MACA體系中處理低品位氧化銅礦的基礎(chǔ)理論和工藝研究.pdf

1、我國存在大量高堿性脈石型難處理低品位氧化銅礦資源，湯丹銅礦就是這類資源中規(guī)模最大、最具有代表性的難處理礦藏。采用酸性介質(zhì)很難經(jīng)濟(jì)可行地處理該類礦物，為此國內(nèi)外大量科研工作者針對(duì)性開發(fā)了氨性體系濕法提取工藝或者選冶結(jié)合工藝，但效果還不理想。為了大幅提高這類高堿性脈石氧化銅礦的浸出率，本研究采用Me(Ⅱ)-NH4Cl-NH3-H2O(MACA)浸出體系，對(duì)該體系中銅的相關(guān)固相化合物的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)和其相互轉(zhuǎn)化關(guān)系及溶解特性進(jìn)行了研究，并對(duì)該體

2、系中銅礦浸出動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了深入研究，繼而提出機(jī)械活化與氟化氫銨活化浸出高氧化率、高結(jié)合率的湯丹氧化銅礦的有效方法，探討了其活化機(jī)理；采用LIX84-1從該體系浸出液中萃取回收銅，對(duì)LIX84—1與Cu(Ⅱ)-NH4Cl-NH3-H2O體系的萃取平衡、氨平衡、硫酸反萃平衡做了深入研究；此外本研究還探索了從Cu-NH3-Ethylenediamine-NH4Cl-H2O溶液中直接電積銅的工藝參數(shù)。
　　 基于質(zhì)量平衡與電荷平衡構(gòu)筑各含

3、銅物種在Cu(Ⅱ)-NH4Cl-NH3-H2O中的熱力學(xué)模型，采用電算指數(shù)法對(duì)模型求解，確定了各含銅物種的溶解特性、各物種的熱力學(xué)穩(wěn)定區(qū)域以及相關(guān)物種之間的相互轉(zhuǎn)化的熱力學(xué)條件。驗(yàn)證試驗(yàn)終了固相的XRD圖譜、各固相的平衡銅濃度與平衡pH值顯示熱力學(xué)預(yù)測是準(zhǔn)確的。
　　 試樣粒徑減小、氨水和氯化銨濃度增大、液固比增大以及溫度提高都有利于高氧化率、高結(jié)合率湯丹銅礦浸出速率和浸出率的提高；浸出過程可用收縮核模型描述，受灰分層擴(kuò)散過程控

4、制，浸出反應(yīng)表觀活化能為23.28kJ/mol。半經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)方程可表示為：
　　 通過對(duì)浸出前后礦樣的工藝礦物學(xué)性能研究，發(fā)現(xiàn)礦樣浸出率難以提高是因?yàn)楸话Y(jié)合氧化銅難浸出導(dǎo)致的。
　　 活化15min和30min可將表觀反應(yīng)活化能由未活化的24.13kJ/mol分別降低到15.40kJ/mol和14.76kJ/mol，浸出反應(yīng)受擴(kuò)散過程控制；粒度和X射線衍射分析表明，礦粒浸出性能的提高是比表面積提高與晶格畸變共同作用的

5、結(jié)果；機(jī)械活化處理后結(jié)合氧化銅自由化非常明顯，硫化銅在活化過程中也有所降低。在最佳普通磨浸工藝條件下浸出礦樣，磨浸浸出率比攪拌浸出高出6.35％，磨浸具有一定的活化效果,但不顯著。
　　 對(duì)結(jié)合氧化銅產(chǎn)生包裹作用的氧化鐵、氧化鋁及氧化硅等脈石成分都在NH3-NH4ClHF2-H2O體系中有一定溶解度；在最佳條件下氟化氫銨活化浸出渣計(jì)銅浸出率達(dá)到89.85％，氟化氫銨消耗量為32.7～42.5Kg·(t礦)-1，浸出液中鐵、鋁、硅

6、等的含量明顯增高。動(dòng)力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，氟化氫銨濃度分別為Omol·L-1、0.1mol·L-1、0.3mol·L-1和0.5mol·L-1時(shí)的表觀反應(yīng)活化能分別為24.13kJ/mol、21.44 kJ/mol、32.68 kJ/mol和33.51 kJ/mol，活化浸出過程受擴(kuò)散控制。
　　 各浸出方案比較發(fā)現(xiàn)，采用氟化氫銨活化浸出渣計(jì)浸出率達(dá)到89.85％，就浸出率而言最具優(yōu)勢；添加次氯酸鈣氧化浸出時(shí)浸出率比不加時(shí)高出3.16％

7、；磨浸工藝浸出率相比常規(guī)攪拌浸出具有一定優(yōu)勢，但優(yōu)勢不是非常明顯；由于陰離子半徑較大，硫酸根和碳酸根在礦石內(nèi)擴(kuò)散比較困難，使得硫酸銨和碳酸氫銨與氨水組成的浸出體系的浸出率比氯化銨體系要低。
　　 繪制了LIX84-1從Cu(Ⅱ)-NH4Cl-NH3-H2O體系中萃取-洗滌-反萃過程平衡關(guān)系曲線，并根據(jù)平衡曲線確定浸出液萃取-洗滌-反萃過程的最佳工藝條件，在最佳條件條件下獲得了超過97％的銅萃取回收率，反萃后液符合電解銅要求，洗滌

8、液富集氨后可返回浸出循環(huán)使用。
　　 通過對(duì)Cu-NH3-Ethylenediamine-NH4Cl-H2O體系直接電積銅探索研究發(fā)現(xiàn)，要從銅濃度低于5g'L-1溶液中直接電積獲得板狀陰極銅，除非電流密度低到50～100A·m-2以下；此外，該體系中電積電流效率很低，一般在80％以下，這都降低了該技術(shù)工業(yè)化利用的可能性。
　　 總之，熱力學(xué)分析結(jié)論為確定該體系中銅浸出劑的成分提供了依據(jù)，對(duì)高堿性脈石型低品位氧化銅礦的有效