国内铜湿法冶金工艺现状分析

1.国内铜湿法冶金技术发展现状

从上世纪60年代这一工艺得到生产应用以来，我国一些研究单位分别开展了浸出(酸浸、氨浸、细菌浸出即生物冶金)、萃取工艺、萃取剂等方面的研究。80年代以后，形成了比较完整的浸出—萃取—电积工艺并且在生产中得到初步应用。从90年代起，随着国际铜湿法冶金技术研究和应用的快速发展，加上国内铜生产和市场受到国外越来越严重的冲击，铜湿法冶金新工艺研究被列入国家“九五”重点科技攻关计划，有力地推动和加速了我国铜湿法冶金技术的研究和推广。目前正进行较大规模开发性生产的有德兴铜矿废石(平均含铜0.09％)的细菌浸出—萃取—电积试验厂(年产铜2000 t)。紫金矿业公司硫化铜矿细菌浸出—萃取—电积试验厂(年产铜1000 t)。中条山铜矿峪就地酸浸—萃取—电积试验厂(年产铜500 t)。尽管湿法冶金技术近年来有了较大发展，但与国外相比尚有较大差距，主要是在浸出基础理论和工业化技术方面存在差距，而且已建立的工业生产厂规模小、产量低。

2.铜湿法冶金原理、工艺及矿石的适宜性

（一）我国铜资源及生产简况

我国铜矿产资源相对缺乏，而且品位低，质量差；大型矿少，中小型矿多；贫矿多，富矿少；复杂多金属矿多，单一矿少；地下矿多，露天矿少。这些特点使采选难度较大，特别是选矿，由于原矿品位低，矿物组成复杂，因而选矿成本高，精矿品位普遍偏低，给后续的冶炼造成一定难度。就火法冶炼来说，尽管在工艺和设备上都有了很大改进，但生产成本普遍高于国外，而且还存在较严重的环境污染。

铜湿法冶金的优点是投资省、生产成本低。据报道，火法生产的吨铜投资约为6.5万元，而浸出—萃取—电积工艺的吨铜投资约为1.5万元。实际上从我国实际情况看，德兴试验厂吨铜生产成本为10450.23元，中条山为8000元，紫金铜矿为10000元。如果生产规模进一步扩大，生产成本还会下降。

（二）铜湿法冶金原理

1、氧化铜矿石的浸出原理

常见的氧化铜矿物主要是孔雀石、硅孔雀石、赤铜矿、自然铜。在浸出剂H2SO4和 Fe2(SO4)3的作用下，只要矿石中高碱性脉石含量不高，一般都能获得较好的浸出效果。浸出过程发生的化学反应为：

孔雀石Cu2(OH)2CO3 2H2SO4＝2CuSO4 CO2 3H2O

硅孔雀石CuSiO·2H2O FL2SO4＝CuSO4 SiO2 (n 1)H2O

赤铜矿Cu2O 2H ＝Cu2 Cu H2O

蓝铜矿Cu(OH)2·CuCO3 2H2SO4＝2CuSO4 CO2 3H2O

2、硫化铜矿石的浸出原理

对于硫化铜矿石，生物氧化浸铜是目前研究最多、发展最快、前景最好的技术之一。

目前用于生物浸出的微生物主要是氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。它们可在35℃以下的高酸及重金属浓度较高的极端环境中生存。细菌氧化浸出的机理一般为2种：细菌吸附到矿物表面直接与矿物发生作用使矿物溶解的直接作用机理：矿物溶解释放出的Fe2 在溶液中被细菌氧化成为Fe3 ，Fe3 作为氧化荆氧化硫化矿的间接作用或化学作用机理。

（1）辉铜矿的细菌浸出

辉铜矿在酸性及Fe3 存在的条件下，可以被氧化成FeSO4和S，反应如下：

Cu2S＋2FeSO4＝2CuSO4＋4FeSO4＋S

所生成的FeSO4和S再由细菌氧化为Fe2（SO4）3和H2SO4如此反应循环进行。

另一方面，在细菌作用下，辉铜矿被氧气氧化溶解

2Cu2S 5O2 2H2SO4＝4CuSO4＋2 H2O

辉铜矿浸出认为以Fe3 间接氧化作用为主，细菌是浸出反应的间接氧化剂。

（2）铜蓝的细菌浸出

由于浸出环境中没有Fe3 及其他氧化剂，所以浸出作用只能是由细菌引起的，在浸出期间酸耗等于零，其反应为：

CuS 2O2——CuSO4

细菌浸出在整个矿物表明发生，浸出后矿物表明的化学组成未发生变化，说明浸出中没有转化为其它硫化物的中间过程，也没有产生元素S。

（3）硫砷铜矿的细菌浸出反应

在H2O、O2存在条件下，在氧化铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌及复合细菌作用下，硫砷铜矿发生直接浸出反应：

4CuAsS 6H2O 13O2——4H3AsO4 4CuSO2

（4）黄铜矿、斑铜矿的细菌浸出反应

在细菌存在的条件下直接与Fe2(SO)3。发生如下反应

CuFeS2 2 Fe2(SO)3——CuSO4 2FeSO4 2S

2Cu5FeS2 2 Fe2(SO4)2 17O2—10 CuSO2 4 FeSO4 2 FeO

其中FeSO4与FeO在酸与细菌的作用下转化为Fe2(SO4)3进行循环反应。

（三）适宜采用湿法冶金工艺处理的铜矿石类型

对于氧化铜矿石，只要控制好矿石粒度，一般都能获得较为满意的浸出效果。但硫化铜矿石按其矿物种类不同，其浸出效果差异较大。国外目前采用生物氧化工艺处理的铜矿石基本上以次生硫化铜矿石(辉铜矿、蓝辉铜矿、铜蓝等)为主，而对原生硫化铜矿石目前仍以火法技术处理。

另外，就矿石类型来看，目前浸出—萃取—电积技术主要应用于斑岩型铜矿。这主要是斑岩型铜矿规模较大，含碱性脉石少，是硫酸浸出最理想的原料。如国内的德兴铜矿、紫金山铜矿、中条山铜矿峪矿、大宝山铜矿等。我国的铜资源特点是矽卡岩型铜矿数量多，占50％以上，储量占总储量的29％，而西方国家只占3％，这类矿床一般规模较小，零星分散，矿体赋存条件比较复杂，多数适宜于地下开采，而且开采成本较高。另外含碱性脉石较多，不利于用硫酸浸出。

3.湿法冶金工艺在国内铜矿山中的应用

国内采用湿法冶金工艺的生产试验厂主要有德兴铜矿、紫金山铜矿、中条山铜矿峪矿等，现就其试验生产情况、工艺、技术指标等做一简要介绍。

（一）德兴铜矿铜(废石)回收工艺及指标

德兴铜矿堆浸试验厂是以露天采矿剥离的废石(含Cu0.1％～25％)为原料。按0.25％的临界品位计算，其废石总量有8.9亿t，其中含铜达到95.15万t，用传统的选冶工艺难以经济回收铜。经国家计委、科技部批准，于1994年5月建设了一个年产铜2000 t的试验厂，并列为国家“九五”科研攻关项目。由于矿石品位低且大多数(85％以上)为原生硫化矿，属最难浸矿石，在我国铜工业中具有典型性，其遇到的问题及工艺流程的特点也有一定代表性。

试验厂每年生产铜1000～2000t，原矿铜品位0.121％，浸出率16.59％，产品质量为 A级。吨铜成本10450元。该矿是国内唯一一家应用细菌浸出工艺处理原生硫化铜矿石为主的厂家，通过堆浸—萃取—电积工艺，不仅从剥离废石中回收部分铜，创造了一定效益，减少了资源浪费，而且采矿过程产生的酸性矿坑水不再外排，减少了环境污染。自1997年10月投产以来，流程运行基本稳定。存在的主要问题是：整个矿堆铜的浸出率不高，浸出液中Cu2 质量浓度需达1 g／L以上，但直到目前，整个生产过程中浸出液中Cu2 针浓度一直低于0．6 g／L。

（二）紫金矿业公司铜回收工艺及指标

紫金山矿是一已探明的大型含金铜矿，其特点是上金下铜，储量大、品位低。铜金属工业储量125.64万t，矿石平均品位Cu 0.68％，S 2.58％，As 0.035％，主要目的矿物以蓝辉铜矿和铜蓝为主，其次为辉铜矿，块硫砷铜矿和硫砷铜矿。由于原矿品位低，含砷高，采用传统的浮选一火法冶炼工艺，投资大，成本高，污染重。紫金山铜矿石以次生硫化铜为主，对此类矿物已有比较成熟的生物浸出工艺。采用该工艺处理紫金铜矿石有较好的经济效益。

原矿破碎至－30mm，采用自动卸矿的后移式筑堆法，堆高8～10m，浸出初期引入人工富化的驯化菌液，然后利用采矿平硐的酸性矿坑水配适量的工业硫酸、调成pH为2左右的浸出剂进行喷淋浸出。目前一般不需单独补充菌液，只需调整保持pH在2左右。当浸出液中Cu2 质量浓度大于1.5 g／L时，送萃取电解工段，生产阴极铜。

目前已建成1000 t／a的堆浸试验生产厂，浸出周期210～240d，浸出率70％～75％，电铜质量达到l#铜标准，吨铜生产成本10729元 。该公司计划扩建1万t电铜的生物冶金厂，建成国内最大生物提铜基地。

4.结束语

不可否认，湿法冶金工艺是未来大规模处理低品位有色金属、贵金属矿的有效手段之一，也是世界上很多国家研究发展的重点方向之一。新成果的不断出现，工艺的不断完善，使许多用现有方法不能处理的矿石，在不久的将来都可能得到充分利用。