在金属硫化物常压浸出过程中提高金属回收的系统和方法与流程

相关申请的交叉引用

本申请要求于2014年11月20日提交的题为“systemandmethodforenhancedmetalrecoveryduringatmosphericleachingofmetalsulfides”的共同未决的第62/082,293号美国临时专利申请的优先权和利益，其内容通过引用整体并入本文用于任何和所有目的，如同在此完全阐述。本申请还涉及于2014年9月14日提交的题为“systemandmethodforenhancedmetalrecoveryduringatmosphericleachingofmetalsulfides”的第pct/us2015/050045号国际专利申请，其内容通过引用整体并入本文用于任何和所有目的，如同在此完全阐述。

本发明的实施方式涉及改进从金属硫化物矿石提取金属价的设备、流程和方法。特别地，公开了在常压或基本常压的氧化性浸出回路中提高金属回收的系统和方法。

背景技术：

现在和过去的原生金属硫化物(例如，黄铜矿，砷黝铜矿和硫砷铜矿)的常压浸出方法可能苦于因氧化浸出过程中的物理钝化作用所致的缓慢的反应动力学和不良的金属回收。当元素硫产物层的生长堵塞了被浸出颗粒的表面时，会发生物理钝化现象。硫反应产物层作为物理屏障，阻碍反应物和产物从反应面的运输。

通过改变产物层的孔隙率和/或弯曲度，许多因素可以加大硫产物在金属溶解方面的不利影响。这些因素单独或共同地包括晶体相变，部分熔融和重结晶，或者完全晶体熔化。钝化作用的范围将取决于反应介质的温度和反应区域的温度，这可能与整个系统温度不同。这种温差可能会持续整个浸出过程，或者可能是暂时的。

钝化的其他机理可以包括形成贫金属的非化学计量硫化物相，其对进一步的阳极溶解反应具有抗性。此外，如果经由电化学氧化还原机理发生金属硫化物的溶解，则阳极溶解步骤将取决于反应面上的ph和氧化还原电位。

本领域技术人员已知的许多因素可能使得难以保持最佳氧化还原电位以在最大溶解速率下实现完全金属回收。在一些情况下，从矿石精矿中浸出原生金属硫化物也可能苦于因在泡沫浮选过程中使用的残余起泡剂所致的缓慢的反应动力学和不良的金属回收。残余的起泡剂可能存在于被浸出的颗粒上并干扰表面浸出化学。

过去已经尝试了许多方法通过使用浸出催化剂来提高金属浸出速率。一种方法建议通过用细颗粒碳掺杂层来增加通过阻电的反应-产物层的电子传输来解决钝化问题(参见例如us-4,343,773)。此外，最近提出的用于解决钝化的方法(us-2012/0279357)依赖于添加活性炭催化剂以增大含砷硫化铜的浸出速率。还有，其他方法已经使用银基催化浸出系统来提高酸性硫酸铁介质中的铜溶解速率(j.d.miller,p.j.mcdonoughandp.j.portillo,electrochemistryinsilvercatalyzedferricsulfateleachingofchalcopyrite,inprocessandfundamentalconsiderationsofselectedhydrometallurgicalsystems,m.c.kuhn,ed.,sme-aime,newyork,pp.327-338,1981)，而其他人则使用银活化的黄铁矿来达到相似的结果(us-8,795,612)。申请人近来还提出了一种用于含铜硫化物矿物的强化浸出的方法和工艺，其在浸出过程中利用微波辐射来对抗钝化对浸出的不利影响(wo2014074985a1)。。

还有一些已经采用硫化铜精矿的预浸出、超细研磨(即，经由粒径减小的纯机械预浸出活化)以实现快速的研磨后浸出动力学(us5,650,057)。us-5,993,635描述了一种从硫化物-矿物组合物中回收铜的方法，其包括将浸出进料超细研磨至约3-5μm的p80的步骤(参见us-5,993,635中的实施例3)。虽然在小规模范围内95％或以上的铜溶解在10小时内实现，但在浸出之前研磨至如此小的粒径在中低品位的金属精矿中逐渐变得不太经济。

一些以前的方法在所谓的批次机械-化学浸出过程中结合了超细研磨和浸出；然而，这些浸出过程是不能提供连续的下游流动或活塞式流动的高能循环“批次”过程。此外，迄今为止，所有现有技术的方法都需要过大的能量输入来实现黄铜矿的显著水平的铜溶解。虽然实现80％铜提取的浸出时间已被证明是短至1小时，但是这种方法难以适应大规模的商业操作(d.a.rice,j.r.cobble,andd.r.brooks,effectsofturbo-millingparametersonthesimultaneousgrindingandferricsulfateleachingofchalcopyrite,ri9351,usbureauofmines,1991)。此外，由于在高元素硫负载下发生的钝化，超过95-97％的铜回收率是不可实现的，本发明人将其解释为表明多种机理正在有效地阻碍金属溶解和回收。

此外，虽然机械-化学过程可以通过利用在键断裂时产生的自由基的即时反应性来加速反应速率，现有技术方法尚未被获知或披露在原子水平和在不涉及化学键的形成或破坏的反应中是有效的(例如，加速亚铁向三价铁的氧化)。

尽管用超细研磨进行预处理，表面钝化反应仍然是有问题的。通过金属硫化物的超细研磨来将浸出时间(其中在浸出前对精矿预处理)减少到9小时以下的努力大部分不成功。需要改进的方法来经济地减少浸出时间并增加金属溶解和回收率至98％及以上。

发明目的

优选地，实施方式减少和/或消除将多余试剂(superfluousreagentorreagents)添加到浸出回路中的需要，以减轻与采购、运输和配量相关的额外成本。

此外，优选地，实施方式减少和/或消除将多余试剂添加到浸出回路中的需要，以减轻对下游sx/ew系统的负面影响。

还需要通过在连续金属回收流程的连续氧化性浸出回路中采用新的机械-化学/物理-化学技术来减轻物理和/或电化学钝化的影响。

本发明的这些和其它目的将从本文的附图和描述中变得显而易见。虽然本发明的每一个目的被认为是通过本发明的至少一个实施方式来实现的，但是本发明并不一定有任何一个实施方式实现本发明的所有目的。

技术实现要素：

公开了一种氧化性浸出回路。所述氧化性浸出回路可以包括至少一个搅拌釜反应器和至少一个剪切釜反应器，所述至少一个剪切釜反应器被设置为比所述至少一个搅拌釜反应器赋予颗粒更高的剪切力。在一些实施方式中，至少一个剪切釜反应器以比至少一个搅拌釜反应器更高的功率密度运行。至少一个搅拌釜反应器和至少一个剪切釜反应器可以串联连接，例如，以级间构造(inter-stageconfiguration)。至少一个搅拌釜反应器和至少一个剪切釜反应器可以并联连接，例如，以级内构造(intra-stageconfiguration)。至少一个剪切釜反应器可以被布置在至少一个搅拌釜反应器内，例如，以原位构造(insituconfiguration)。在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括至少两个搅拌釜反应器。在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括至少两个剪切釜反应器。至少一个剪切釜反应器可以提供机械-化学或物理-化学反应，并且至少一个搅拌釜反应器可以在操作过程中提供化学反应。在一些实施方式中，至少一个剪切釜反应器可以包括搅拌介质反应器、包含一个或多个高剪切叶轮的高剪切反应器或包含高剪切转子和高剪切定子的高剪切反应器。至少一个剪切釜反应器可以包括包含研磨介质的搅拌介质反应器。至少一个剪切釜反应器可以包含一个或多个高剪切叶轮。至少一个剪切釜反应器可以包含一个或多个泵抽叶片。每个剪切釜反应器可以包含至少一个高剪切转子和至少一个高剪切定子。

还公开了在金属硫化物的常压或基本常压的浸出过程中改进浸出动力学和金属回收的方法。根据一些实施方式，所述方法可以包括以下步骤：(a)经由浮选产生金属硫化物精矿；(b)在一个或多个搅拌釜反应器中处理金属硫化物精矿以产生氧化处理的金属硫化物精矿；和(c)在一个或多个剪切釜反应器中对金属硫化物精矿内或氧化处理的金属硫化物精矿内的颗粒进行物理-化学处理；其中一个或多个剪切釜反应器被设置为与一个或多个搅拌釜反应器相比赋予颗粒更大量的剪切力。所述方法还可以包括以下步骤：(d)从颗粒中提取金属，所述金属包括铁、镍、钴、铜、锌、银、金、锑或铋。所述方法还可以包括以下步骤：(e)从颗粒中提取非金属，所述非金属包括砷或硫。步骤(c)可以与步骤(b)顺序地(inseries)进行，或者步骤(c)可以与步骤(b)并行地(inparallel)进行，而不限于此。在某些情况下，步骤(c)可以在步骤(b)之前或之后进行。在一些实施方式中，步骤(c)和步骤(b)可以混合构造(hybridconfiguration)进行，其中一个或多个剪切釜反应器中的至少一个被配置在一个或多个搅拌釜反应器中的至少一个之中。一个或多个剪切釜反应器可以包括搅拌介质反应器、包含一个或多个高剪切叶轮的高剪切搅拌反应器或包含高剪切转子和高剪切定子的高剪切反应器，但不限于此。在一些情况下，一个或多个剪切釜反应器可以包含研磨介质。在一些情况下，一个或多个剪切釜反应器可以包括至少一个高剪切叶轮。在一些情况下，一个或多个剪切釜反应器可以包括至少一个泵抽叶片(pumpingblade)。在一些情况下，一个或多个剪切釜反应器可以包括至少一个高剪切转子和至少一个高剪切定子。

还公开了用于在金属硫化物的常压或基本常压浸出过程中改进浸出动力学和金属回收的氧化性浸出回路200，所述氧化性浸出回路200包括：(a)至少一个搅拌釜浸出反应器；和(b)至少一个剪切釜反应器，所述至少一个剪切釜反应器被设置为与至少一个搅拌釜反应器相比赋予金属硫化物颗粒更大量的剪切力。氧化性浸出回路可以包括至少两个搅拌釜反应器和(c)被布置在至少两个搅拌釜反应器之间的固-液分离装置。位于固-液分离装置下游的搅拌釜反应器可以在体积上小于位于固-液分离装置上游的搅拌釜浸出反应器。在一些实施方式中，氧化性浸出回路还可以包括(c)被布置在至少一个剪切釜反应器与至少一个搅拌釜反应器之间的固-液分离装置。至少一个剪切釜反应器可以被布置在所述至少一个氧化搅拌釜浸出反应器之中。至少一个剪切釜反应器可以被布置在两个搅拌釜反应器之间。至少一个剪切釜反应器可以与至少一个搅拌釜反应器以级内构造布置；其中至少一个剪切釜反应器可以由至少一个搅拌釜反应器进料，并且其中至少一个剪切釜反应器可以再进料到至少一个搅拌釜反应器。至少一个剪切釜反应器可以选自搅拌介质反应器，包含一个或多个高剪切叶轮和/或泵抽叶片的高剪切搅拌反应器，或包含高剪切转子和定子的高剪切反应器。至少一个剪切釜反应器可以包括研磨介质。至少一个剪切釜反应器可以包括选自以下的一个或多个高剪切叶轮：锁紧叶片、倾斜叶片、马刀型叶片、线圈叶片、弯曲径向叶片、掠形叶片、拆卸式叶片(dis-mountedblade)、双高速叶片、交替齿形叶片、非交替齿形叶片、高翼叶片(high-vaneblade)、cowles叶片和刮刀。至少一个剪切釜反应器可以包含至少一个高剪切转子和至少一个高剪切定子。至少一个搅拌釜反应器可以第一研磨能操作，并且至少一个剪切釜反应器可以高于第一研磨能的第二研磨能操作。至少一个搅拌釜反应器可以第一功率密度操作，并且至少一个剪切釜反应器可以高于第一研磨能的第二功率密度操作。

在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括：第一搅拌釜反应器；第二搅拌釜反应器；以及布置在第一搅拌釜反应器和第二搅拌釜反应器之间的剪切反应器。在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括：第一剪切釜反应器；第二剪切釜反应器；和布置在第一剪切釜反应器和第二剪切釜反应器之间的搅拌釜反应器。

在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括：第一搅拌釜反应器；以及布置在第一搅拌釜反应器之中的剪切反应器或剪切釜反应器。在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括：(a)第一搅拌釜反应器，其具有被设置为接受金属硫化物精矿的第一入口；被设置为将金属硫化物精矿输送到下游的另一个搅拌釜反应器的第一出口；被设置为将金属硫化物精矿输送到剪切釜反应器的第一级内出口；以及被设置为从剪切釜反应器接收金属硫化物精矿的第一级内入口；和(b)剪切釜反应器，其具有被设置为从第一搅拌釜反应器接收金属硫化物精矿的第一级内入口；以及被设置为将金属硫化物精矿输送到第一搅拌釜反应器的第一级内出口。

在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括：(a)第一搅拌釜反应器，其具有：入口，其被设置为接收金属硫化物精矿；出口，其被设置为从第一搅拌釜反应器输送金属硫化物精矿；(b)第二搅拌釜反应器，其具有入口并被配置在第一搅拌釜反应器下游；(c)固-液分离装置，其被配置在第一搅拌釜反应器和第二搅拌釜反应器之间，所述固液分离装置与第一搅拌釜反应器的出口和第二搅拌釜反应器的入口可操作地连通，其中所述固-液分离装置被设置为使从第一搅拌釜反应器接收的金属硫化物精矿脱水并将液体部分通入第二搅拌釜反应器的入口；和(d)至少一个剪切釜反应器，其被设置为对金属硫化物精矿中的颗粒赋予比第一搅拌釜反应器或第二搅拌釜反应器更高的剪切力。第二搅拌釜反应器可以具有比第一搅拌釜反应器更小的体积比。第一搅拌釜反应器或第二搅拌釜反应器可以与至少一个剪切釜反应器串联连接。第一搅拌釜反应器或第二搅拌釜反应器可以至少与一个剪切釜反应器并联连接。至少一个剪切釜反应器可以布置在第一搅拌釜反应器或第二搅拌釜反应器内之中。布置在第一搅拌釜反应器或第二搅拌釜反应器之中的至少一个剪切釜反应器可以包括不包含釜或釜部分的剪切反应器。

在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括：至少一个搅拌釜反应器；和包含反应颗粒的至少一个剪切釜反应器；其中至少一个剪切釜反应器被设置具有用于以下的机械装置：i)协同破坏因在反应颗粒表面处产生的疏水元素硫反应产物所致的颗粒-颗粒附聚(particle-particleagglomerations)，或ii)协同再排列因在反应颗粒表面处产生的疏水元素硫反应产物所致的颗粒-颗粒附聚。在一些实施方式中，破坏颗粒-颗粒附聚包括打破颗粒-颗粒附聚中的颗粒-颗粒接触。在一些实施方式中，步骤i)或ii)可以改变到达和始于反应面的扩散路径长度。在一些实施方式中，步骤i)或ii)可以加速到达和始于反应面的物质传递。

在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括：至少一个搅拌釜反应器；至少一个剪切釜反应器；以及位于至少一个搅拌釜反应器和至少一个剪切釜反应器下游的固/固分离装置；其中所述固/固分离装置可被设置用于从氧化性浸出回路中的其它颗粒中分离元素硫反应产物。在一些实施方式中，氧化性浸出回路还可以包括可操作地连接到固/固分离装置的再循环流，其中所述再循环流被设置用于再循环已经由固/固分离装置与元素硫分离的氧化性浸出回路中的颗粒，并将再循环颗粒带入以下的一个或多个：位于氧化性浸出回路上游的再研磨回路，至少一个搅拌釜反应器，至少一个剪切釜反应器或调理桶，但不限于此。

还公开了浸出方法。根据一些实施方式，所述方法包括以下步骤：(a)提供包括至少一个搅拌釜反应器202和至少一个剪切釜反应器212的氧化性浸出回路200；(b)在至少一个搅拌釜反应器202和至少一个剪切釜反应器212内处理包含金属硫化物颗粒的浮选精矿；(c)在至少一个搅拌釜反应器202中形成含有所述金属硫化物颗粒的附聚；和(d)间歇地破坏至少一个剪切釜反应器212内的附聚以增强金属硫化物颗粒的浸出动力学，增加金属硫化物颗粒的金属回收或降低附聚内的有效电化学扩散路径长度。步骤(c)可以包括使用絮凝剂有效地形成附聚，而不是被动地形成附聚。

还公开了从金属硫化物精矿中提取硫的方法。根据一些实施方式，所述方法包括：(a)对颗粒进行机械-化学和/或物理-化学处理；(b)使用固-固分离装置从步骤(a)的机械-化学和/或物理-化学处理的颗粒中分离元素硫；和(c)从固/固分离装置去除在步骤(b)中分离的元素硫。所述固-固分离装置可以被设置为基于机械-化学和/或物理-化学处理的颗粒的密度进行颗粒/颗粒分离。所述固-固分离装置可以包括离心装置，诸如重力离心浓缩器(例如，分批或连续可变排放)或旋风分离器，但不限于此。

公开了金属回收流程内的连续氧化性浸出回路。在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以维持在600mv(she)和800mv(she)之间的氧化还原电位，例如，在650mv(she)和750mv(she)之间。在一些实施方式中，氧化性浸出回路被设置用于氧化浸出金属硫化物精矿，并且可以包括以下的组合：多个搅拌釜反应器和一个或多个剪切釜反应器。在一些实施方式中，搅拌釜反应器可以是氧化浸出反应器并可以与剪切釜反应器串联布置。在一些实施方式中，搅拌釜反应器可以与剪切釜反应器并联布置。在一些实施方式中，搅拌釜反应器可以布置成与剪切釜反应器串联和并联。在一些实施方式中，剪切釜反应器可以原位布置于搅拌釜反应器之中。在一些实施方式中，单个剪切釜反应器可以在多个搅拌釜反应器之间共享。预期可采用上述构造的各种置换/组合，而不限于此。

还公开了包括连续氧化性浸出回路的金属回收流程。金属回收流程可以包括：(a)硫化物浓缩器，其包括浮选回路以产生金属硫化物精矿；和(b)常压或基本常压的金属硫化物浸出回路。常压或基本常压的金属硫化物浸出回路可以包括用于经由溶解从金属硫化物精矿回收至少一种有价金属的氧化性浸出回路。示例性氧化性浸出回路的各种非限制性实施方式可以在图1-5中看到。

在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以保持在低于约1.0的ph和在600mv(she)和800mv(she)之间的氧化还原电位。在一些实施方式中，氧化性浸出回路可以包括一个或多个剪切釜反应器，所述一个或多个剪切釜反应器可操作地连接到多个搅拌釜反应器。一个、一些或所有这些搅拌釜反应器可以包含氧化还原控制源，诸如一个或多个氧气和/或富集的空气喷射器。一个、一些或全部的剪切釜反应器可以包含氧化还原控制源，诸如一个或多个氧气和/或富集的空气喷射器。

根据一些实施方式，氧化溶解可以在搅拌釜反应器中在约600至约800mv(she)之间的氧化还原电位发生，这是传统上已知会促进钝化、减缓或完全停止浸出动力学的范围。

根据一些实施方式，金属硫化物精矿包括黄铜矿。根据一些实施方式，氧化溶解在剪切釜反应器中进行；其中所述剪切釜反应器选自以下中的至少一种：搅拌介质反应器，包含一个或多个高剪切叶轮和/或泵抽叶片的高剪切搅拌反应器，以及包含至少一个高剪切转子和至少一个高剪切定子的高剪切反应器。

根据一些实施方式，氧化性浸出回路可以被设置为通过提供并在约2千瓦/立方米至约100千瓦/立方米范围内的功率密度下操作剪切釜反应器而在大约9小时内(例如，在大约6小时内)浸出多于80％的金属。根据一些实施方式，氧化性浸出回路可以被设置为通过提供并在约5千瓦/立方米至约100千瓦/立方米范围内的功率密度下操作剪切釜反应器而在大约9小时内(例如，在大约6小时内)浸出多于95％的金属。

根据一些实施方式，氧化性浸出回路可以被设置为通过提供并在约5千瓦/立方米至约20或30千瓦/立方米范围内的功率密度下操作剪切釜反应器而在大约9小时内(例如，在大约6小时内)浸出多于98％的金属。根据一些实施方式，氧化性浸出回路可以被设置为通过提供并在约20千瓦/立方米至约100千瓦/立方米范围内的功率密度下操作剪切釜反应器而在大约9小时内(例如，在大约6小时内)浸出多于95％的金属。在一些优选实施方式中，从金属硫化物浸出的金属包括铜。在其它实施方式中，从金属硫化物浸出的金属包括锌。

根据一些优选实施方式，金属硫化物颗粒的氧化浸出可以通过经由具有物理-化学处理装置的氧化性浸出回路实现的物理-化学过程来增强。物理-化学处理装置可以经由物理-化学机理同时显著减少金属硫化物颗粒的电化学钝化和物理钝化。根据一些实施方式，物理-化学机理可以包括物理/机械剪切过程组件(例如，至少一个剪切釜反应器)和化学浸出过程组件(例如，在同一氧化性浸出回路中的至少一个搅拌釜反应器)。根据一些实施方式，剪切过程组件可以被设置为协同地为金属硫化物颗粒赋予机械洗涤、研磨、磨耗或其组合。根据本发明的另一个实施方式，剪切过程组件可以被设置为协同地赋予因在氧化浸出过程中在反应金属硫化物颗粒表面处产生的疏水元素硫反应产物所致的颗粒-颗粒附聚的物理破坏。应当理解，化学相互作用可能发生在剪切过程组件中，并且这些化学相互作用可能不同于在常规搅拌釜反应器和/或化学浸出过程组件中发现的化学相互作用。

根据一些实施方式，剪切过程组件可以包括剪切釜反应器，例如，选自以下组中的至少一个的反应器：搅拌介质反应器，高剪切反应器，包含一个或更多的高剪切叶轮(例如，cowles叶片)和/或泵抽叶片的搅拌反应器，以及包含至少一个高剪切转子和至少一个高剪切定子的反应器。根据一些实施方式，切割过程组件可以位于化学浸出组件的下游。根据一些实施方式，剪切过程组件可以位于化学浸出组件的上游。根据一些实施方式，剪切过程组件可以位于化学浸出组件之中，反之亦然，以便在同一装置内提供物理-化学机理的两个组件。根据一些实施方式，剪切过程组件可以与同一氧化性浸出回路中的化学浸出组件串联、并联和/或在化学浸出组件之中。在一些实施方式中，化学浸出组件和剪切过程组件可形成连续流通的线性氧化性浸出回路200的部分，而不是循环或分批氧化性浸出回路的部分。

根据一些实施方式，一个或多个搅拌釜反应器可在大气压力下操作，并且一个或多个剪切釜反应器可在高于大气压力或大气压力下操作。根据一些优选实施方式，剪切釜反应器可以被设置为在小于20巴和等于或大于1巴下操作。例如，本文中公开的剪切釜反应器可以被设置为在约1至约10巴范围内的氧气过压压力下操作。甚至更优选地，本文公开的剪切釜反应器可以被设置为在约1至约5巴范围内的氧气过压下进行操作，但不限于此。根据一些实施方式，金属硫化物颗粒可以在搅拌釜反应器内度过其总合计停留时间的约80-95％以上——例如，优选在常压或基本常压条件下。根据一些实施方式，金属硫化物颗粒可以在剪切釜反应器内度过其总合计停留时间的约10-20％以下——例如，在基本常压条件或高于常压条件。根据一些实施方式，在单独的剪切釜反应器内发生的剪切过程可以包括通过使用酸、铁离子、气态o2、空气或其组合同时控制ph和氧化还原电位。

现在转向附图，可以在氧化性浸出回路200内使用一个或多个剪切釜反应器212(在附图中也标记为“smrt”)。在一些实施方式中，如图1所示，一个或多个剪切釜反应器212可以在各个相邻的搅拌釜反应器202(也在附图中标记为“浸出”)之间串联布置(即“级间”)。搅拌釜反应器202优选地用作氧化浸出反应器，并且可以包括常规的搅拌釜反应器(cstrs)，但不限于此。在一些实施方式中，一个或多个剪切釜反应器212可以并联布置(即，“级内”)，以便接收来自同一搅拌釜反应器202的进料并可操作地再进料搅拌釜反应釜202，如图2所示。在一些实施方式中，可以在浸出回路200中配置包括一个或多个固-液分离部件或脱水设备的固-液分离或脱水步骤，如图3的中心所示，以解决系统内过量浓度积聚问题。例如，可以使用固-液分离或脱水设备来防止铜浓度超过溶解度极限或者防止铜浓度超过位于氧化性浸出回路200下游的溶剂萃取和电解沉积(sx/ew)系统(未示出)的能力。在一些实施方式中，随着金属回收流程向下游进展，搅拌釜反应器202可以连续地增加有效的停留时间和/或尺寸(例如，体积)。在这方面，浸出母液(pls)变得过于浓缩铜和铁的风险可能会减少。

根据一些实施方式，润湿剂可用于控制起泡。润湿剂可以包括聚合物电解质、聚合物絮凝剂，或各种聚合物电解质和聚合物絮凝剂可以单独或组合使用，但不限于此。根据一些实施方式，润湿剂可有利地用于将来自氧化性浸出回路200的浸出尾矿中的残余金属量减少至小于1wt％，更有利地小于0.8wt％，且更有利地小于0.5wt％。优选地，来自本文所公开的氧化性浸出回路的浸出尾矿中的残余金属量接近、等于或少于原矿(rom)材料。

根据一些实施方式，一个或多个剪切釜反应器212可以可操作地连接到多个搅拌釜反应器202，其中金属硫化物颗粒在一个或多个剪切釜反应器212中的总停留时间取决于或者是在整个氧化性浸出回路200内的总停留时间的函数。一个或多个剪切釜反应器212内的停留时间也可取决于或者是氧化性浸出回路200内的搅拌釜反应器的总合计体积与氧化性浸出回路200内的剪切釜反应器212的总合计体积之间的体积比的函数。优选的体积比不等于1。根据一些实施方式，剪切釜反应器212与搅拌釜反应器202的体积比可以在约1:2和约1:200之间；例如，在约1:4和约1:175之间；或在约1:10和约1:150之间；在约1:20和约1:100之间；或在约1:25和约1:75之间；或在约1:30和约1:50之间，诸如近似1:40，但不限于此。

根据一些实施方式，当在低于元素硫熔点的温度下操作部分氧化性浸出回路200时，可以在小于20小时(例如，小于10小时)内实现约90％或更高的金属回收。根据一些实施方式，当在低于元素硫熔点的温度下操作部分氧化性浸出回路200时，可以在小于9小时(例如，小于6小时)内实现约90％或更高的金属回收。根据一些实施方式，当在低于元素硫熔点的温度下操作部分氧化性浸出回路200时，可以在小于10小时内实现约95％或更高的金属回收。根据一些实施方式，当在低于元素硫熔点的温度下操作部分氧化性浸出回路200时，可以在小于6小时内实现约95％或更高的金属回收。

根据一些实施方式，金属回收流程还可以包括超细研磨机(为了清楚起见未示出)，其用于在氧化性浸出回路200上游(即，在氧化浸出之前)超细研磨精矿。根据一些实施方式，研磨精矿可以包括100微米或更细的p95。根据一些实施方式，研磨精矿可以包括75微米或更细的p95。根据一些实施方式，在氧化浸出之前，研磨精矿可以包括40微米或更细的p95。

根据一些实施方式，金属回收流程还可以包括添加粘度调节剂以提高剪切釜反应器212内的颗粒所经受的剪切力的装置。

附图说明

为补充所做的描述，并且为了帮助更好地理解本发明的特征，示出了优选的装置及其使用方法的一组附图作为其整体部分被附加到本说明书，其中已经描述了具有说明性和非限制性特点的以下内容。应当理解，附图中使用的相同参考标记(如果使用的话)可以标识类似的组件。

图1是示出可能采用本发明某些方面的金属回收流程的非限制性、示例性连续氧化性浸出回路部分的示意图，其中新的剪切釜反应器可以串联布置在搅拌釜反应器之间；换言之，氧化性浸出回路中的剪切釜反应器可以接收来自上游搅拌釜反应器的浸出浆料和/或进料下游搅拌釜反应器。如图所示，氧化性浸出回路可以包括至少一个预调理桶。

图2是示出可采用本发明某些方面的金属回收流程的非限制性、示例性连续氧化性浸出回路部分的示意图，其中新的剪切釜反应器可以并联布置；换言之，氧化性浸出回路中的剪切釜反应器可以接收来自相应的搅拌釜反应器的浸出浆料并再进料同一相应的搅拌釜反应器。如图所示，氧化性浸出回路可以包括至少一个预调理桶。

图3是示出可能采用本发明某些方面的金属回收流程的非限制性、示例性连续氧化性浸出回路部分的示意图。如图所示，氧化性浸出回路可以包括固-液分离步骤，优选在过程中部，以有助于预防铜浓度的累积。

图4是示出可能采用本发明某些方面的金属回收流程的非限制性、示例性连续氧化性浸出回路部分的示意图。如图所示，氧化性浸出回路可以在氧化性浸出回路的第一部分内包含多个较大的搅拌釜反应器，随后进行固-液分离步骤以帮助防止铜浓度的累积；其中在固-液分离装置的下游，采用了多个插入到多个剪切釜反应器之间的较小的搅拌釜反应器。

图5是示出可能采用本发明某些方面的金属回收流程的非限制性、示例性连续氧化性浸出回路部分的示意图。如图所示，氧化性浸出回路可以包括具有原位布置于其中的至少一个剪切釜反应器的搅拌釜反应器。多个混合设备可以可操作地串联连接(如图所示)，和/或它们可以以并联构造(未示出)，但不限于此。

图6是示出可用于获得分批浸出试验测量结果的非限制性、示例性氧化性浸出回路的示意图。

图7-11图示了经由实验室规模的实验使用图6所示的氧化性浸出回路获得的结果。

图12是示出可以有利地使用本文公开的新的氧化性浸出回路的某些实施方式的非限制性、示例性金属回收流程的示意图。

图13是更详细地示出图12所示的非限制性、示例性金属回收流程的一部分的示意图。

图14示意性地描绘了根据一些实施方式可能在剪切釜反应器中发生的机械-化学处理。

图15示意性地描绘了根据一些实施方式可能在剪切釜反应器中发生的物理-化学处理。

在下文中，将结合示例性实施方式参考附图来更详细地描述本发明。

具体实施方式

附图中所示的非限制性实施方式的以下描述本质上仅仅是示例性的，并且绝不旨在限制本文公开的发明、其应用或用途。

如图12所示，本发明的实施方式可以包括具有单元操作112的金属回收流程110。单元操作112可以包括在硫化物浓缩器回路100下游的常压或基本常压的氧化性浸出回路200，但不限于此。为了清楚起见，未示出矿物加工领域的技术人员已知的这些工艺的典型的外围流程操作。

在一些优选实施方式中，氧化性浸出回路200中的大部分或全部氧化浸出可以在常压条件下进行。在一些实施方式中，少量的氧化浸出(例如，在一个或多个剪切釜反应器212内发生的浸出)可以在常压条件下或任选地在高于常压条件下发生。

在一些优选实施方式中，累积浸出时间的大部分可以在常压压力条件下(例如，在一个或多个搅拌釜反应器202中)发生，且小量的累积浸出时间可能在高于常压的条件下发生。例如，在一些非限制性实施方式中，氧化性浸出回路200，诸如图1-5所示者，可以包括一个或多个开放或基本常压的搅拌釜反应器202以及一个或多个剪切釜反应器212，所述剪切釜反应器212可被密封并且优选地被设置为加压(例如，至1-20巴、1-10巴、1-5巴、约5巴等)，接收氧气、含氧气的气体，和/或任选地含有研磨介质，但不限于此。在本文中、所附权利要求书中以及在共同未决申请中使用的“研磨介质”可以包括非浮选精矿中原有的外来材料，并且可以包括单独或组合的以下的任何一种或多种，但不限于：高密度介质(例如，陶瓷或金属珠、球，各种形状的材料，或金属，诸如粗铜，或非规格、阴极铜)，粒状介质(例如，二氧化硅、砂、石英、冶炼厂炉渣、聚四氟乙烯)，低密度介质(例如，各种形状的聚合材料、胶粒或传送带材料、碳)。在所提供的大多数实施例中，使用均匀尺寸的珠形式的陶瓷介质。

在一些实施方式中，剪切釜反应器212可以包括密封的高剪切搅拌反应器，所述反应器被设置为加压(例如，1-20巴、1-10巴、1-5巴、大约5巴等)，接收氧气和/或赋予比常规搅拌釜反应器所预期的更高水平的剪切力。可以例如通过提供一个或多个高剪切叶轮和/或泵抽叶片来实现较高水平的剪切力，但不限于此。在一些实施方式中，高剪切叶轮可以选自：cowles分散机叶片、锯叶混合叶轮、分散叶片、锯齿分散叶片、斜齿叶片、超剪切分散叶片、高流量分散叶片、高剪切转子/定子及其组合，但不限于此。

在一些优选实施方式中，剪切釜反应器212的体积可以相对小于搅拌釜反应器202的体积。在一些优选实施方式中，剪切釜反应器212所消耗的能量可能相对小于邻近的搅拌釜反应器202所消耗的能量。在一些优选实施方式中，剪切釜反应器212的功率密度可以相对小于相邻的搅拌釜反应器202的功率密度。因此，氧化性浸出回路200的优选实施方式需要与搅拌釜反应器202相比在尺寸上显著减小的剪切釜反应器212。

如果将一个或多个单独的剪切釜反应器212与同一氧化性浸出回路200中的多个搅拌釜反应器202组合使用，则设想在氧化浸出过程中可采用浆料再循环。

可以过滤在金属硫化物精矿的常压或基本常压浸出过程中产生的含有浸出母液(pls)和浸出残渣的浆料19、27，并且可以将pls从氧化性浸出回路200输送到下游溶剂萃取/电解沉积(sx/ew)回路，如图12和13所示。

萃余液72可以从相应的下游溶剂萃取/电解沉积(sx/ew)回路回收，并被送回氧化性浸出回路200。流19、27中的浸出残渣可以被输送到贵金属回收回路和/或最终到浸出残渣处置区域，如图12所示。虽然未明确显示，但是浸出的残渣硫可以在内部或外部处理/回收/除去，以产生硫酸，其可以重新供应氧化性浸出回路200或被销售以抵消成本。

在硫化物浓缩器100中产生的浮选精矿可以任选地在再浆化槽中重新研磨、脱水、用酸性溶液重新制浆，然后在氧化性浸出回路200中的氧化浸出之前在至少一个预调理桶中调节。图1显示脱水精矿1进入再浆化槽(标记为“再浆化”)，其中可以将附加的酸和/或氧气(未示出)加入到再浆化槽中。再制浆的精矿2可以进入第一调理桶(标记为“调理1”)，所述第一调理桶可以具有喷射氧气、富氧空气或空气的喷射装置301。来自下游溶剂萃取(sx)回路的萃余液72可以被进料至第一调理桶，如图所示。预调理的再制浆精矿4可以直接移动到氧化性浸出回路200中的搅拌釜反应器202或剪切釜反应器212，或者到任选的第二调理桶(标记为“调理2”)，以产生两次预调理的再制浆精矿7以减少短循环，但不限于此。气体、液体或气/液组合302(诸如氧气、空气、压缩氧气和/或其各种组合)可以如图所示引入第二调理桶中，类似于第一调理桶。预调理桶允许调节氧化还原电位，以及在氧化浸出之前从进料浆料中汽提非挥发性气体，如氮气和二氧化碳。

被设置为氧化浸出反应器(标记为“浸出1”、“浸出2”、“浸出3”、浸出4”)的一系列搅拌釜反应器202可以串联配置，以从预调理的再制浆精矿4中将金属(例如，铜)浸出到溶液中。根据一些实施方式，搅拌釜反应器202优选地被设置为开放常压常规搅拌釜反应器(cstrs)。

气体、液体或气/液组合304、306、308、310(诸如氧气、空气、压缩氧气和/或其各种组合)可以被引入任何一个搅拌釜反应器202中。气体、液体或气/液组合304、306、308、310的速率、量或组成可以在相应的搅拌釜式反应器202之间相同或不同。例如，在一些实施方式中，气体、液体或气/液组合304、306、308、310的速率、量或组成可随着连续氧化性浸出回路200向下游前进而逐渐变化。此外，速率、量或组成可能在搅拌釜反应器202和相邻的先前或后续的搅拌釜反应器202之间突然变化。

如图所示，离开搅拌釜反应器202的浆料8、11、14、19可以进入相邻的剪切釜反应器212，然后进入下一相邻的下游的搅拌釜反应器202。一定速率、量或组成的气体、液体或气/液组合305、307、309可被引入到任何一个或多个剪切釜反应器212中；并且速率、量或组成可以是相同的，或者对于每个剪切釜反应器212可以是不同的。通过比较图1、2、5可知，剪切釜反应器212可以与搅拌釜反应器202串联布置(即，在图1中所示的级间构造)，与搅拌釜反应器202并联布置(即，在图2中所示的级内构造)，布置在搅拌釜反应器202之中(即，图5所示的原位构造)和/或其各种组合和置换(未示出)，但不限于此。离开上游剪切釜反应器212的浆料10、13、16可如图所示连续地进料到下游的搅拌釜反应器202中。

离开氧化性浸出回路200中的最终处理阶段的浆料19可以进入ccd回路(未示出)，其中可以丢弃尾料，并且倾倒的液剂可以经历额外的固/液分离步骤以净化浸出母液(“pls”)。虽然未示出，但是在某些情况下，用于将元素硫反应产物与浆料19中未反应颗粒分离的固/固分离装置可以在ccd回路之前。在这种构造中，浆料19中的未反应的颗粒可再循环回到氧化性浸出回路200上游的任选的再研磨回路(参见图13)，和/或可另外地再循环到先前的反应器202、212或调理桶(调理1，调理2)，但不限于此。pls可以在被输送到溶剂萃取(sx)回路之前进入容纳槽，在那里可以通过一个或多个混合沉降器处理。来自溶剂萃取回路的萃余液72可以分开，并且一部分可以再循环上游到一个或多个调节桶、搅拌釜反应器和/或剪切釜反应器，但不限于此。萃余液72的输送可以通过喷射装置或以常规方式进行。

在一些实施方式中，可优选地控制在剪切釜反应器212内的浆料颗粒的磨耗、研磨、断裂和/或晶格结构变化的速率，使得所述磨耗、研磨、断裂和/或晶格结构变化的速率大致匹配于搅拌釜反应器202中的化学浸出速率和/或稳定氧化还原电位。在这方面，初始的、假零级的浸出速率可能是可以从共同未决的申请和图7中得到的。尽管剪切釜反应器内的组合物转化的确切机制目前还不完全是已知的，但是本发明人认为由于在颗粒之间赋予的剪切力而导致机械-化学/物理-化学的颗粒间相互作用发生，机械-化学/物理-化学的颗粒间相互作用可能在外部的黄铜矿部分加压，从而增强电化学相互作用。

图11示出了黄铜矿氧化浸出的这一点，其中发生显著量的cu溶解，没有任何h2so4的净消耗，如缺乏ph变化所证明。此外，在黄铜矿溶解的早期阶段的缺乏ph变化可能意味着根据以下一系列反应步骤的硫的氧化基本比得上亚铁氧化的速率：

cufes2+2fe(so4)3→cuso4+5feso4+2s

4feso4+o2+2h2so4→2fe2(so4)3+2h2o

2s+3o2+2h2o→2h2so4

图2是示出氧化性浸出回路200的非限制性、示例性实施方式的示意图，其包括与搅拌釜反应器202并联构造的新的剪切釜反应器212。如图所示，每个剪切釜反应器212可与以级内构造布置的相应的搅拌釜反应器202连通。在一些优选实施方式中，氧化性浸出回路200可以适当地被设置为浸出铜。如图所示，氧化性浸出回路200可以包括至少一个预调理桶，其中精细研磨步骤优选地在氧化性浸出回路200的上游很好地进行。所配置的氧化性浸出回路200与图1中的氧化性浸出回路不同在于，离开搅拌釜反应器200的浆料8、11、14、17进入相应的剪切釜反应器212，其在高剪切条件下处理所接收的浆料，然后将高剪切处理的浆料9、12、15、18返回到与其接收浆料相同的相应的搅拌釜反应器202。类似于图1所示的实施方式中所示，可以将一定速率、量或组成的气体或液体或气/液组合305、307、309、311引入到图2所示的任何一个或多个剪切釜反应器212中。

每个剪切釜反应器212优选地被设置为：a)从常压或基本常压的搅拌釜反应器202接收浆料，b)在高剪切条件下处理从常压或基本常压的搅拌釜反应器202接收的浆料，优选地在高固体浓度下和任选地在约1至5巴之间的氧气过压下，以及c)将经剪切处理的浆料输送回常压或基本常压的搅拌釜反应器202。尽管单个剪切釜反应器212显示为可操作地连接到单个搅拌釜反应器202，预期多于一个剪切釜反应器212可以可操作地连接到单个搅拌釜反应器202，但不限于此。

图3是示出可能采用本发明的某些方面的非限制性、示例性氧化性浸出回路200的示意图，其中氧化性浸出回路200与图1和/或图2相似，但是可以进一步包括在氧化性浸出回路200之中的一个或多个固液分离步骤，以防止或减轻金属浓度的过度累积(例如，减轻铜浓度和微量杂质累积)。例如，如图3所示，离开搅拌釜反应器212的浆料11(例如，标记为“浸出2”的浸出阶段)可以通过固/液分离装置处理，其中由固/液分离装置产生的固体部分104可以在氧化性浸出回路200之中继续进行接下来的浸出，并且其中液体部分105可以向下游移动到溶剂萃取和/或ccd回路，但不限于此。作为非限制性实例，固/液分离装置可以包括以下的一个或多个：增稠器、澄清器、过滤器和筛网，但不限于此。预期了能够脱水或将固体与液体分离的其它常规装置。

图4是示出可能采用本发明的某些方面的非限制性示例性氧化性浸出回路200的示意图。如图所示，氧化性浸出回路200可以包括用于在氧化性浸出回路200的第一部分内实施多个浸出阶段(标记为“浸出1”、“浸出2”、“浸出3”)的多个大型搅拌釜反应器202，然后进行固液分离步骤以帮助防止铜浓度的累积。在固液分离步骤的下游，可以配置在多个剪切釜反应器212之间布置的多个较小型的搅拌釜反应器202。如图所示，剪切釜反应器212可与搅拌釜反应器202串联布置；然而，可采用级间、级内和原位布置的各种构造，但不限于此。大型搅拌釜反应器202的数量可以是任何的，但优选至少在1和4之间。较小型的下游搅拌釜反应器202(标记为“浸出4”、“浸出5”和“浸出6”的浸出阶段)的数量可以是任何的，但优选至少在1和4之间。大型搅拌釜反应器之一与较小型搅拌釜反应器之一的相对体积比可以在约1.1:1至约10:1之间。在一些优选实施方式中，大型的搅拌釜反应器之一和较小型的搅拌釜反应器之一的相对体积比可以在约2:1至约5:1之间，例如约2:1，但不限于此。

如图所示，在一些实施方式中，在固液分离步骤中使用的固液分离装置的上游的氧化性浸出回路200内不配置剪切釜反应器212。然而，预期一个或多个剪切釜反应器212可额外地用于固液分离装置的上游，并且因此以任何本文公开的方式与所示的一个或多个大型搅拌釜反应器202连通。如图所示，在一些实施方式中，剪切釜反应器212可以与固液分离装置下游的较小型的搅拌釜反应器202串联配置。虽然没有示出，但是可以在级内构造下，与较小型的搅拌釜反应器202并联配置一个或多个剪切釜反应器212，但不限于此。可以理解，随着更多的搅拌釜反应器202(例如，浸出5、浸出6)被添加到氧化性浸出回路200中，可采用更多的热交换器34、36。此外，随着更多的搅拌釜反应器202被添加到氧化性浸出回路200中，可以根据需要使用更多的气体、液体或气/液组合312、314；以及可以根据需要配置更多的浆料进料和/或输出流21、23、25、27。

图5是示出采用本发明另外的发明方面的氧化浸出电路200的非限制性、示例性实施方式的示意图。如图所示，可采用包括一个或多个搅拌釜反应器202的浸出回路200；其中一个或多个搅拌釜反应器202中的至少一个还包括布置在其中的至少一个剪切釜反应器212。布置在搅拌釜反应器202之中的每个剪切釜反应器212可以包括用于从相应的搅拌釜反应器202的釜体内接收浆料的入口和用于将经剪切处理的浆料分散回到相应的搅拌釜反应器202的釜体内的出口。

虽然没有明确示出，但是设想可以在单个搅拌釜反应器202内配置多个剪切釜反应器212以适应较大的釜体容量。例如，多个剪切釜反应器212可以配置在单个搅拌釜反应器202之中并且作为单独的独立装置操作。虽然未示出，但是也可以设想，多个剪切釜反应器212可以配置在单个搅拌釜反应器202之中并串联连接在一起。例如，搅拌釜反应器202可以在其釜体容器内容纳第一原位剪切釜反应器212和第二原位剪切釜反应器212，但不限于此。第一原位剪切釜反应器212的入口可以从搅拌釜反应器202的釜体接收浆料，并且第一原位剪切釜反应器212的出口可以将来自第一原位剪切釜反应器212的出口的临时剪切处理的浆料输送到第二原位剪切釜反应器212的入口。两次处理的浆料可以离开第二原位剪切釜反应器212的出口，接着被重新引入搅拌釜反应器202的釜体中。许多混合的搅拌釜反应器/剪切釜反应器装置可以如所示般串联或以平行构造(未示出)联系在一起以形成氧化浸出电路200，但不限于此。

图6是示出根据一些实施方式的可用于获得分批浸出试验测量的非限制性、示例性氧化性浸出回路的示意图。如下文将描述的并且可以从以下所附实施例中得到，图6所示的非限制性、示例性回路可以用于各种实验和实验室规模测试，但不限于此。

图14示出了根据一些实施方式的可能在剪切釜反应器212中发生的机械-化学处理。机械-化学处理可以独立地在剪切釜反应器212内发生，或者与图15所示的物理-化学处理结合发生。

图15示出了根据一些实施方式的可能在剪切釜反应器212中发生的物理-化学处理。物理-化学处理可以独立地在剪切釜反应器212内发生，或者与图14所示的机械-化学处理结合发生。提供足够的剪切能量以确保附聚物破裂和颗粒重排。

如图所示，驻留在附聚物的核心部分内的颗粒将比在附聚物表面部分处的颗粒具有更长的扩散路径长度。因此，驻留在核心部分内的颗粒可能耗尽反应物。此外，这延缓了产品运输。结果，失去了ph或eh控制。

剪切釜反应器212可以协同地破坏颗粒-颗粒附聚物(例如，在搅拌釜反应器202内的反应颗粒的表面上疏水元素硫反应产物的产生而导致的附聚物，但不限于)。剪切釜反应器212还可以在浸出阶段协同地重新排列颗粒-颗粒附聚物。颗粒-颗粒附聚物的破坏可能包括打破颗粒-颗粒附聚物中的颗粒-颗粒接触、附聚物的部分断裂或完全破坏。尽管在由剪切釜反应器212引起的破坏之后(例如，在由配置给剪切釜反应器212的研磨介质、高剪切叶轮或高剪切转子和定子引起的颗粒的解聚、断裂或重排之后)，附聚物可能生长、改变或重组，借助于剪切釜反应器212的构成，连续的间歇性破坏附聚物可以有助于改善浸出动力学和金属回收，这是未浸出或部分浸出颗粒到达和始于反应面的扩散路径长度的持续或周期性改变(例如，缩短)。

在下文中，将结合示例性实施方式和下面的实施例并参考附图来更详细地描述本发明。

实施例1

该实施例说明了在氧化条件下通过使用剪切釜反应器辅助的黄铜矿浮选精矿的浸出。在该具体实施例中，将剪切釜反应器设置为搅拌介质反应器，并在其中配置研磨介质。将黄铜矿浮选精矿(p80为61μm，p95为104μm)在酸性硫酸铁浸滤剂中浸出。样品的主要矿物学是：59％的黄铜矿，37％的黄铁矿，2％的石英，和1％的辉钼矿。精矿在温度受控的搅拌釜反应器中并在剪切釜反应器的辅助下浸出。精矿浆料在图6所描绘的搅拌釜反应器和剪切釜反应器之间连续再循环。用7.5％的浆料密度、80℃的浸出温度以及20gl^-1铁(初始浆料eh为800mv(she))，6小时内达到98％以上的铜溶解。搅拌釜反应器和剪切釜反应器之间的有效体积比约为23。

由于在浸出试验过程中浆料的氧化还原电位下降，将氧气喷射到搅拌反应器中以维持650mv的最小氧化还原电位。在浸出试验过程中输入到剪切釜反应器的能量约为100千瓦时/吨。搅拌釜反应器中的混合能量约为1-5kw·m^-3。

根据本发明方法的该示例性实施方式，铜浸出结果示于图7中。总体而言，浸出曲线近似于经典的抛物线曲率，这是黄铜矿浸出系统的特征，并表明浸出速率可以通过反应产物层的受阻扩散来控制。值得注意的是，有一个介于约15分钟和最多约2.5小时之间的中间期，其中铜溶解速率相对于fe³⁺为假零级。通过在浸出曲线的这一部分绘制直线来突出显示这一状态。

将铜回收数据作为时间平方根的函数重新绘制生成直线图(见图8)，在t＝0时铜回收率为零。这进一步表明，在遍及cu溶解的整个时期，浸出机理由扩散过程控制。

因此，氧化性浸出回路中的搅拌釜反应器与剪切釜反应器的组合似乎在总体低能量输入下提供快速的浸出速率，而没有过去方法遇到的电化学钝化问题。

实施例2

该非限制性实施例说明了本发明的具体实施方式，其中可以使用剪切釜反应器在原子水平上产生机械-化学和/或物理-化学催化作用——特别是，在铜从黄铜矿的溶解过程中亚铁被加速氧化成三价铁。在该具体实施例中，剪切釜反应器还被设置为包含研磨介质的搅拌介质反应器。

据信，黄铜矿(cufes2)的氧化浸出是由fe³⁺离子介导的，根据以下等式fe³⁺离子作用于活性氧化剂：

cufes2+4fe³⁺→cu²⁺+5fe²⁺+2s°

通过在浸出过程中加入氧气，三价铁氧化剂在浸出浆料内最便利地再生。或者，可以使用包括但不限于空气的含氧气体。涉及再生活性氧化剂的半电池氧化还原反应是：

4fe²⁺→4fe³⁺+4e^-

o2+4h⁺+4e^-→2h2o

然而已知，在常压条件下通过氧在酸性硫酸盐介质中的亚铁离子的氧化速率很慢。这主要是由于在常压条件下，o2在酸性硫酸盐介质中的低溶解度和不良的o2质量传递速率。

已知溶液中的铜离子可加速fe2+的氧化，但是然而，每小时每l浆料氧化2-5g亚铁离子的氧化速率是现有技术方法在常压压力下的操作的极限(参见us-5,993,635，第7栏，第3-5行)。将该反应加速到比现有技术方法(特别是在常压条件下)更高水平的过程将是有利的。

在本实施例中，在浸出之前，将黄铜矿精矿在10lvxpmill^tm立式搅拌细磨机中研磨，以产生具有约16μm的p80和约30μm的p95的粒度分布的浸出进料精矿。精矿的矿物学约为：53％黄铜矿，33％黄铁矿和13％石英。黄铜矿是精矿中存在的唯一可检测的含铜矿物。

使用酸性硫酸铁浸滤剂在搅拌釜反应器中浸出研磨的精矿。在图6所描绘的搅拌釜反应器和剪切釜反应器之间连续再循环浆料。用7.5wt％的浆料密度和80℃的浸出温度，在6小时内实现大于98％的铜溶解。最初存在2gl^-1cu²⁺和20gl^-1铁(初始浆料eh为658mv)。在浸出试验过程中的剪切釜反应器的能量输入约为100千瓦时/吨。

铜溶解试验结果示于图9。该实施例表明，初始粒度对达到大于98％的铜回收率的总浸出时间影响不大。浸出回收曲线实际上与实施例1的图7中所示的结果相同。因此，在使用该过程和方法的铜溶解过程中，初始粒度分布可能不被认为对速率控制步骤有显著贡献。

在浸出试验的第一个小时过程中，从黄铜矿中溶解约109g的铜。铜的溶解量将需要在一小时的进程中产生约6.87molfe³⁺，以支持观察到的浸出速率。使用能斯特方程，我们估计在浸出浸滤剂中最初仅存在0.036molfe³⁺。考虑到fe³⁺的初始存在量，溶解的铜量将需要以每小时l氧化33.4gfe²⁺的速率额外氧化的6.84molfe²⁺至fe³⁺。这种亚铁氧化速度比us-5,993,635中描述的现有技术方法快约5至15倍。

实施例3

在本实施例中，重复浸出试验在与实施例2相同的条件下进行，不同之处在浸滤剂中最初不存在铜。虽然已知cu²⁺催化fe²⁺的氧化，但图10中的数据表明，使用本文所公开的发明的过程和方法的实施方式，浸出速率在存在和不存在初始铜时都可以相同。因此，由于实施例2中铜的初始存在似乎不促成在黄铜矿浸出过程中亚铁到铁的快速氧化，所以可以推断出，根据本文公开的发明过程和方法的某些实施方式，初始铜/cu²⁺可能是不必要的。

实施例4

在本实施例中，重复实施例1的试验方法，不同之处在于在试验的早期阶段(即，进入试验的20分钟)打开搅拌釜反应器中的喷射氧气。这确保了在浸出过程中的铁离子的最大可用量。本方法与由涉及电化学现象由表面钝化限制的现有技术方法相反。现有技术的方法已经表明，在高氧化还原电位(例如，高于630-650mv)下，黄铜矿的浸出被抑制。参见，例如us-6,277,341和其中的图11。

在该试验中，浆料的初始eh被调节到约800mv，这在黄铜矿的预期的电化学钝化状况中。在浸出试验中早期的氧气喷射被设计为延长系统在电化学钝化状况中的停留，以证明克服过去的电化学钝化限制的能力。

根据现有方法，期望铜浸出速率相对于实施例1将显著降低。然而，与现有技术方法的教导相反，铜浸出速率相对于实施例1反而增加。在这种情况下，与实施例1中的6小时相比，在短短4小时内达到了98％的铜溶解。较快的浸出动力学进一步将剪切釜反应器中所需的总混合能量从约100千瓦时/吨降至约66千瓦时/吨，表明节省了功率消耗。具有略低于18-25kw/m³的功率密度，本实施例中使用的剪切釜反应设计代表了与现有技术条件状况(例如，从搅拌式研磨机或磨耗式洗涤器的角度来看)的主要偏离。然而，设计的剪切罐反应器装置意外地更有效地催化溶解反应。

除了更快速的浸出动力学，在更高的氧化还原电位下运行似乎导致了速率控制机理从亚铁的氧化和铁的扩散变化到受控的表面反应机理。

在浸出试验过程中，将氧气引入搅拌釜反应器中，总的氧气加入量约为70l。基于亚铁氧化的化学计量o2需求，理论o2需求估计为67l。应当理解，由于从大气中吸收o2进入到剪切釜反应器，表观o2的利用效率可能会偏差。

本领域技术人员会立即认识到并且认识到，通过将富氧直接引入到本文所述的剪切釜反应器装置中，可以获得浸出动力学的另外的优点。此外，应该知道，在本文中示出和详细描述的具体特征、方法和益处本质上纯粹是示例性的，并且不应限制本发明的范围。例如，在本文中使用的以及在本文参考的相关共同未决申请中，术语“常压浸出”可以包括在非常小量的压力下浸出，这些压力是接近但不完全是环境的。换句话说，虽然最优选的是“常压”浸出在对空气完全开放下进行，但本发明人预期，使用本发明构思的一些最佳浸出方式可以包括使用优选对空气开放的多个搅拌釜反应器，以及可以被加压(例如，1-10巴)的一个或多个较小的剪切釜反应器，以克服氧传输限制或增强氧传质。因此，部分氧化金属硫化物浸出可以在微量的压力下(例如，在覆盖的或可加压的容器中)或完全常压(例如，在多个非加压的搅拌釜反应器中)下进行，但不限于此。

进一步预期，在优选实施方式中，金属硫化物浸出颗粒的累积氧化浸出时间的大部分(例如，高达约95％)可以在常压条件下发生，而小于约5-10％的累积氧化浸出时间可能发生在常压条件下或高于常压条件下，导致在本说明书和共同未决申请中使用的术语“基本常压”。

在不脱离本发明的意图的情况下，搅拌釜反应器顶部空间(或一个或多个剪切釜反应器的顶部空间)可以是常压或者略微加压到高于环境压力以增强氧传质。压力可以通过温度和/或通过高于环境压力的施加的气体压力来控制。

在一些情况下，可能希望在氧化性浸出回路200中以级间构造将剪切釜反应器212与搅拌釜反应器202串联布置，以实现以下技术益处/效果中的一种或多种：在浸出阶段或容器之间清洁恢复金属硫化物浸出颗粒的表面，在进入随后的浸出阶段或容器之前使金属硫化物浸出颗粒脱附聚，协同破坏由在反应金属硫化物浸出颗粒的表面处的疏水元素硫反应产物的产生而导致的颗粒-颗粒附聚物，或重新排列金属硫化物浸出颗粒附聚物以改变扩散路径长度或加速到达与始于反应面的质量传递，但不限于此。

在一些情况下，可能希望在氧化性浸出回路200中以级内构造将剪切釜反应器212与搅拌釜反应器202并联布置，以实现以下技术益处/效果中的一种或多种：在特定的浸出阶段或容器内的浸出过程中清洁恢复表面，使特定浸出阶段或容器内的硫积累最小化，使特定浸出阶段或容器内钝化的不利影响最小化，使特定浸出阶段或容器内的浸出颗粒脱附聚，或者考虑到在特定浸出阶段或容器内的颗粒分配停留时间使特定浸出阶段或容器的效率最大化。例如，当优选地从搅拌釜反应器中抽出富含硫的部分时，这种构造可以发现特别的用途。

在一些情况下，可能希望在氧化性浸出回路200中以原位构造将剪切釜反应器212布置在搅拌釜反应器202之中，以在相对类似的能量消耗下实现以上提到的技术益处/效果中的一种或多种，同时最小化实现其所需的管道、管件、capex和/或空间。在一些实施方式中，如果它们以原位构造布置在搅拌釜反应器202的内部，则可能希望省略搅拌釜反应器212的部分釜体或整个釜体段。例如，如果不使用研磨介质，或者如果不需要氧气过压，则混合搅拌釜反应器202和剪切釜反应器212的实施方式可以包括单个釜体，其容纳第一轴，该第一轴包括由第一电动机以第一搅拌能量运行而驱动的第一叶轮，并且单个釜体可以进一步容纳一个或多个第二轴，其包括以下任何组合：一个或多个高剪切转子，其可与一个或多个高剪切定子一起操作，一个或多个高剪切叶轮和一个或多个泵抽叶片。一个或多个第二轴可以布置成在单个釜体的敞开顶部进入单个釜体，或者一个或多个第二轴可以布置成穿过单个釜体。在一些情况下，例如，一个或多个第二轴可以布置在单个釜体的下部。一个或多个第二轴可以在比第一搅拌能量高的第二剪切能量下操作，但不限于此。

在某些情况下，可能希望将固液分离装置布置在氧化性浸出回路200中以实现减轻氧化性浸出回路200中的铜积累，并且通过在更致密的颗粒浆料上操作使得一个或多个剪切釜反应器212能够更有效地运行的技术益处/效果。

在某些情况下，希望在氧化性浸出回路200之后和ccd或sx/ew回路之间布置固-固分离装置，以便获得从未浸出的颗粒中除去硫的技术益处/效果，使得未浸出的颗粒可以重新填充基本上不含分散硫的氧化性浸出回路200(见图13)。

虽然已经根据特定实施方式和应用描述了本发明，但在该教导的启发下，本领域的普通技术人员可以在不脱离所要求保护的发明的精神或超出本发明的范围的情况下产生附加的实施方式和修改。因此，应当理解，这里的附图和描述是通过示例的方式提供的，以便于理解本发明，而不应被解释为限制其范围。