方法基本不破坏或很少破坏山林与农田 不产生尾矿 废石 可将环境破坏与污染减少到最低限度 2007年 b适用条件地下原地钻孔溶浸采矿方法适用条件苛刻 一般需要同时具备以下条件 1 矿床地质条件 矿体具有天然渗透性能 产状平缓 连续稳定 并具有一定的规模 2007年 2 矿床水文地质条件 矿体赋存于含

12、水层中 且矿层厚度与含水层厚度之比不小于1 10 其底板或顶 底板围岩不透水或顶 底板围岩的渗透性能大大低于矿体的渗透性能 在溶浸矿物范围之内应无导水断层 地下溶洞 暗河等 矿体的渗透系数在1 10m d之间 渗透系数过小可能导致注液需施加较大压力 造成技术经济上的不合理 过大溶浸液在矿层内可能形成紊流不利于金属矿物的浸出 2007年 3 矿岩的物理化学条件 要求目的金属矿物易溶于溶浸药剂而围岩矿物不能溶于溶浸药剂 例如 氧化铜矿石与次生六价铀易溶于稀硫酸 而其围岩矿物石英 硅酸盐矿物不溶于稀硫酸 该两种矿物则有利于浸出 由于适用条件苛刻 目前国内外仅在疏松砂岩铀矿床应用地下原地钻孔法开采 这

13、种疏松砂岩铀矿床通常赋存于中新生代各种地质背景的自流盆地的层间含水层中 含矿岩性为砂岩 矿石结构疏松 且次生六价铀较易被酸 碱浸出 适合地下原地钻孔浸出法开采 2007年 图5 1就地浸出示意图 就地浸出的原则流程 二 堆浸法 堆浸法 是堆置浸出法的简称 是指将细菌溶液喷洒到预先堆置好的矿石堆上 有选择性地溶解 浸出 矿石中的目标金属成分 使金属形成离子或络合离子并使之转入溶液 以便进行进一步的提取或回收 堆浸的矿石仅需粗碎即可 根据情况一般仅需破碎到 5 8mm 如果浸出性能比较好 有时可能只要破碎到 10mm左右即可 而细菌溶液在矿堆中总是处于非饱和流状态的流动 堆浸法的原理 堆浸法的原理

14、 借助于喷洒于矿堆上含有细菌和化学的溶剂的水溶液流经矿堆时 缓慢流动的处于非饱和流状态的溶液 经过矿石孔隙与矿石表面接触 易溶解的金属即溶解在溶液中 这样永远保证固液相表面溶剂有比较大的浓差 2常用的浸出剂 堆浸常用的浸出剂是pH值2 3的T f细菌 硫酸溶液 适合于处理氧化条件好的次生矿 另外 堆浸的时间较长 自然环境的氧化作用可以满足一定要求 一般不需加氧化剂或者只需要很少的氧化剂 3堆浸原理示意图 图4 8堆浸原理示意图 堆浸工艺流程 图4 9堆浸出工艺流程示意图 堆浸工艺流程示意图 图5 10堆浸出工艺示意图 4矿堆的构筑 矿堆的构筑一般为2000到4000吨矿石构成一堆 有时一堆高达

15、5000吨 高度一般在2 5米到3米 喷淋强度一般在30 50升 m2 h 大多数每天24小时均匀喷淋 一堆喷淋至少在一个半月左右 一般在10个月以上即可以达到完全浸出的目的 虽然渣品位一般比搅拌浸出高一些 但是浸出率可以基本上保持在70 75 左右 5堆浸的优点 堆浸的优点 1 投资少 成本低 2 省去了能耗大的细磨和固液分离工序 简化了工艺过程 3 灵活性大 适合于处理偏远地区的小矿点 4 矿堆可在地表 也可设在井下 尾渣返回充填 减少了环境污染 5 堆浸适用于不适合进行搅拌浸出的贫矿 表外矿 尾弃矿等 6堆浸的缺点 堆浸的浸出速率低 浸出效率低 很难达到搅拌浸出效果 更加不适合于处理难浸

16、矿石和非氧化矿 另外还要求有适宜的气候条件 一般情况下浸出率比搅拌浸出低10 左右 如果对于金属含量较高的矿石使用堆浸则对资源是一个较大的浪费 因此对于难处理的矿石 对于气候恶劣的地区以及对于比较富裕的矿不采用堆浸的方法 只对那些边缘矿 比较贫的矿和废弃的尾矿进行适当的处理以回收有用的资源 7堆浸的应用 广泛用于处理未破碎或粗碎的含铜废矿 尾矿及贫矿 每堆矿量达104 108t 常堆于不透水的坡地 以便溶液自动流入集液池 一般堆成具有自然休止角的截头锥形 再生浸出液喷洒到矿堆顶部 溶液流经矿堆而发生生物浸出反应 随后经堆底斜坡流至集液池 浸出后溶液被送往金属回收系统 提取后的废液在再生池中充气和补加原料中不足的氮 磷 钾盐 以便Fe2 氧化为Fe3 及细菌生长繁殖 然后返回浸出作业 形成闭路循环 8 O2和CO2的供给 一般控制充气速度为0 05 0 1m3 m3 min 除保证供氧外 随空气带入的CO2一般也能满足细菌对碳的需求 堆浸空气 4 11堆浸空气供给示意图 二 堆置浸出 铜矿石的堆浸出示意图 三 槽浸出 1 渗滤或粗砂浸出适用 针对低品位 粗颗粒物料 粒度9 13mm 浸出