氨铵浸出系统对铜浸出的影响
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本文作者：毛莹博方建军文娅赵文娟王珊魏志聪作者单位：昆明理工大学国土资源工程学院
随着我国经济的高速发展，铜金属供求矛盾更加凸显。而在我国探明的铜矿资源中，贫矿多、富矿少，易处理的铜矿资源逐年减少，难处理铜矿资源比例逐年增加〔1〕。根据相关预测，到2020年，铜矿资源将严重短缺〔2〕。因此，难处理低品位氧化铜矿的高效利用问题愈来愈引起人们的重视。对于高氧化率、高含泥量、高钙镁含量的低品位氧化铜矿的加工技术而言，氨浸及其联合工艺成为主要的研究方向〔3-5〕。在氨浸工艺中，铵盐对铜的浸出率有较大的影响。本文以新疆滴水难处理氧化铜矿为研究对象，深入探讨了氨-铵浸出体系对氧化铜矿浸出的影响规律。
1矿石性质
1．1多元素分析
原矿多元素分析结果列于表1。从表1可以看出，铜原矿品位为1.29%，主要有用元素是铜，伴生元素是金和银。脉石矿物中的MgO，CaO之和占23.63%。由此可知，该矿石是一种含钙镁较高的碱性脉石铜矿。
1.2铜物相分析
原矿铜物相分析结果列于表2。从表2可以看出，该铜矿石的氧化率高达92.25%，其中游离氧化铜占82.95%，结合氧化铜占9.3%。
1.3矿物组成分析
原矿的X射线衍射分析结果见图1。从图1可以看出，铜矿物主要是赤铜矿、孔雀石，还有少量的硅孔雀石;脉石主要是石英和方解石，其次是白云母、绿泥石、白云石和斜长石等。
2研究方法与试剂及设备
2.1研究方法
首先用棒磨机将破碎好的氧化铜矿石磨细，最终细度为－0.074mm占85%，然后称取磨好的试样50g移入三口烧瓶中，在恒温条件下进行搅拌浸出。浸出过程在密闭的三口烧瓶中进行，并用冷凝管回流冷凝，目的是为了减少氨及溶液的挥发。浸出过程结束后，采用真空泵抽滤的方法对矿浆进行固液分离，用蒸馏水洗涤滤饼三次，最后将滤饼烘干制样，浸出液定容混匀取样，样品送去分析中心检查。试验条件为:矿石细度为－0.074mm占85%、氨水浓度2.75mol/L、液固比=2.5∶1、浸出时间1.75h、温度45℃、搅拌速度400r/min。
2.2试剂与设备
药剂:氨水、碳酸铵、碳酸氢铵、氨基甲酸铵、氯化铵、氟化铵、硫酸铵等均为分析纯。
试验装置:天平;Φ200×250圆筒棒磨机;DZ-KW-C电热恒温水浴锅;JJ-l精密增力电动搅拌器;2XZ-1旋片式真空泵电热鼓风干燥箱;烧杯、容量瓶以及量筒等。
3试验结果与讨论
3.1氨-硫酸铵浸出体系
氨-硫酸铵浸出体系对氧化铜矿铜浸出率的影响规律如图2所示。从图2可以看出，在氨水用量不变的情况下，随着硫酸铵用量增加，铜的浸出率缓慢提高，当［NH4+］∶［NH3］达到1时，铜的浸出率接近最大值。之后随着硫酸铵的增加对铜浸出率的影响不明显。其原因是氧化铜在氨-硫酸铵浸出体系中发生了如下反应:2Cu2O+O2+8NH3+8NH4+=4［Cu(NH3)4］2++4H2O(1)3CuCO3•Cu(OH)2+12NH3+12NH4+=6［Cu(NH3)4］2++CO2+9H2O(2)用溶液缓冲公式pOH=pKb－lg［C碱/C盐］，即pH=14－pOH(其中Kb=1.8×10－5)计算等摩尔NH3和NH4+组成的溶液pH值为9.26。有研究结果表明，氨浸在pH值为9时浸出效果最好〔6〕。因此，在保证总氨含量的情况下，浸出体系中尽量使NH3和NH4+的摩尔浓度基本相等，有利于铜的浸出;而NH4+浓度过大或者过小，对浸液pH值有较大的波动，不利于铜的浸出。
3.2氨-碳酸氢铵浸出体系
氨-碳酸氢铵浸出体系对氧化铜矿铜浸出率的影响规律如图3所示。从图3可以看出，在氨水用量不变的情况下，随着碳酸氢铵用量的增加，铜的浸出率逐渐提高。当［NH4+］∶［NH3］达到1时，铜的浸出率接近最大值，之后再增加碳酸氢铵用量，铜的浸出率增长缓慢。这主要是因为浸出体系中总氨浓度的增大可使氧化铜矿石的溶解反应向生成铜络合物的方向移动，当总氨浓度增加到一定后，矿石中可溶性铜已基本溶解完全，反应达到溶解平衡。
3.3氨-氟化铵浸出体系
氨-氟化铵浸出体系对氧化铜矿铜浸出率的影响规律如图4所示。从图4可以看出，在氨水用量不变的情况下，随着氟化铵用量的增加，铜的浸出率在缓慢提高，当［NH4+］∶［NH3］达到1时，铜的浸出率接近最大并趋于平衡。在此体系中，NH4F起到一种活化剂的作用，主要是利用氟化铵里面的氟离子半径小，在矿石中渗透能力强、内扩散速度快、能与矿石中的硅酸盐脉石矿物作用形成氟硅酸盐，可破坏矿石中结合铜的原有结构的特点，使铜游离出来可浸，生成氨络合物到溶液中〔7〕，有效地提高了铜的浸出率。
3.4氨-氯化铵浸出体系
氨-氯化铵浸出体系对氧化铜矿铜浸出率的影响规律如图5所示。从图5可以看出，加入氯化铵，能有效提高铜的浸出率，随着氯化铵用量的增加，铜的浸出率在不断提高，当［NH4+］∶［NH3］达到1以后，铜浸出率的增加较缓慢。浸出过程中，铜离子在溶液中即可形成铜氨络合物又可形成铜氨氯络合物，氯离子也起到了重要作用。而单独用氨水作为浸出剂时，在铜矿物表面会产生固体产物层，用氨-氯化铵浸出时，氯化铵能有效地消除氨浸过程中产生在矿物颗粒表面阻碍反应的固体产物层;同时，氯化铵具有较强的浸溶能力，可以有效地强化铜的浸出，进而提高了铜的浸出率〔8〕。
3.5氨-碳酸铵浸出体系
氨-碳酸铵浸出体系对氧化铜矿铜浸出率的影响规律如图6所示。从图6可以看出，在氨水用量不变的情况下，加入碳酸铵能迅速增大铜的浸出率，当［NH4+］∶［NH3］达到0.6时，浸出率达到最大;之后增加碳酸铵用量，铜的浸出率有降低的趋势。有相关研究表明〔9-10〕，在氨浸过程中产生的铜氨络合离子Cu(NH3)42+在pH=9左右时最稳定。只用氨水作为浸液时，溶液中的pH值达到12左右，不利于铜的浸出，浸液中加入碳酸铵，可以缓冲溶液的pH值，使矿石中的铜生成稳定的络合物到溶液中，阻止铜的水解反应，完成铜的溶解浸出，极大地提高了铜的浸出率。
3.6氨-氨基甲酸铵浸出体系
氨-氨基甲酸铵浸出体系对氧化铜矿铜浸出率的影响规律如图7所示。从图7可以看出，在氨水用量不变的情况下，随着氨基甲酸铵用量的增加，铜的浸出率逐渐提高;当［NH4+］∶［NH3］达到0.6时，浸出率达到最高;再增加氨基甲酸铵用量，铜的浸出率有降低的趋势。其机理还未研究清楚，有待深入研究。
3.7不同氨-铵盐浸出体系比对
不同氨-铵盐浸出体系对氧化铜矿铜浸出率的影响规律如图8所示。从图8可以看出，虽然不同氨-铵盐浸出体系对铜浸出率的影响趋势基本一致，但是在最高浸出率方面存在较大差异，而且铵盐的添加有助于提高铜浸出率。进一步比较，还可以看出，不同氨-铵盐浸出体系对铜浸出率影响顺序是:氨-氨基甲酸＞氨-碳酸铵＞氨-氯化铵＞氨-氟化铵＞氨-碳酸氢铵＞氨-硫酸铵。
4结论
1)新疆滴水难处理氧化铜矿采用氨浸法处理是可行的。其铜浸出率可达85.25%。
2)铵盐在氨浸体系中对氧化铜矿石铜浸出率影响显著。氨-铵盐浸出体系对该铜矿石铜的浸出率影响顺序:氨-氨基甲酸＞氨-碳酸铵＞氨-氯化铵＞氨-氟化铵＞氨-碳酸氢铵＞氨-硫酸铵。
3)不同氨-铵盐浸出体系对铜的浸出机理值得下一步深入研究。