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1、低品位锦铜矿和铀矿的浸出与分离富集研究一、低品位锲铜矿的浸出(一)氨浸低品位氧化锲矿采用的还原焙烧一氨浸工艺又称Caron法，由Caron教授发明，50年代古巴尼加罗(Nicaro)冶炼厂和70年代澳洲QNI公司的Yabula锲厂相继建成此法生产线，全流程锲的回收率达到75%-80%钻回收率约40%-50%还原焙烧的目的是使硅酸锲和氧化锲最大限度地被还原成金属，可采用回转窑、多膛炉或流态化炉，还原度一般控制在60%-70%平均停留时间约0.5h,同时控制还原条件，使大部分 Fe3+还原成FesQ,只有少部分Fe3+被 还原成金属，结合的氧化锲(如NiO- SiO2, NiO- FeQ)还原为活
2、泼的、游离的金属锲。所谓氨浸，是用氨性溶液在 常压下采用多级逆流浸出方法将还原焙烧产出的焙砂中的锲、钻以Ni(NH3)62+、Co(NH)62+的形式转入溶液中，而铁、镁等存在于渣中，从而达到锲、钻与铁等的初步分离。氨浸法最大缺点是钻的回收率不高，小于60%低品位氧化铜矿也可采取氨浸办法，如云南东川汤丹氧化铜矿处理的高碱性脉石氧化铜矿，含铜0.8%-1.5%,片岩型矿，风化较好，碳酸盐含量较高，矿物中碱性脉石 (CaO+ MgO含量达10%Z上。若采用酸浸工艺，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。该厂是中国首家采用 低浓度氨浸堆浸方法的铜
3、厂，总体工艺由北京矿冶研究总院设计，设计能力为年产阴极铜300-500t o矿石为露天开采，经颗式破碎机二级破碎，碎后粒度约50mm分区筑堆，每层堆高6m矿堆铺设滴灌网滴灌浸出，同时抑制氨的 挥发。浸出液含铜1-1.5g/L ,萃取提铜后经汽浮池浮油处理返回浸堆。萃取系统为两级萃取、一级洗涤、一级反萃 作业。主要试剂液氨的消耗约为1.5tNH3/tCu。(二)酸浸高压酸浸工艺处理氧化矿始于20世纪50年代末，工艺技术核心包括高压釜技术和溶液处理技术。与还原焙烧-氨浸工艺相比，高压酸浸工艺具有能耗低、锲回收率高、钻浸出率高(可以达到90犯上)等优点。低品位氧化锲矿的高压酸浸法通常用硫酸选择性浸出
4、锲和钻，包括矿浆制备、浸出和锲钻回收 3道工序。矿石经过洗涤与筛分，加 水制成固含量25%勺矿浆，进浓密机浓密。底流中固体占 45%-75%用泵送至浸出段。在250-270 C 4-5MP的高温 高压条件下，用稀硫酸将锲、钻等与铁、铝矿物一起溶解，并控制一定的 pH值等条件，使浸出的少量铁、铝和硅等 杂质元素水解进入渣中，锲、钻选择性进入溶液。浸出液用硫化氢还原中和、沉淀，得到高质量的锲钻硫化物，再 通过传统的精炼工艺配套产出最终产品。澳大利亚西部考斯 (Cawse卜布隆(Bulong)和莫林莫林(Murrin Murrin) 三个锲厂均采用高压酸浸法处理低品位氧化锲矿，首期工程年生产能力2.
5、7-3万t,总投资额为21.6亿澳元。高压酸浸法最大的优点是钻的浸出率高，可达 90%Z上，大大高于其他流程。但高压酸浸法只适合处理含镁低的氧化矿， 因为镁含量高会加大酸耗量并影响后续工艺流程。止匕外，由于高压酸浸过程中浸出液始终处于过饱和状态，溶液中 不断有固体沉淀产生，大部分沉淀形成浸渣，少部分在高压釜内部形成结垢，影响高压酸浸工艺的运行。高压酸浸 需采用高压条件，对设备、规模、投资、操作控制等有很高要求，也影响了其推广应用。因此，若能实现在常压条 件下操作，则会给氧化矿的处理技术带来革命性转变。常压酸浸法处理氧化锲矿的一般工艺为：对矿石先进行磨矿和分级处理，将磨细后的矿浆加入10晰硫酸溶
6、液,浸出温度约90C,常压下搅拌，将矿石中的锲浸出进入溶液，锲浸出率可达 80%钻的浸出率可达到60%Z上。浸 出液再用碳酸钙进行中和处理，过滤进行液固分离，得到的浸出液用Ca似NaS做沉淀剂进行沉锲。欧洲锲公司(European Nickel)目前正在土耳其进行大规模堆浸试验处理氧化锲矿，有望建成世界上第一座采用堆浸技术提取 锲和钻的工厂。常压酸浸法的缺点是矿堆容易板结，溶液渗透性差，影响浸出效果；Fe3+和Al3+等被大量浸出，浸出渣量大，酸耗较高；止匕外，除铁是所有常压酸浸工艺必须面对的难题。常压酸浸法用于低品位氧化铜矿的成功案例是中条山铜矿峪铜矿，该矿是中国首次采用地下溶浸技术处理难选
7、 低品位氧化铜矿，由北京矿冶研究总院和长沙矿山研究院设计，设计能力为500tCu/a , 1999年5月投产。地下溶浸技术是一种采、选、冶相结合的矿物处理技术，不需要把矿石开采出来，不破坏植被和生态，对环境没有污染，对 那些品位低、埋藏深、不宜开采或工程地质条件复杂，用常规技术无法开采或不经济的矿体有重要意义。中条山铜 矿峪铜矿在930m标高的采空区遗留有约400多万吨低品位氧化铜矿，矿石平均品位0.6%,氧化率50%Z上。采用地 下溶浸技术，通过在地表喷淋，在旧矿坑道把溶液收集起来用泵送至地表作萃取处理。浸出液含铜 13g/L,采用 两级萃取、一级反萃作业。又如美国亚利桑那州的 San Ma
8、nuel铜矿，是一大型斑岩铜矿，从 50年代开始采矿，上 部氧化矿采用堆浸，下部采空区进行地下溶浸，年生产能力 7.3x105tCu。（三）生物浸出生物浸出技术工业化始于20世纪60年代的铜矿、铀矿，到了 20世纪80年代生物浸出技术发展更加迅速，并 在铜、铀、金等冶金方面大规模工业应用，生物浸出的研究与应用领域已由铜、铀、金等的提取向锲、钻、锌、钥、 磷、煤脱硫等领域拓展，到1999年锲钻矿的生物提取也相继实现了工业应用，标志着锲钻矿的生物浸出已从实验室走向工业化应用。从80年代起，国内一些从事基础研究的单位如北京有色金属研究总院、中国科学院过程工程研究所、中南大学等开始系统研究各类金属矿的
9、细菌浸出机制的研究，以选育对pH和温度耐受性好、抗毒性强、浸矿效率高的细菌。针对金川一矿区（龙首矿）和二矿区的低品位锲铜矿（包括贫矿、表外矿、混合矿及现行选矿工艺产出的尾矿等）： 方兆琦等利用中科院微生物所提供的氧化亚铁硫杆菌（T.f.） 和氧化硫硫杆菌（T.t.）进行浸出实验，浸出时间为 10d温度35c的优化条件下，锲浸出率可达到 80%铜达45%钻达78%细菌浸出氧化矿是利用微生物自身的氧化或还原特性，使矿物的某些组分氧化还原，从而与原矿物分离。可用 于氧化锲矿浸出的细菌较少，目前研究较多的细菌为黑曲霉。总体来说，生物浸出对尾矿、贫矿的资源化治理是非常有效的手段，但生物浸出难以克服的缺陷
10、是金属浸出率 偏低、浸出周期长，细菌对环境的适应性差，浸出温度有明显限制，在炎热干旱地区，水的蒸发也是浸出需面临的 问题。二、浸出液中锲铜的分离、富集与回收（一）化学沉淀法可用硫化钠使浸出液中的Ni、Cu以硫化物的形式沉淀，Ni、Cu硫化物再进行加压氧化浸出或火法冶炼，但沉淀过程中Fe也会同时沉淀下来,且硫化钠的加入使生产过程中不可避免的会产生 H2S气体，为此需配备相应的废气吸收装置，增加安全难度和投资。加碱沉淀则会使Ni、Cu Fe、Mg等成分沉淀下来，由于Mg*量较高，通常在15c左右,不利于入炉冶炼。经过降低 MgOt理以后，将其变现成锲铜产品还需漫长的工艺流程。（二）有机萃取法采用含
11、N、P、S、O等元素的有机萃取剂可对浸出液中 Ni、Cu等金属成分进行分离、富集，有机萃取剂包括： 叔胺类、竣酸类、有机磷酸类、有机瞬酸类、有机次麟酸、有机硫代次麟酸、酮历或醛历。陈爱良等将铜矿生物浸 出液用Lix984（体积比为1:1的Lix860（醛忖和Lix62（酮忖在高闪点煤油中的混合物。）进行萃取实验，结果表明: pH大于2.22 ,相比O/A=1:1,搅拌速度为200r/min ,搅拌时间为4min,萃取级数为3级，铜的萃取率能达到99.8% 以上，铜分配比能达到600以上，铁分配比小于1,铜铁分离系数能达到1900以上。汪胜东等采用Lix84从氨性溶 液中萃取分离锲、钻、铜，首先
12、采用5级逆流共萃铜、锲，钻留在萃余液中。含铜、锲的负载相经2级洗涤洗去氨，用锲电解废液进行7级逆流选择反萃锲，实现锲与铜的初步分离；然后从含铜负载相中反萃铜得到纯净的硫酸铜， 选择反萃锲得到白锲溶液仍采用Lix84萃取脱铜并回收铜，从而将铜、锲彻底分离，得到纯的硫酸锲溶液，这样就 将浸出液中的锲钻铜彻底分离。有机萃取法目前在锲、铜的湿法冶炼上获得了广泛应用，但也存在明显缺陷：需采用多级申萃和反萃工艺，才 能达到一定分离效率，操作复杂；萃取剂和稀释剂易燃易挥发，给生产带来安全隐患；萃取剂的夹带和流失会导致 环境污染；残留在反萃液中的萃取剂和稀释剂会给电积工艺及最终的锲、铜产品质量带来影响。（三）
13、树脂吸附法通常可用于吸附分离金属离子的离子交换树脂有阳离子交换树脂和螯合树脂，前者吸附作用力主要为静电引力、后者吸附作用力主要为化学螯合配位作用。由于阳离子交换树脂以静电引力为主要吸附驱动力，因而会优先吸附高 价离子。具体来说，阳离子交换树脂对一些金属离子的吸附选择顺序是：Th4+ Fe3+Al3+Cif+ Ni2+Mgj+K+Na+c由于锲、铜尾矿通常会伴生有铁元素，显然普通的阳离子交换树脂并不适合用于锲、铜的富集分离。螯合树脂是在树脂骨架上接枝含N、P、S、O等元素的有机螯合基团，这些有机螯合基团中的 N P、S O等元素可与特定的金属 离子发生化学配位作用，在树脂内部形成稳定的多元环结构
14、，从而使金属离子从溶液中分离出来。因而，如果能开 发高选择性的螯合树脂，就可克服有机萃取剂的各种缺点，实现尾矿、贫矿的资源化治理。由于离子交换树脂通常优先吸附高价离子，因而在同等浓度下将首先选择性吸附高价态的Fe3+,更何况氧化矿浸出液中Fe3+浓度远高于Ni2+、CiT浓度，而且还要受到大量 Mf的干扰。因而，能否开发Cu/Ni选择性强且吸附量 大的离子交换树脂就成为低品位锲、铜矿湿法冶炼的关键技术问题。三、铀矿的湿法冶炼人类的能源利用经历了从薪柴时代到煤炭时代、油气时代再到现在的煤炭油气等化石能源与核能、水能、风能、 太阳能、生物质能等低碳和无碳能源多元并举的演变过程，在能源利用总量不断增
15、长的同时，能源结构也在不断变 化。每一次能源时代的变迁，都伴随着生产力的巨大飞跃，极大地推动了人类经济社会的发展。同时，随着人类使 用能源特别是化石能源的数量越来越多，能源对人类经济社会发展的制约和对资源环境的影响也越来越明显。目前，化石能源仍是人类能源消费主体。据统计，2006年世界一次商品能源消费总量中石油占 35.8%,居第1位；煤炭占28.4%,居第2位；天然气占23.7%,居第3位；第4位为水能，占6.3%;而以电的形式利用的核能在 世界一次商品能源消费中占5.8%,居第5位，其中核电在世界电力消费总量中占 14.8%。其中，石油、煤炭以及天 然气均为不可再生的化石能源，从长远来看总
16、会有枯竭的一天。况且，石油及天然气的生产使用过程中会造成COCH?温室气体的大量排放；煤炭在生产使用中除排放大量的CO外，还排放出SO、烟尘、粉尘、氮氧化物等大气污染物。这些排放物被公认为是造成全球气候变暖和气候异常，以及酸雨进而导致土壤、河流、湖泊酸化等环境问题 的罪魁祸首。因此，各国把核能、水能、风能、太阳能、生物质能等低碳和无碳能源作为今后发展的重点。从1971年第一次世界气候大会呼吁保护气候系统开始，到1992年联合国环境与发展大会通过联合国气候变化框架公约： 再到京都议定书的出台，国际社会为应对全球气候变化做了不懈努力。随着国际社会越来越关注环境问题以及 能源技术不断进步，煤炭、石油和天然气在一次能源总需求中的份额将进一步下降，核能、风能、太阳能和生物质 能等清洁能源的份额将不断提高。
