前 言浸出 -溶剂萃取 -电积法不仅能在矿山现场从铜矿石中生产出高质量的阴极铜 ,而且初期投资和生产成本均较常规的选矿和火法冶炼低 ,因此 ,该法在北美和南美国家得到迅速普及。最近 ,随着铜价格跌落 ,采用常规选矿法的大规模矿山为提高成本竞争力 ,开始部分或全部采用溶剂萃取 -电积法。本文作者从 1996年开始的四年半时间内 ,驻在美国亚利桑那州莫伦西 (Morenci)铜矿山 ,除担任选矿厂技术顾问外 ,还经历了莫伦西铜矿山采用替代常规选冶法的全部过程。本文在报道铜堆浸现状的基础上 ,介绍了莫伦西铜矿山采用浸出 -溶剂萃取 -电积法的经过和技术背景 ,以及今后的发展方向。1 铜堆浸现状1 1 处理的矿石斑岩铜矿床是目前生产铜的主要矿床 ,通常由地表向下延伸 ,由淋滤带、风化带、次生富集带、原生矿体组成。虽然含有不同特征的矿物 ,但是从矿业方面看 ,开采出来的矿石大致分为两类 ,即含大量碳酸铜矿物及氧化铜矿物的氧化矿石和含大量硫化铜矿物的硫化矿石。通常 ,浸出 -溶剂萃取 -电积法能处理用选矿法不能经济回收的氧化矿和低品位硫化矿。斑岩铜矿床多数是露天开采 ,开采时首先剥离矿床上部的淋滤带和风化带 ,而作为废石堆放在矿井附近。由于 ,最初浸出法多用于废石堆浸出 ,所以 ,被称为废石堆浸。现在 ,浸出法是以采掘的矿石为浸出对象 ,把矿石堆放在浸出场的浸出垫上 ,所以该过程称为矿石堆浸。另外 ,若矿床周围和矿床底部有粘土质天然浸出垫 ,浸出液不外泄 ,可以从矿床底部的坑道回收浸出液 ,并且矿石块度较大时也能浸出 ,那么 ,可以采用成本较低的原地浸出。在斑岩铜矿床中 ,风化带含有的铜矿物一般易溶于硫酸。孔雀石、蓝铜等在浸出数周乃至数月后 ,铜的浸出率为 70 %～ 90 %。部分氧化铜矿物和辉铜矿等次生富集带的硫化铜矿物浸出速度较慢 ,在浸出周期 1a时 ,浸出率低于 5 0 %。在 5a以内 ,浸出率为 90 %左右。原生矿体中的主要铜矿物黄铜矿的浸出速度很慢 ,在浸出 10a时 ,浸出率不到 5 0 %。表 1是各种矿物在堆浸过程中的浸出特性。1 2 浸出 -溶剂萃取 -电积流程图 1是浸出 -溶剂萃取 -电积流程的示意图。供浸出用的矿石粒度既有爆破块度又有破碎粒度。如果通过破碎和配矿增大矿石的比表面积 ,那么 ,可以提高浸出速度和浸出率 ,但是这会增加处理成本。另外 ,矿石粉碎得过细 ,膨胀的润湿细颗粒易堵塞浸出液通道 ,使浸出无法进行。因此 ,矿石破碎的上限粒度为 13～ 5 1mm ,将破碎产品、粘结剂、水或稀硫酸一同混合 ,进行制粒后 ,用可移动式输送机进行筑堆。 浸出 -溶剂萃取 -电积法用的浸出液是萃余液 ,浸出液通过喷洒器和一套分支管道系统向堆高表 1 各种矿石在堆浸过程中的浸出特性项 目原生矿可浸的硫化矿氧化铜矿石反应速度很 慢快很 快酸预处理有 害很重要溶液浇灌速度低高高三价铁浓度受 pH限制 受pH限制 受 pH限制杆菌活性是是不堆高度不控制重 要有限制 (低 )是否需要充气很需要充气需要中等充气不需要图 1 浸出 -溶剂萃取 -电积法示意图6～ 12m的矿堆顶部布液。随矿堆高度、矿石中的铜矿物种类和铜品位不同 ,浸出液布液强度 (灌溉速度 )而变化 ,一般为 5～ 2 0L/ (m2 ·h)。由于氧化铜矿物多半可用纯酸溶解浸出 ,所以 ,硫酸浓度对浸出速度有很大的影响。硫酸浓度越高 ,pH越低 ,浸出率就越高。但是 ,由于pH值对后续的溶剂萃取回路的萃取率有很大影响 ,所以 pH值一般调整在 1 5以下。另外 ,酸耗也因 pH的降低而增多 ,浸出液的pH值越高 ,越有利于成本的降低。酸熟化处理(Acidcure)法是将浸出液 pH值控制在适当范围内 ,既能提高浸出率 ,而又能降低硫酸耗量。该法是在浸出初期数日内喷洒浓硫酸 (2 0 0～ 4 0 0 g/L) ,停止喷洒浸出液后 ,熟化一周。此时 ,氧化铜矿物因接触浓硫酸而溶解 ,耗酸的粘土矿物表面生成保护膜 ,难以与酸发生反应。然后 ,用萃余液继续浸出。为了溶解硫化铜矿物 ,需要与溶解在水中的氧和三价铁离子发生氧化反应 ,因氧化反应而生成的亚铁离子被空气氧化后 ,再生成三价铁离子。在土壤中自然繁殖的氧化亚铁硫杆菌一旦参与浸出 ,就可加速硫化矿物的氧化反应 ,浸出速度迅速提高。有效利用细菌作用的浸出法被称为细菌浸出或微生物浸出法。表 2是采用微生物浸出法的典型铜矿山。表 2 采用微生物浸出法的典型铜矿山矿 山 处理能力 /t矿石·d- 1 投产年代智利LoAguirre矿山 160 0 0 1980 -1996澳大利亚Gundpowder’sMammoth矿山 原地浸出 1991-现在澳大利亚Mt Leyshon矿山 13 70 1992 -关闭智利CerroColorado矿山 160 0 0 1993 -现在澳大利亚Girilambone矿山 2 0 0 0 1993 -现在智利Ivan Zar矿山 15 0 0 1994-现在智利QuebradaBlanca矿山 173 0 0 1994-现在智利Andacollo矿山 10 0 0 0 1996-现在智利DosAmigo矿山 3 0 0 0 1996-现在智利Zaldivar矿山～ 2 0 0 0 1998-现在 12 0万t矿体 表 3是微生物浸出用的细菌种类。从菌株接种和培养比较容易的细菌开始 ,以前有关微生物浸出的研究重点是利用氧化亚铁硫杆菌。但是 ,近年来注意到了嗜热菌在黄铜矿浸出中的作用 ,尤其在精矿浸出领域中应用这种细菌的例子增多。这些细菌在含有硫化物的土壤里繁殖。如果土壤里具备细菌生存条件 ,细菌就会自然繁殖。细菌都是好氧的 ,为了有利于空气进入矿堆中 ,从而促使细菌大量繁殖 ,需要考虑矿堆的形状、矿石筑堆方法和喷水方法等。最近 ,有的将排水管埋在矿堆下方的浸出垫和矿堆中间 ,提高排水效果 ,有的用鼓风机通过排水管吹入空气等 ,来提高细菌的活性。浸出周期因堆放的矿石粒度和矿石类型而有所不同 ,氧化矿一般需要 6 0～ 90d ,硫化矿需要 90～ 12 0d。浸出作业通常采取边分层堆矿边逐层浸出 ,从浸完第一层到堆放第二层矿石开始 ,浸出的休闲周期为 30～ 90d。在此期间表 3 铜堆浸所用的细菌种类细菌种类操作温度 /℃氧化亚铁硫杆菌 2 8-3 5硫氧化硫杆菌 2 8-3 0氧化亚铁微螺菌 3 0左右嗜热氧化亚铁微螺菌 45 -5 0嗜热硫氧化微螺菌 3 7-4 2中等嗜热菌 3 0 -5 0硫化裂片菌约 70嗜酸菌 (Acidanusspecies)约 70内 ,浸出液从矿堆排液沟逐渐流出 ,空气进入矿堆中。因此 ,作为细菌浸出的养生周期具有重要的意义。2 莫伦西铜矿山的生产和全面向溶剂萃取 -电积法的过渡 美国莫伦西铜矿山是由常规的选矿 -冶炼工艺全面向浸出 -溶剂萃取 -电积法过渡的典型实例。本文将介绍过渡前后的情况和技术背景。2 1 莫伦西铜矿山概况莫伦西铜矿山是北美洲最大的铜矿山 ,位于美国亚利桑那州东南部 ,与新墨西哥州交界处 ,地理条件为气候干燥的丘陵地带 ,海拔 10 0 0～ 170 0m ,周围有Miami、PintoValley、SanManuel、Sierrita、Ty rone和Chino铜矿山。它们都是采用浸出 -溶剂萃取 -电积法生产的矿山。莫伦西铜矿山的历史可追溯到 180 0年初的采掘。 1930年菲尔普斯道奇公司获得矿区后 ,开始露天采矿。 1980年上半年发生铜价格跌落 ,在 1986年莫伦西铜矿山把 15 %股权转让给日本企业集团(住友金属矿山和住友商事 ) ,并转制为合资企业。从 1987年开始采用浸出 -溶剂萃取 -电积法生产阴极铜 ,希望大幅度降低生产成本。其后 ,虽然多次扩建企业 ,使铜精矿和阴极铜的产量不断增加 ,但是 ,1998年铜价格再次下跌 ,为提高用总成本较低的溶剂萃取 -电积法生产铜的比例 ,将两家选矿厂中的莫伦西选矿厂关闭。在 1999年 9月开始建设适应硫化矿湿法冶炼的破碎工段和堆浸场 ,2 0 0 1年3月莫伦西矿山完成全面向湿法冶炼的过渡 ,该厂改名为莫伦西“浸出矿山”。表 4是莫伦西铜矿山近 5年的生产量。经过有计划地增加设备 ,1997年铜产量达到 4 9万t ,但是 ,后来因矿石品位下降和梅特卡夫选矿厂停产而减产。表 4 莫伦西铜矿山近 5年的生产量年代 开采量/kt选矿量/kt浸出量/ktCu品位 /%Cu产量 /kt选矿矿石浸出矿石精矿SX -EW1997 2 64 62 843 2 85 2 1180 10 72 0 2 62 44 92 47 019982 614 5 5 42 73 62 10 5 790 680 2 62 2 4 3 2 5 0 21999 2 70 2 2 93 473 0 2 2 7417 0 680 2 6177 12 5 8 32 0 0 0 2 5 2 992 2 42 2 0 2 14 73 10 710 2 612 0 42 5 8 32 0 0 12 5 5 3 5 3 3 90 2 2 3 42 410 780 3 0 2 1 3 3 3 3 92 2 莫伦西铜浸出矿山以前的生产情况莫伦西铜浸出矿山以前的莫伦西铜矿山的生产部门分为采矿、选矿和溶剂萃取 -电积三个部门。采矿为露天开采 ,铲斗式装载机将爆破开采的矿石装到翻斗汽车上 ,供选矿用的矿石运输到圆锥破碎机车间 ,其余矿石直接运送浸出场。2 2 1 浸出 -溶剂萃取 -电积作业以前 ,
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