摘要
铜是一种战略金属，作为世界铜矿资源重要组成部分，复杂氧化铜矿储量较为丰富，已成为目前重点开采及处理的资源。赞比亚某矿区复杂氧化铜矿石的矿物嵌布状态、化学性质及铜的赋存状态研究不明确，后续浸出工艺和回收技术不够成熟等问题导致该矿石难以开发和利用。本论文以赞比亚复杂氧化铜矿为研究对象，基于工艺矿物学研究，探明了铜的赋存状态并确定了含铜黑云母的蚀变机理。首次明确了球磨-硫酸浸出和超细磨-硫酸浸出机制，提出了复杂氧化铜矿超细磨边磨边浸新工艺，铜的浸出率达97％以上，通过不同磨矿方式下孔雀石的物化性质研究，揭示了超细磨活化机理。具体研究结果如下: （1）通过工艺矿物学研究，查清了赞比亚复杂氧化铜矿中铜的赋存状态并揭示了含铜黑云母的两种蚀变机理。巴鲁巴东部复杂氧化铜矿石中铜主要有三种赋存状态，分别是以孔雀石形式存在的矿物状态铜（15.50％）;以黑云母（14.85％）、白云母（10.56％）和电气石（12.09％）形式存在的类质同象铜（38.50％）;以褐铁矿（20.25％）和黄铁矿（12.45％）形式存在的吸附状态铜（32.70％）,其它形式的结合铜占总铜的12.80％。卢安夏复杂氧化铜矿石中，铜主要有四种赋存状态，分别是以孔雀石（27.10％）、硅孔雀石（25.10％）和假孔雀石（17.80％）形式存在的矿物状态铜（70％）;以黑云母（8.05％）、绿泥石（2.80％）和白云母（2.47％）形式存在的类质同象铜（13.32％）;以褐铁矿形式存在的吸附状态铜（12.05％）;以长石-石英-铜-铁胶结体形式存在的胶体共沉淀铜（2.60％）,其它形式的结合铜占总铜的1.53％。含铜黑云母的两种蚀变途径为:含铜黑云母蚀变为含铜绿泥石与孔雀石;含铜黑云母蚀变为含铜绿泥石与含铜褐铁矿。 （2）系统对比了赞比亚复杂氧化铜矿球磨-硫酸浸出和超细磨-硫酸浸出工艺，研究了动力学机制，获得了最优工艺条件。巴鲁巴东部复杂铜矿球磨-硫酸浸出最优工艺条件为:球磨矿样粒度-74 μm占80％,固液比0.20,硫酸浓度1.5 mol/L,浸出温度80℃,搅拌速率300 rpm,浸出时间2.0h,铜钴浸出率分别为78.23％和38.67％;超细磨-硫酸浸出最优工艺条件为:超细磨矿样粒度-5 μm占85％,固液比0.25,硫酸1.0 mol/L,浸出温度80℃,搅拌速率300 rpm,浸出时间1.5 h,铜钴浸出率分别为88.21％和63.11％。卢安夏复杂铜矿球磨-硫酸浸出最优工艺条件为:球磨矿样粒度-74 μm占80％,固液比0.20,硫酸1.0 mol/L,浸出温度80℃,搅拌速率300rpm，浸出时间2.0h,铜钴浸出率分别为94.60％和38.75％;超细磨-硫酸浸出最优工艺条件为:超细磨矿样粒度-5 μm占90％,固液比0.25,硫酸0.5 mol/L,浸出温度80℃,搅拌速率300 rpm,浸出时间1.5 h，铜钴浸出率分别为95.21％和49.56％。探究了卢安夏铜矿浸出动力学，球磨-硫酸浸出过程分为0～2 min,2～30min 和 30～120min 三个阶段。2～30min 和 30～120 min 活化能 Ea 以及硫酸反应级数分别为为33.95 kJ/mol、11.96kJ/mol和0.3027、0.2682,浸出过程由混合控制变为扩散控制。超细磨-硫酸浸出过程分为0～2min和2～120min两个阶段。2～120min活化能为11.87kJ/mol,反应级数为0.3373,为固体产物扩散控制。 (3)提出了超细磨边磨边浸新工艺，形成了赞比亚复杂氧化铜矿边磨边浸处理技术。卢安夏矿样10 kg,粒度-150 μm,硫酸0.4mol/L，固液比0.10,边磨边浸时间25 min,铜的浸出率为97.23％,得到的富铜液进行萃取，最优工艺条件为:溶液pH 1.5,LIX 984N-煤油的体积百分比20％，相比2∶1,萃取时间10 min,搅拌速率300rpm,铜的萃取率为99.46％。在相比1∶1,硫酸浓度100g/L的条件下，铜的反萃率为95.06％。该工艺在当地企业已成功进行了中试，获得了良好的经济效益与社会效益。 (4)首次探索了赞比亚复杂氧化铜矿中不同赋存状态铜浸出机制。常温下，主要是矿物状态铜浸出，如孔雀石、假孔雀石和部分硅孔雀石，升温有利于结合铜的浸出，40℃时，主要是类质同象铜的溶解，吸附态铜几乎不溶解;60℃时，吸附态铜的溶解速率加快;达80℃时，类质同象铜几乎完全浸出，仍有部分吸附态铜未被浸出。不同状态铜的浸出速率顺序为:矿物状态铜＞类质同象铜＞吸附状态铜＞胶体共沉淀铜;铜矿物浸出速率为:氧化铜矿(孔雀石、硅孔雀石和假孔雀石)＞含铜绿泥石＞含铜白云母＞含铜黑云母＞含铜褐铁矿。 (5)揭示了孔雀石矿物机械活化机理。行星磨和超细磨活化都会使孔雀石样品的比表面积、形貌、粒度分布、晶体结构和化学键位发生改变，但超细磨活化表现尤为显著。行星磨转速增加到580rpm时，会出现颗粒团聚现象，此时的无定形度最大为53.12％。而超细磨活化未出现团聚现象，活化后无定形度为71.40％,表明超细磨活化效果尤于行星磨。
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