難處理銅金精礦常氧化預(yù)處理過(guò)程的工藝與動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、隨著高品位、易選冶金礦資源的日益減少,如何開發(fā)利用復(fù)雜難處理金礦資源已成為亟需解決的重要課題。因傳統(tǒng)火法冶金工藝的高能耗與高污染等問(wèn)題日益凸顯,濕法冶金技術(shù)成為了當(dāng)前研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)。對(duì)于難處理含銅金礦,濕法冶金的關(guān)鍵是將影響提金的含銅礦物分解浸出(稱之為氧化預(yù)處理)。目前的研究絕大多數(shù)集中在熱壓浸出與生物浸出預(yù)處理方法上,而常壓化學(xué)氧化預(yù)處理過(guò)程的研究相對(duì)較少。
　　 本文中采用硫酸-氧介質(zhì)于常壓條件下對(duì)主要含黃銅礦與黃鐵礦的

2、銅金精礦進(jìn)行氧化預(yù)處理,全面考察了銅金精礦氧化浸出工藝參數(shù)的影響并優(yōu)化了工藝條件;系統(tǒng)研究了氧化浸出過(guò)程宏觀動(dòng)力學(xué);深入分析了氧化浸出過(guò)程若干機(jī)理;初步探索了難處理金精礦中硫資源化的可能性。主要研究工作及結(jié)果如下:
　　 1.全面考察了硫酸-氧介質(zhì)中銅金精礦常壓氧化浸出過(guò)程工藝參數(shù)的影響,并完成了工藝條件優(yōu)化。
　　 (1)考察了銅金精礦常壓氧化浸出過(guò)程工藝參數(shù)的影響,獲得了攪拌轉(zhuǎn)速、氯化鈉初始濃度、硫酸初始濃度、曝氣氣

3、體組成、氧氣流量、反應(yīng)溫度、礦漿濃度、反應(yīng)時(shí)間與礦物粒度等工藝參數(shù)對(duì)銅金精礦中銅的浸出效果與鐵的浸出及轉(zhuǎn)化的影響規(guī)律。
　　 (2)通過(guò)正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究了反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、氧氣流量、硫酸初始濃度與氯化鈉初始濃度等5個(gè)關(guān)鍵因素的影響,獲得了常壓氧化浸出過(guò)程的最佳工藝條件:反應(yīng)溫度98℃、反應(yīng)時(shí)間12 h、氧氣流量100 mL/min、硫酸初始濃度80 g/L、氯化鈉初始濃度1.0 g/L,此工藝條件下銅浸出率可達(dá)89.7％。

4、方差分析結(jié)果表明,在所考察水平范圍內(nèi),反應(yīng)溫度的影響非常顯著;硫酸初始濃度與反應(yīng)時(shí)間依次次之,亦屬于顯著影響因素;氧氣流量的影響顯著性不高,而氯化鈉初始濃度的影響最小,且不具顯著性。
　　 2.系統(tǒng)研究了難處理銅金精礦在硫酸-氧介質(zhì)中的常壓氧化浸出過(guò)程動(dòng)力學(xué),建立了氧化浸出過(guò)程總體速率表達(dá)式。
　　 (1)為浸出過(guò)程動(dòng)力學(xué)研究消除了外擴(kuò)散影響并確定了適合的礦漿濃度條件。銅金精礦常壓氧化浸出體系存在的外擴(kuò)散影響于250 r

5、pm攪拌轉(zhuǎn)速下基本可消除。較低礦漿濃度下,銅浸出速率受礦漿濃度影響顯著;而在10 g/L礦漿濃度及以上,影響程度較小。
　　 (2)研究并獲得了銅金精礦在硫酸-氧介質(zhì)中的常壓氧化浸出過(guò)程的宏觀動(dòng)力學(xué)參數(shù)值,氧化浸出過(guò)程相對(duì)于硫酸濃度的表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)為0.68;相對(duì)于氧氣分壓的表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)為0.51;相對(duì)于氯化鈉濃度的表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)為0.30;相對(duì)于顆粒粒徑的表觀反應(yīng)級(jí)數(shù)為-1.0。浸出反應(yīng)的表觀活化能因反應(yīng)溫度范圍不同可分為:24.

6、9 kJ/mol(22～70℃)與90.2 kJ/mol(70～98℃)。建立了常壓氧化浸出過(guò)程總體速率表達(dá)式。在70～98。C溫度范圍內(nèi),銅金精礦常壓氧化浸出過(guò)程宏觀動(dòng)力學(xué)的總體速率可表示為:t/τ=1-(1-X)1/3=3.05×109·exp(-10850/T)·CH0.68·CS0.30·PO0.51·d0-1.0·t。
　　 3.深入研究了難處理銅金精礦常壓氧化浸出過(guò)程中溶解氧、鐵離子與氯化鈉的影響及其作用。
　

7、　 (1)銅金精礦常壓氧化浸出體系中溶解氧對(duì)于氧化浸出反應(yīng)至關(guān)重要。此外,氧化浸出過(guò)程中所溶出的鐵以Fe2+與Fe3+的形式存在,其中Fe3+在浸出過(guò)程中充當(dāng)了浸出體系的另一個(gè)氧化劑。一方面,Fe3+在浸出過(guò)程中作為氧化劑大大促進(jìn)了銅金精礦的氧化浸出;另一方面,浸出體系中溶解氧的存在保證了Fe2+向Fe3+的轉(zhuǎn)化,使Fe3+得以再生。
　　 (2)氧化浸出過(guò)程所添加氯化物中的陽(yáng)離子對(duì)浸出過(guò)程具一定的影響,采用堿金屬與堿土金屬的

8、氯化物均有助于加強(qiáng)銅金精礦的氧化浸出,且前者效果更優(yōu)。此外,氯化鈉通過(guò)其中的鈉離子與氯離子對(duì)浸出過(guò)程產(chǎn)生影響,鈉離子主要是在促進(jìn)鐵離子水解形成黃鉀鐵礬類化合物上起作用;氯離子可能通過(guò)參與到黃銅礦氧化浸出過(guò)程中間產(chǎn)物的形成而起作用。
　　 4.初步探索了難處理銅金精礦中硫資源化的可能性。
　　 (1)考察了浸出過(guò)程工藝參數(shù)對(duì)浸出渣中單質(zhì)硫含量的影響,獲得了氧化浸出工藝條件,包括氯化鈉初始濃度、硫酸初始濃度、氧氣流量、反應(yīng)溫

9、度、礦物粒度與礦漿濃度等,對(duì)氧化浸出后浸出渣中單質(zhì)硫含量的影響規(guī)律。
　　 (2)以浸出渣中的單質(zhì)硫含量為指標(biāo),采用均勻設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法初步優(yōu)化了氧化浸出過(guò)程的關(guān)鍵條件。在反應(yīng)溫度96℃、反應(yīng)時(shí)間13 h、氧氣流量5 mL/min、硫酸初始濃度100 g/t,,氯化鈉初始濃度20 g/L的條件下浸出渣中單質(zhì)硫含量可高達(dá)14.6％,即每噸浸出渣中可回收的硫磺可達(dá)到146kg。此外,XRD、SEM與EDS表征結(jié)果表明,所得產(chǎn)品為顆粒狀的