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离析法炼铜

2019-01-08    来源:    
    离析-浮选是将难以用传统的单一浮选处理的矿石(渣)先进行热处理,使其化学组成及物理结构向着有利于浮选的方面发生彻底的变化,然后用浮选硫化矿的方法将其有价金属及其矿物与脉石分开。
    将矿石与食盐和炭一起在中性或弱还原性气氛中加热到最佳温度,矿石中的金属被氯化、挥发,随即被还原为金属状态,沉积在炭粒的表面上,再经浮选获得金属精矿。这是一个在特殊还原性条件下的氯化焙烧过程,已离析的金属用浮选法极易回收。其特点如下:
    (1)适于不能用选矿方法和一般冶金方法处理的矿石;
    (2)可以获得含铜20%~70%的精矿和高的铜回收率;
    (3)矿石中的银和金可得到回收。
    其缺点是离析厂的投资为一般选矿厂的2倍,生产成本为一般浮选法的2~3倍。
    一、离析过程及机理
    (一)离析过程
    离析过程是在液、固、气三相中进行的,它包含水解、氧化、氯化、还原及硫化等化学反应和物理变化这些极其复杂的过程。添加剂和有价矿物的作用机理大致是:氯化剂(如NaCl、CaCl2和KCl等)在高温下水解成气态HCl,金属及其氧化物与气态氯相反应生成可挥发性的金属氯化物,在还原剂焦炭的作用下,挥发性的金属氯化物被还原离析在炭粒表面。同时上述金属氯化物也与金属氧化物及来源于黄铁矿或硫酸盐中的硫气化物作用生成新的硫化物包裹体和集合体。
    从以上离析作用机理中看出,铜的离析反应包括以下3个阶段:
    (1)氯化气体的产生,其反应式为:
                2NaCl+SiO2+H2O=Na2SiO3+2HC1
    (2)氯化亚铜的生成,其反应式为:
                2CuO+2HC1=2/3Cu3C13+H2O+1/2O2
    (3)氯化亚铜的还原,其反应式为:
                    Cu3 C13+3/2H2=3Cu+3HC1
    (二)铜矿物在离析过程中的行为变化
                    Cu3 C13+3/2H2=3Cu+3HC1
    铜矿物在离析过程中的行为变化为:氧化铜矿物,如孔雀石、硅孔雀石等经高温热处理先脱去水分成为黑铜矿再与气态氯相反应生成氯化亚铜挥发,然后一部分还原成金属离析在焦炭表面上或者与其他金属熔成合金;一部分与硫气化物作用生成新的硫化铜矿物。自然铜和原矿中的黑铜矿也有和上述相近的反应,另一部分不受离析的黑铜矿经还原成赤铜矿。硫化铜矿物不发生变化。
    离析后铜主要形成硫化物或Cu2S-PbS-Cu5FeS4的集合体,其次是形成Au-Ag-Cu、Cu-Ag、Au-Cu合金,也有少量铜的包裹体。离析-浮选过程中铜矿物的行为见表1所示。
表1  离析-浮选过程中铜矿物的行为





矿物名称

原 矿

焙烧产品

离析产品

浮选精矿


孔雀石

Cu(OH)2CO3

CuO

Cu、Cu2O

Cu、Cu2O


硅孔雀石

CuSiO3·2H2O

CuO

CuO、Cu2O

CuFeS2、Cu2S


黑铜矿
赤铜矿

CuO
Cu2O

CuO

Cu
Cu2O

Cu
Cu2O


黄铜矿
辉铜矿

CuFeS2
Cu2S

CuFeS2
Cu2S

CuFeS2
Cu2S

CuFeS2
Cu2S


自然铜
含铜硅铁石

Cu
Cu―Fe―Si―(OH)

CuO
Cu―Fe―Si―(OH)

Cu、Cu2O
Cu―Fe―Si―(OH)

Cu
Cu2O
    二、离析产品的浮选
    为了防止离析铜的氧化,离析产品直接水淬冷却,然后磨至适当的粒度,用浮选法进行富集。
    浮选时矿浆浓度为25%~40%,用石灰使矿浆pH值调至9~10。一般采用异丁基黄药作捕收剂,采用5~6碳直链醇作起泡剂。试验表明,Z-200是回收黄金的有效捕收剂,在混合捕收剂里增加Z-200的比例可将黄金品位提高至40 ~50g/t。
    经浮选后,精矿品位一般为60%左右,铜回收率为90%左右。
    三、离析工艺过程
    根据加热方式和离析工艺过程的不同,在工业上离析法分为两种:
    (1)两段离析法:如矿石流态化床加热-竖炉离析法。优点是:矿石加热采用流态化床,传质传热好,不易产生局部高温和炉料结块现象;氯化剂和还原剂用量少;密封移动床离析气氛易于控制;铜回收率较高。缺点是:离析反应的最佳温度不易达到;热效率低;反应室物料易发生短路;排料装置复杂。
    (2)一段离析法:如直接加热一段回转窑离析法。优点是:矿石加热和离析在同一设备中完成,工艺过程简单;炉料混合比较好;热效率较高,易于达到离析反应的最佳温度;烟尘可直接返回或制粒返回处理;铜的总回收率可达83%以上;可用粒度较粗的原矿(0~4mm),备料系统简化。缺点是:还原剂和氯化剂用量大;采用重油作为燃料时,离析的气氛条件难以保证,使燃烧系统复杂化。工艺流程如图1所示。
    表2表3列出了国内外离析法的技术经济指标。
表2  离析-浮选综合技术经济指标实例





名 称

1

2

名 称

1

2


产量/t·(台·d-1)
原矿品位/%
原矿含水/%
精矿品位/%
尾矿品位/%
理论回收率/%
全厂实收率/%
离析热耗/kJ·kg矿-1

571.56
2.77
6
30.67
0.4
88.46
88.33
1423.512

515.04
2.86
6
30.97
0.35
88.93
82.79
1423.512

重油消耗/kg·t矿-1
煤耗/kg·t-1
盐耗/kg·t-1
电耗/kW·h·t-1
黄药消耗/kg·t-1
2号油消耗/kg·t-1
钢球消耗/kg·t-1
 

67.59
55.28
19.18
59.22
0.6
0.8
1.09
 

68.64
46.07
16.61
67.99
0.54
0.72
0.73
 
 

 
图1  一段离析法工艺流程图
表3  国外铜离析厂生产主要技术指标





厂 名

炉 型

设备
规格

炉子
台数

处理矿量及给矿粒度

投产
时间

离析-浮选结果


原矿品位/%

精矿品位/%

尾矿品位/%

浮选回收率/%

全厂回收率/%

热耗/
kJ·kg-1


罗卡纳

流态化炉-竖炉①

Φ5.49m×6.1m
Φ0.915m×8.235m

1

500~600
t/(台·d)
55%~60%
(-325目)

1965年

3~5

50二次精选

0.5~0.7

85~87

80~81

514


阿克懦

流矿化炉-竖炉②

Φ6.73m×6.32m
Φ1.31m×12.285m

4

900~100
t/(台·d)
(-2mm)

1970年部分投产

2.2~2.7

55~65二次精选

0.8~0.9

73

62.6~64.7

460~470


卡丹加

三级漩涡气流悬浮预热-回转炉③

回转反应炉
Φ1.9m×5.0m

1

150 t/(台·d)
(-65目)

1973年12月

5~5.5

53~58三次精选

 

75~78

 

 
①第二段漩涡后温度700~750℃,返尘量60%,无废热利用;
②第二段漩涡温度510~530℃,返尘量60%,废热利用25%;
③利用废热干燥细砂滤饼,开始操作6个月结果。
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