铜矿焙烧

黄铜矿加硫焙烧提铜新工艺

200905060226 09选2 王川【摘要】：在低温、惰性气体保护下，采用差热分析及x射线衍射分析方法研究黄铜矿加硫焙烧过程。结果表明，黄铜矿硫化焙烧转化为CuS和FeS2的最佳条件为：温度350-400℃；时间4h；粒度-74um，矿：硫= 10:1.11。转化产物可通过常规湿法冶金工艺生产金属铜或中间产品。

【关键词】冶金技术；铜；硫化焙烧；黄铜矿

在铜冶金中，火法工艺成熟、操作稳定，但投资大，存在SO2烟气问题【1】，湿法流程在消除SO2烟害及扩大铜资源利用范围等方面具有一定的优越性，因此越来越受到重视[2]。国外湿法炼铜工艺已成功地用于处理低品位氧化铜精矿、废石堆，但是对于硫化铜精矿来说，除焙烧一浸出和氨浸流程在工业上得到应用外，其他流程多处于研究阶段。关于湿法冶金中极难处理的黄铜矿在酸性FeC13和酸性Fe2(SO4) 溶液中溶浸动力学的报导甚多【3】，作为处理硫化矿的工业方法，其缺点是流程长，大量铁进入溶液，除铁或再生FeC13困难、效果差。一般采用传统的水解选择沉淀法，铁与硫以氢氧化物胶体形式存在，难以过滤，且胶体含母液铜离子多，不易洗涤。虽可采用絮凝剂使胶体凝集，但也因成本高而难于在工业上广泛应用。即便是使用微波浸出黄铜矿效果也不理想，虽说在浸出过程中加入适量的氧化剂MnO2，用H2SO4溶液浸取，避免了溶浸液中Fe(OH)3·nH2O胶体的生成，但溶浸次数多达7次以上【6】，因此，在工业上应用也将成为实际问题。为了简化工艺，使操作易于掌握和控制，提出了在低温、惰性气体保护下对黄铜矿进行硫化焙烧一溶浸除铁的新工艺方法制取精铜【9】，从而克服了上述缺点。该工艺具有溶浸剂可循环使用、设备投资小、流程短、浸取率高、不产生SO2溶浸时不产生胶体、溶浸液易过滤、溶浸次数少等优点。

1实验方法

1.1 物料化学分析和x射线衍射分析

试验用原料为云南大理某地的铜精矿，破碎至-74um，化学组成见表1，X射线衍射分析见图1。试剂元素硫(为光谱纯)用玛瑙碾钵磨至-74um，二者按10:1.11配料，混合均匀，装入编号的瓷坩埚中，于真空干燥器中保存待用。

由表1可知，除脉石成分，如SiO2、A2lO3、 CaO、MgO外的杂质金属如Zn、Pb、Co及As 等含量均很少，其总量不过0.76％。将金属硫化物作基础，用合理矿相计算求得黄铜矿（CuFeS2)在所有硫化物中占95.60％，其他硫化物如ZnS、PbS、CoS等总和仅占4.4％，这与X射线衍射分析一致。在试验结果计算中，转化率均以黄铜矿为100％作基础。

1.2 试验过程

黄铜矿低温加硫焙烧反应为CuFeS2+S O=CuS+FeS2。焙烧设备为硅碳棒电阻炉，将试料封闭于炉中心，通氩气和抽真空交替进行排空气约1h，然后升温。随温度升高，黄铜矿与反应转变为铜蓝和黄铁矿，过程中无So2产生。所产CuS极易被氧化溶浸，FeS2则相反，从而实现铜铁分离。CuS浸出的研究和工业实践较多，工艺已成熟，研究中主要考虑加硫焙烧过程。

2 试验结果与讨论

2.1 最佳反应物粒度的确定

首先采用单因素试验，在焙烧温度350～4000C,保温时间4h，矿：硫=10:1.11的条件下，测得黄铜矿粒度在-74um左右转化为CuS和FeS2较为理想，见图2。

从图2得知，反应物粒度为-74um 时黄铜矿的转化率达97％。因此确定最佳反应物粒度为-74um 。

2.2 焙烧温度对黄铜矿转化率的影响

黄铜矿在有单质硫存在和惰性气体保护的条件下，低温焙烧反应是否完善主要与焙烧条件有关，焙烧温度对黄铜矿转化率的影响如图3所示。从图3看出，在温度<350℃时，黄铜矿转化率随温度升高而增加，350～400℃达到最大值，几乎100％转化，硫化温度高于400℃转化率又降低。

2.3 差热及X射线衍射分析

图4为试样(矿:硫=10:1.11)的差热分析结果。仪器，STA 1500 +；样品，CuFeS2+S；日期，1998—07—17；质量，31.0l0mg；气体，Ar。

从图4可见，黄铜矿转变完全的峰值在353～354℃，与图3数据一致。为了证实转变的

物相，将试样在最优条件下焙烧后进行x射线衍射物相鉴定，见图5。X射线衍射分析证实了在最优条件下焙烧试样转化为CuS和FeS2，残余CuFeS2很少。

2.4 焙烧时间对黄铜矿转化率的影响

在达到预定温度350～400*(2后，黄铜矿转化率a与时间t的关系如图6所示。

转化率取对数对时间作图，见图7。从图7看出，转化率的对数与时间呈直线关系，由此可求得动力学方程式。

2.5 黄铜矿转变反应动力学方程式

按图7直线求斜率dlga/dt=k·A或lga=k·A·t + C，式中：a—黄铜矿转化率，质量％；

A —矿石表面积，cm2；t—反应时间，h；k —单位表面速率常数0．03cm-2·h-1；C —常数。

2.6 黄铜矿加硫焙烧提铜新工艺原则流程

加硫焙烧得到易溶的CuS，可用常规的湿法冶金工艺回收铜。建议黄铜矿加硫焙烧一氯盐浸出提铜新工艺的流程如图8所示。图8 黄铜矿加硫焙烧制铜建议新工艺流程

图8中，滤液一价铜(Cu+ )可以直接电解，也可以转化为CuCl2溶液，除部分返回作溶浸液，CuCl2溶液可采用各种方法生产金属铜或中间产品。可直接得氧化铜，还原得金属铜。

3 结论

黄铜矿硫化焙烧转化为CuS和Fes2的最佳条件为：温度350～400℃；时间4h；粒度

-74um，矿:硫= 10:1.11。转化产物可通过常规湿法冶金工艺生产金属铜或中间产品。

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A New Technique to M ake Copper Removing Iron from Chalcopyrite

SONG Ning．LIU，CAun·peng

(Faculty Materials and Metallurgical neering，Kunming University of and Technology，Kunming 650093，China)

Abstract

The process of chalcopyrite sulfidation roasting is investigated by using of the thermal analytical method andthe X·ray diffraction method at lower temperature and with Ar gas protection．The results indicate that the opti·real condition for CuFeS2 roasting into CuS and FeS2 is 350～ 400"C for temperature，retention time 4h，particlesize of the feeding materials les than 74t~m ，and the ratio of ore to sulfur in the raw material 10：1．1 1．Theroasting product can be treated with typical hydrometallurgical technology for copper recovery．Keywords：metallurgical technology；copper；sulfidation roasting；chalcopyrite

参考文献：

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