一种次生硫化铜矿两段生物堆浸方法
【专利摘要】本发明涉及湿法冶金领域，具体地，本发明涉及一种次生硫化铜矿两段生物堆浸方法。本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，包括以下步骤：1）将破碎后的次生硫化铜矿送入堆场筑堆进行第一阶段浸出，直至最后一层矿石中浸出40%～50%的铜，其中，喷淋液中硫酸浓度大于等于20g/L，Fe3+浓度大于等于15g/L；2）使步骤1）第一阶段浸出后的次生硫化铜矿进行第二阶段浸出，采用1.2<pH<1.5的喷淋液，当浸出液温度小于45℃时，减少喷淋强度；3）第一阶段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液，依次经萃取、反萃和电积后得到阴极铜。本发明工艺简单，过程参数容易控制，有效促进次生硫化铜矿的浸出，显著降低浸出渣铜品位，从而有效提高资源的综合利用率。
【专利说明】一种次生硫化铜矿两段生物堆浸方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及湿法冶金领域，具体地，本发明涉及一种次生硫化铜矿两段生物堆浸 方法。
【背景技术】
[0002] 目前，全球已有近20座矿山采用生物堆浸-萃取-电积工艺处理次生硫化铜矿， 迄今已有近30年的产业化历史，显示出低成本、低能耗等显著优势，已成为次生硫化铜矿 首选工艺；我国首座万吨级生物提铜矿山于2005年底在紫金山铜矿投产，不仅利用了传统 工艺难以利用的低品位资源，同时获得良好的经济效益。该技术始于20世纪80年代在智 利开发应用的TL工艺，该工艺的特点包括团矿、酸熟化与薄层堆浸等；浸出过程采用较低 的酸度（pH=l. 8)与高价铁浓度（2?3g/L)，导致辉铜矿第一阶段浸出不能高效进行；采用 单层堆浸，无法利用矿石中硫化物氧化所放热量，导致矿堆温度低，辉铜矿第二阶段与其它 难溶铜矿物的浸出不能高效进行。目前世界上已投产的次生硫化铜矿生物堆浸矿山大多沿 用智利的TL工艺，普遍存在浸出效率低、浸出周期长与浸渣品位高等突出问题，达到80%铜 浸出率需要浸出12-18个月。
[0003] 本发明提出了一种次生硫化矿两段生物堆浸方法，利用次生硫化铜矿中主要铜矿 物辉铜矿(或蓝辉铜矿）第一、二阶段浸出动力学差异，合理匹配物理、化学与生物因素，使 黄铁矿适度氧化，既可为辉铜矿浸出提供有利的动力学条件，促进铜的高效浸出，又能实现 高效低耗的酸铁平衡。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种次生硫化矿两段生物堆浸方法，通过调控堆浸系统内部 温度、浸出液pH值、Fe 3+浓度等参数并合理匹配，从而实现次生硫化铜矿的高效浸出。
[0005] 本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，包括以下步骤：
[0006] 1)将破碎后的次生硫化铜矿送入堆场筑堆进行第一阶段浸出，直至最后一层矿石 中浸出40%?50%的铜，其中，喷淋液中硫酸浓度大于等于20g/L，Fe 3+浓度大于等于15g/ L ；
[0007] 2)使步骤1)第一阶段浸出后的次生硫化铜矿进行第二阶段浸出，采用 1. 2〈pH〈l. 5的喷淋液，当浸出液温度小于45°C时，减少喷淋强度；
[0008] 3)第一阶段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液，依次经萃取、反萃和电积后得到 阴极铜。
[0009] 根据本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，所述筑堆分层进行，至少三层，总 层高不低于20m ;若矿堆层数过少或总层高过低，则矿堆内部难以维持较高温度，铜矿物浸 出速率下降。逐层进行筑堆和第一阶段浸出，当每一层浸出矿石中40%?50%的铜时，进行 下一层的筑堆和第一阶段浸出。当各层第一阶段浸出全部完成后，进行第二阶段浸出。在 气温较低的地区，或处理黄铁矿含量较低的矿石时，需采用超过三层的多层筑堆方式。
[0010] 根据本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，投产初期，第一阶段浸出使用的 喷淋液采用矿坑水(矿山酸性水）添加硫酸和硫酸铁人工配制，矿坑水(矿山酸性水）中含有 堆浸所需微生物，浸出过程中微生物在矿堆与浸出液中自然生长；系统运转平衡后，使用第 一阶段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液的萃余液作为第一阶段浸出的喷淋液。
[0011] 根据本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，第一阶段浸出的喷淋强度以浸出 液中酸浓度减至5g/L为限，低于5g/L时增大喷淋量。
[0012] 根据本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，投产初期，将第一阶段的浸出液 的萃余液补加矿坑水(矿山酸性水）稀释，作为第二阶段浸出的喷淋液；系统运转平衡后，使 用第一阶段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液的萃余液作为第二阶段浸出的喷淋液。
[0013] 根据本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，当第一阶段浸出和第二阶段浸出 的混合浸出液的萃余液pH〈l. 2时，采用石灰石中和后放入第二阶段喷淋液池储存，作为第 二阶段浸出的喷淋液。
[0014] 根据本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，在进行第二阶段浸出时，采用长 休闲喷淋制度，每天喷淋小于或等于6小时，喷淋强度小于或等于6m 3/h · m2。
[0015] 综上所述，浸出前，采用矿坑水(矿山酸性水）添加硫酸和硫酸铁人工配制第一阶 段浸出使用的喷淋液；第一阶段浸出过程中，各层第一阶段浸出液的萃余液进入第一阶段 喷淋液池储存；第二阶段浸出初期，将第一阶段浸出液的萃余液补加矿坑水(矿山酸性水） 稀释，用于第二阶段浸出，直至第二阶段浸出产生浸出液；此后，第一阶段浸出与第二阶段 浸出的混合浸出液的萃余液一部分进入第一阶段喷淋液池储存，一部分(或经中和后）进入 第二阶段喷淋池储存。
[0016] 根据本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，上述两个喷淋液池中储存的喷淋 液，可以分别用于后续矿堆堆浸的相对应的各阶段浸出步骤，如此循环利用。
[0017] 本发明的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法原理为：利用辉铜矿第一、二阶段溶解 动力学差异与硫化物氧化放热，合理匹配浸出过程的物理、化学、生物因素，实现辉铜矿与 难溶硫化铜矿的高效浸出。
[0018] 辉铜矿（Cu2S)在酸性高铁介质中的溶解分两阶段进行，第一阶段溶解动力学主要 受氧化剂Fe 3+从溶液至矿物表面的扩散控制，其溶解速率与氧化剂Fe3+浓度成正比，保持足 够高的Fe 3+浓度即可快速溶解Cu2S中的第一个铜；Cu2S第二阶段溶解受化学反应控制，与 温度强相关，升温才能快速溶解Cu 2S中的第二个铜（即CuS中的铜)，其速率与浸出液中Fe3+ 浓度弱相关。基于Cu2S溶解动力学特点，采用分段浸出，即第一阶段高酸高铁浓度下，第二 阶段高温下浸出，不仅可以使仏^快速浸出，而且可以获得较高的浸出液品位；同时在高 温下矿石二次风化更显著，可以促进细粒Cu 2S暴露，进而降低最终浸渣品位，提高铜总回收 率。主要产酸产热矿物黄铁矿的氧化动力学受体系的氧化还原电位控制，氧化还原电位低 时，黄铁矿氧化速率缓慢。在生物浸出体系中，氧化还原电位受体系中铁氧化菌活性控制， 铁氧化菌数量多活性强时，体系氧化还原电位高，黄铁矿亦可快速溶解。黄铁矿氧化放热， 可以使矿堆升温，有利于&1 25第二阶段浸出；但同时放酸放铁至溶液中，将增加中和成本； 因此控制黄铁矿合理氧化是实现铜高效浸出与低成本酸铁平衡的关键。采用多层堆浸，保 持足够的矿堆高度，并控制布液量，既可以使矿堆升温，又可以控制铁菌生长，从而控制体 系的氧化还原电位，进而控制黄铁矿合理氧化。
[0019] 本发明采用二段生物堆浸技术处理次生硫化铜矿，方法工艺简单，过程参数容易 控制，有效促进次生硫化铜矿的浸出，并可显著降低运营成本，显著降低浸出渣铜品位，从 而有效提1?资源的综合利用率。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1本发明的工艺流程框图。
[0021] 附图标识
[0022] 1、矿石破碎工序 2、第一层筑堆工序 3、第一层第一阶段浸出
[0023] 4、第二层筑堆工序 5、第二层第一阶段浸出 6、第三层筑堆工序
[0024] 7、第三层第一阶段浸出8、第二阶段浸出工序 9、混合浸出液
[0025] 10、萃取工序 11、萃余液 12、第一阶段喷淋液池
[0026] 13、中和工序 14、第二阶段喷淋液池 15、含铜有机相
[0027] 16、反萃工序17、电积工序18、阴极铜
【具体实施方式】
[0028] 如图1所示，次生硫化铜首先经矿石破碎工序1 ;破碎后的矿石送入矿石第一层筑 堆工序2 ;然后进行矿堆第一层第一阶段浸出3,直至浸出矿石中40%?50%的铜；按此步 骤再依次进行第二层筑堆工序4、第二层第一阶段浸出5、第三层筑堆工序6、第三层第一阶 段浸出7,直至各层第一阶段浸出完成（即最后一层浸出矿石中40%?50%的铜）；进行多层 矿堆第二阶段浸出工序8。工序3、5、7以及工序8的混合浸出液9,经萃取工序10,萃余液 11 一部分储存于第一阶段喷淋液池12,用于第一阶段浸出；一部分经中和工序13后，储存 于第二阶段喷淋液池14中，用于第二阶段浸出。经萃取工序10萃取后的含铜有机相15送 入反萃工序16,反萃后的含铜富液进入电积工序17得到阴极铜18。
[0029] 以下结合实例对本发明进一步说明：
[0030] 实施例1
[0031] 某次生硫化铜矿石中铜品位0. 42%，铜矿物以辉铜矿和铜蓝为主，含少量难浸铜矿 物硫砷铜矿和黄铜矿等；黄铁矿含量较高（5-9%)，铜矿物与黄铁矿紧密共生；脉石矿物以 石英为主，耗酸脉石含量低。
[0032] 在该矿两段生物堆浸工业试验中，将所采矿石经两段开路破碎至P8(l=50mm，破碎后 的矿石运送至堆场，进行首层筑堆；采用叠层筑堆法，共筑3层，每层堆高8m。采用本矿产 出的酸性矿坑水(矿山酸性水）配制第一阶段浸出所需的喷淋液，喷淋液中硫酸浓度20? 25g/L，Fe 3+浓度15?20/L，喷淋液储存于第一阶段喷淋池中供第一阶段浸出用。第一阶段 浸出采用连续喷淋，直至浸出矿石中40%?50%的铜。第一层矿堆完成第一阶段浸出后，在 第一层基础上筑第二层矿堆，采用第一阶段喷淋液浸出第二层矿堆。第二层矿堆的第一阶 段浸出完成后，进行第三层筑堆喷淋。各层第一阶段浸出全部完成后（即最后一层浸出矿石 中40%?50%的铜)，进行第二阶段浸出，直至浸出矿石中80%以上的铜。矿堆浸出结束后， 在该矿堆上，重新分层筑堆进行两段生物堆浸。
[0033] 第二阶段浸出采用长休闲喷淋制度，每天喷淋时间4?6小时，喷淋强度5?6m3/ h · m2,喷淋强度和休闲时间以浸出液温度为标识，浸出液温度小于45°C时，减少喷淋强度。
[0034] 第一阶段浸出液进入萃取作业，其萃余液返回第一阶段喷淋池，补酸至20g/L后 用于第一阶段浸出；第二阶段浸出开始后，将第一阶段浸出与第二阶段浸出的混合浸出液 的萃余液用于第一阶段浸出。第二阶段浸出采用较低酸度（pH〈l. 5)的喷淋液，投产初期采 用第一阶段浸出液的萃余液，加入当地矿坑水(矿山酸性水）调节pH值至1. 2-1. 5后，用于 第二阶段浸出；之后采用第一阶段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液的萃余液，酸度过低 (pH〈l. 2)时采用石灰石中和后储存于第二阶段喷淋池。
[0035] 浸出液经萃取-电积产出阴极铜。
[0036] 浸出液中Cu2+的浓度达3. 0?4. 5g/L，浸出9?10个月，浸渣铜品位小于0. 07%， 铜的浸出率达80%以上。与国外同类实践相比，浸出周期显著缩短，浸渣品位显著下降。
【权利要求】
1. 一种次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，包括以下步骤： 1) 将破碎后的次生硫化铜矿送入堆场筑堆进行第一阶段浸出，直至最后一层矿石中浸 出40%?50%的铜，其中，喷淋液中硫酸浓度大于等于20g/L，Fe 3+浓度大于等于15g/L ; 2) 使步骤1)第一阶段浸出后的次生硫化铜矿进行第二阶段浸出，采用1. 2〈pH〈l. 5的 喷淋液，当浸出液温度小于45°C时，减少喷淋强度； 3) 第一阶段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液，依次经萃取、反萃和电积后得到阴极 铜。
2. 根据权利要求1所述的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，其特征在于，所述筑堆分 层进行，包括三层或以上，总层高不低于20m;逐层进行筑堆和第一阶段浸出，当每一层浸 出矿石中40%?50%的铜后，进行下一层的筑堆和第一阶段浸出，当最后一层矿石中浸出 40%?50%的铜后，进行第二阶段浸出。
3. 根据权利要求1或2所述的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，其特征在于，所述的第 一阶段浸出时，使用的喷淋液采用矿坑水配制，矿坑水中含有堆浸所需微生物，浸出过程中 微生物在矿堆与浸出液中自然生长。
4. 根据权利要求1或2所述的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，其特征在于，使用第一 阶段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液的萃余液作为第一阶段浸出的喷淋液。
5. 根据权利要求1或2所述的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，其特征在于，第一阶段 浸出采用连续喷淋制度，喷淋强度以浸出液中酸浓度减至5g/L为限，低于5g/L时增大喷淋 量。
6. 根据权利要求1所述的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，其特征在于，进行第二阶 段浸出时，每天喷淋小于或等于6小时，喷淋强度小于或等于6m 3/h · m2。
7. 根据权利要求1所述的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，其特征在于，使用第一阶 段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液的萃余液作为第二阶段浸出的喷淋液。
8. 根据权利要求1或7所述的次生硫化铜矿两段生物堆浸方法，其特征在于，当第一阶 段浸出和第二阶段浸出的混合浸出液的萃余液的pH〈l. 2时，采用石灰石中和后作为第二 阶段浸出的喷淋液。
【文档编号】C22B3/18GK104109765SQ201310134131
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月17日 优先权日:2013年4月17日
【发明者】阮仁满 申请人:中国科学院过程工程研究所