赞比亚低品位难处理铜钴矿湿法冶金的新工艺研究

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中文摘要：铜是人类发现最早和使用最广的金属之一，是国计民生、国防工程和高新技术领域中不可缺少的基础材料和战略物资。近年来铜冶金技术发展迅速，国内铜矿资源供应紧张，品位逐渐降低。钴及其合金广泛应用于航空航天、国防军工、化工、机电和新能源等工业。自然界单独成矿的钴资源很少，绝大多数为共伴生矿，其中次生氧化铜钴矿为典型的钴伴生矿之一，具有可选性差，品位低等特点，难以采用传统的工艺进行处理。因此，开采利用次生氧化铜钴矿具有非常重要的意义。本论文以赞比亚某典型难处理氧化铜钴矿为研究对象，采用浸出-萃取-电积的湿法冶金工艺，对铜和钻进行回收。重点研究了氧化铜钴矿工艺矿物学、硫酸搅拌浸出、生物浸出、浓酸熟化-柱浸工艺、浸出液的絮凝沉降，获得其适宜浸出和沉降的工艺条件。在此基础上进行工业规模试验，形成低品位难处理氧化铜钴矿湿法冶金新工艺。此外，本文采用比较基因组学技术构建了Acidicaldus organivorus硫代谢模型，对氧化铜钴矿生物浸出机理进行了阐述。该氧化铜钴矿石分为硬岩矿和软岩矿，矿石中铜含量约为1％、钴含量约为0.05％。矿样的主要物相包括:石英、钾长石、铁蛇纹、镁电气石、铁板钛矿、氧化铋等。假孔雀石的比例在20％以上，被褐铁矿包裹和存在于黑云母中的铜含量在60％以上。矿石真密度为2.375t·m-3，矿石的松散密度为1.45t·m-3，硬岩矿矿石的硬度系数为4～9，软岩矿矿石的硬度系数为2～6，矿石安息角为36°，软岩矿磨矿功指数7.66kwh·t-1。硫酸搅拌浸出适宜条件为粒度小于74μm的矿粒比例70％，浸出温度65℃，浸出时间4h，矿浆浓度30％，初始硫酸加入量45kg·t-1，搅拌强度500r·min-1。该条件下铜、钴浸出率分别达74.34％和43.32％。非离子型絮凝剂912对浸出液絮凝效果优良，当矿浆浓度为6～8％，絮凝剂912浓度为0.1％，絮凝剂加入量为30g·t-1时，矿浆沉降速度可达5～21m·h-1。硫酸熟化堆浸技术可以缩短氧化铜钴矿浸出周期，提高铜的浸出率。在直径为30.5cm，高度为360cm浸出柱中进行柱浸试验，得到适宜条件为矿石破碎粒度＜50mm，喷淋强度5.3L·m-2·h-1，浸出周期90d，酸耗为3.98t·t-1Cu，铜的浸出率为73.73％，同比未熟化工艺，浸出率提高10％以上。采用人工调配的高效微生物浸矿菌群对铜钴矿进行微生物浸出，同时分别与摇瓶酸浸、搅拌酸浸和柱浸进行了对比。结果表明:浸出温度为40℃时，摇瓶浸出和搅拌浸出条件下，微生物浸出铜浸出率约为90％，与摇瓶酸浸与搅拌酸浸相比，浸出率分别提高21.3％、16.3％。采用生物柱浸，浸出率达到90.6％，与酸性柱浸相比，提高5.8％。菌株Acidicaldus organivorus DX-1的硫氧化系统与常见的嗜酸硫氧化细菌既有相似之处，又有不同的特征。该菌中并不含有许多硫氧化古菌及细菌中被广泛报道的与元素硫氧化关系密切的SOR及SDO相关编码基因。该菌含有能够氧化细胞质元素硫的HdrABC复合酶。此外，A.organivorus还含有S4I通路和通过APS的亚硫酸盐间接氧化途径。扩大试验搅拌浸出段Cu、Co浸出率分别为80％和75％;硬岩矿堆浸Cu浸出率72％;萃取段铜萃取率99％;电积段铜回收率99.50％;钴回收段Co沉淀率98％，沉淀物含Co＞30％;软岩矿铜总回收率为78.02％，钴总回收率为72.02％，硬岩矿铜总回收率为70.92％。针对赞比亚某低品位氧化铜钴矿，采用浸出—萃取—电积工艺，建设了年产4万t阴极铜的湿法冶炼厂。浸出过程包括堆浸和搅浸，其产能各占50％。采用搅拌强化浸出技术，铜的浸出率提高到82％。硫酸熟化堆浸240d，铜浸出率达到73％，高于未熟化堆浸浸出率65％，形成了赞比亚低品位难处理氧化铜钴矿湿法冶金新工艺。

作者：

刘媛媛

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关键词：

难处理氧化铜钴矿浸出工艺萃取技术电积冶金资源回收

授予学位：

博士

学科专业：

有色金属冶金

导师：

杨洪英

学位年度：

2016

学位授予单位：

东北大学

语种：

中文

中图分类号：