辉铜矿的浸出
辉铜矿化学-生物溶解机制及浸出动力学进展
辉铜矿化学-生物溶解机制及浸出动力学进展
房朝军;王军;邱冠周
【期刊名称】《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》
【年(卷),期】2024(34)1
【摘要】辉铜矿是最具生物冶金工业利用价值的含铜矿物之一,然而,其生物浸出效率仍有较大提升空间。
为了更好地揭示辉铜矿的生物浸出过程,对辉铜矿化学-生物溶解机制和浸出动力学相关研究进展进行综述。
系统阐述辉铜矿的晶体结构,总结辉铜矿的化学溶解机制、电化学溶解机制和生物溶解机制,讨论辉铜矿的浸出动力学以及不同浸出参数对辉铜矿浸出的影响,总结辉铜矿生物冶金在工业应用中存在的问题。
尽管如此,辉铜矿生物浸出的精细过程和浸出机制仍有待进一步研究。
未来可采用同步辐射等多种新型研究方法在化学-生物多学科交叉基础上探明次生硫化铜矿的精细氧化溶解机制,为辉铜矿高效环保提铜奠定基础。
【总页数】15页(P283-297)
【作者】房朝军;王军;邱冠周
【作者单位】河南理工大学化学化工学院;河南理工大学煤炭安全生产与清洁高效利用省部共建协同创新中心;昆明理工大学省部共建复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室;中南大学资源加工与生物工程学院;中南大学生物冶金教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TF8
【相关文献】
1.生物浸出过程中微生物协同作用机制的研究进展
2.黄铁矿、辉铜矿和铜蓝的生物浸出及其浸出动力学
3.难处理硫化矿生物湿法冶金研究进展Ⅱ氧化机制、强化细菌浸出与生物反应器设计
4.闪锌矿微生物浸出过程溶解动力学研究进展
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辉铜矿酸浸后所得的阳离子
辉铜矿酸浸后所得的阳离子一、引言辉铜矿是一种重要的铜矿石，其含铜量较高，但是由于其硬度大、结晶度高、颗粒细小等特点，使得其难以进行传统的选矿加工。
因此，目前辉铜矿主要采用酸浸法进行提取。
在酸浸过程中，会产生大量的阳离子，对环境和产品质量都有着重要的影响。
本文将详细介绍辉铜矿酸浸后所得的阳离子及其相关问题。
二、辉铜矿酸浸过程1. 酸浸原理辉铜矿主要采用的是硫酸浸出法。
在这个过程中，首先将辉铜矿粉碎成一定大小的颗粒，并加入一定比例的硫酸和水进行混合。
然后在一定温度下进行反应，使得其中的铜离子逐渐溶解到溶液中。
2. 产生阳离子在酸浸过程中，除了溶解出来的金属离子外，还会产生大量的阳离子。
这些阳离子主要来自于硫酸分解的过程中产生的氢离子，以及辉铜矿本身所含有的杂质元素。
三、辉铜矿酸浸后所得的阳离子种类及含量1. 氢离子在硫酸浸出法中，最主要的阳离子就是氢离子。
氢离子是一种非常活泼的阳离子，它会与溶液中的其他阴离子发生反应，形成各种化合物。
在酸浸过程中，氢离子主要来自于硫酸分解过程中产生的H+。
2. 铁离子辉铜矿中常含有一定量的铁元素。
在酸浸过程中，这些铁元素也会被溶解到溶液中，并形成Fe3+或Fe2+等铁离子。
3. 铝离子辉铜矿中还可能含有一定量的铝元素。
在酸浸过程中，这些铝元素也会被溶解到溶液中，并形成Al3+等铝离子。
4. 锰离子辉铜矿中还可能含有少量的锰元素。
在酸浸过程中，这些锰元素也会被溶解到溶液中，并形成Mn2+等锰离子。
5. 钴离子辉铜矿中还可能含有少量的钴元素。
在酸浸过程中，这些钴元素也会被溶解到溶液中，并形成Co2+等钴离子。
四、阳离子对环境和产品质量的影响1. 对环境的影响在酸浸过程中，产生大量的阳离子会对环境造成一定的污染。
其中最主要的是氢离子，它会使得溶液变得酸性，从而对土壤、水源等造成严重污染。
此外，其他阳离子如铁、铝、锰等也会对环境造成一定的影响。
2. 对产品质量的影响阳离子还会对提取出来的铜产品质量产生一定影响。
铜萃取分离最佳工艺条件确定
铜萃取分离最佳工艺条件确定铜萃取分离最佳工艺条件确定摘要：国内目前炼铜厂的铜萃取分离方式多样，原理各异，但是工艺较低，普遍存在着能耗高、污染大、效率低，质量差的问题。
如何让提高铜萃取分离效率并降低环境污染，已然是非常紧迫的问题。
本文主要探讨选冶联合流程，介绍铜的浸出分离-萃取-电积新工艺，并研究铜萃取分离的具体最佳工艺条件。
关键词：萃取分离工艺条件一、引言几年来，随着冶炼技术的提升，金属铜的选冶联合流程逐渐得到快速发展，浸出分离―萃取―电积新工艺在一些浮选尾矿和难选氧化矿的选矿提炼中获得实际运用。
此种新工艺对于残尾矿、表外矿、贫矿等难选矿物的处理非常有效，不仅投资少，相关设备也非常简单，所以逐渐受到重视。
kelex和lix等高效萃取剂使得溶剂萃取法制铜技术得到很大提高，有些新型的铜萃取剂，如上海产的n510和n530与广州产的0～3045等，萃取效能都非常优良。
二、铜矿石的浸出分离 1.细菌液浸出辉铜矿一般选用次生硫化矿作为试验用的主要矿石，同时还有适量的氧化矿石。
通过试验，证明了细菌液作为辉铜矿溶剂的高效性，在同等条件下，其浸出率远高于稀硫酸。
铁由于金属活动性大于铜，其在浸液中会较铜之前消耗稀酸，非常影响铜的浸出率，同时还会有铁的水解化合物沉淀产生，会破坏矿堆渗透性，所以菌液中含铁量不能过高，在实际生产过程中，一般选定细菌液中含铁量为每升八克左右[1]。
铜在浸液中的浸出速度是与浸液浓度相关的，在浸入细菌液初期，铜会快速的浸出，可以采取连续增加浸液来加快铜的浸出。
但是铜的浸出速度在浸出率超过百分之六十时会大大降低，此时浸液量也应该相应减少。
这种浸出规律比较相近于两段浸出的原理，即前百分之五十左右的铜可以快速浸出，但是余下的铜浸出速度非常缓慢。
2.硫酸液浸出氧化铜稀硫酸通常作为硫化矿或者氧化矿的浸出剂，其浸出方法主要有以下几种，即原地浸出法、堆矿浸出法、堆摊浸出法，以及分层浸出的混合方法。
这些浸出方法的选用主要由矿物类型、品味和位置决定，铜萃取剂萃取铜的参数由这些浸出方法的浸出溶液决定，ph和铜含量在不同浸出液中也不一样。
2022届高三化学一轮复习实验专题强基练40矿石中提纯制备类实验含解析
矿石中提纯制备类实验非选择题（共15题）1．辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu 2S)及少量脉石(SiO 2)。
一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下所示:（已知：硫不溶于水，微溶于酒精，易溶于二硫化碳、四氯化碳和苯。
）(1)写出“浸取”过程中Cu 2S 溶解时发生反应的离子方程式:____________。
(2)“回收S”过程中温度控制在50~60 ℃之间,不宜过高或过低的原因是_____________________。
(3)气体NO x 与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质,该反应的化学方程式为_________________。
向“滤液M”中加入(或通入)____(填字母),可得到另一种可循环利用的物质。
a.铁 b.氯气 c.高锰酸钾(4)“保温除铁”过程中,加入CuO 的目的是__________________；“蒸发浓缩、冷却结晶”过程中,加入HNO 3调节溶液的pH,其理由是___________。
(5)洗涤硝酸铜晶体的洗涤剂可以使用下列物质中的______________。
a.酒精b.热水c.饱和硝酸铜溶液2．我国产铜主要取自黄铜矿（CuFeS 2），随着矿石品位的降低和环保要求的提高，湿法炼铜的优势日益突出。
该工艺的核心是黄铜矿的浸出，目前主要有氧化浸出、配位浸出和生物浸出三种方法。
Ⅰ．氧化浸出（1）在硫酸介质中用双氧水将黄铜矿氧化，测得有2-4SO 生成。
①该反应的离子方程式为____________________________________________。
②该反应在25～50℃下进行，实际生产中双氧水的消耗量要远远高于理论值，试分析其原因：_____________________________________________________。
Ⅱ．配位浸出反应原理为：()2+-2-2322323424CuFeS +NH H O+O +OH Cu NH +Fe O +SO +H O ⎡⎤→⎣⎦（未配平） （2）为提高黄铜矿的浸出率，可采取的措施有____________________（至少写出两点）。
铜的冶炼工艺流程
铜的冶炼工艺流程
铜的冶炼工艺流程可以分为矿石选矿、矿石破碎、焙烧、浸出、萃取、电积等几个步骤。
首先是矿石选矿。
铜的矿石主要有辉铜矿、黄铜矿、闪锌矿等，通过对矿石进行分选和筛分，将矿石中的铜矿石与其他无用矿物分离。
然后是矿石破碎。
矿石用爆破或机械破碎设备进行破碎，将矿石粉碎成适合后续处理的颗粒。
焙烧是接下来的步骤。
将矿石放入高温炉中进行焙烧，目的是将矿石中的硫化物、碳酸盐等物质分解，使铜矿石的硫化物转化为氧化物。
完成焙烧后，接下来是浸出。
将焙烧后的矿石放入大型浸出槽中，加入稀硫酸等酸性溶液。
在高温高压下，酸性溶液与矿石中的铜氧化物反应，将铜溶解于溶液中，形成含铜的溶液。
萃取是提取溶液中的铜的步骤，一般采用有机溶剂萃取技术。
通过将有机溶剂与含铜溶液接触，有机溶剂中的抽提剂与铜离子进行配位反应，形成有机相中的可萃取的铜络合物。
然后将有机相与稀硫酸再次接触，将铜络合物转化为铜阳离子，得到富含铜的有机相。
最后的一步是电积。
将富含铜的有机相与电解槽中的阴阳极分开，并通过施加电流的方式，使铜离子还原成纯铜，沉积在阴
极上。
这一步得到的铜即为纯铜。
以上就是铜的冶炼工艺流程的主要步骤。
当然，在实际生产中，还会有一些辅助工艺和控制环节，以确保铜的质量和纯度。
铜的冶炼工艺流程可以根据实际情况进行调整和改进，以适应不同的矿石类型和冶炼条件。
铜的冶炼工艺在不断进步和创新中，以提高铜的冶炼效率和降低能源消耗，达到资源循环利用和环境友好的目标。
铜矿的提取与浸出过程
铜矿提取与浸出技术的发展趋势
新技术的研究与应用
生物浸出技术：利用微生物提取铜，环保高效
离子交换技术：通过离子交换树脂提取铜，选择性强
溶剂萃取技术：利用有机溶剂提取铜，快速高效
电化学浸出技术：利用电化学反应提取铜，节能环保
高效低耗的提取与浸出技术
环保要求：满足环保标准，减少对环境的影响
发展趋势：向高效、低耗、环保方向发展
酸性浸出
注意事项：控制酸度、温度和时间，防止过度浸出和污染环境
优点：效率高，成本低，适用于大规模生产
过程：破碎、磨矿、浮选、浸出、净化、浓缩、结晶
原理：利用硫酸等酸性物质溶解铜矿石中的铜
碱性浸出
浸出时间：根据铜矿的种类和粒度等因素确定，一般为几个小时到十几个小时
浸出效果：浸出液中铜离子浓度高，便于后续提取和净化处理
汇报人：
,
铜矿的提取与浸出过程
/目录
目录
02
铜矿的浸出过程
01
铜矿的提取方法
03
铜矿提取与浸出过程中的影响因素
05
铜矿提取与浸出过程的实际应用案例
04
铜矿提取与浸出技术的发展趋势
1
铜矿的提取方法
物理提取法
磁选：利用磁性差异，将铜矿与其他矿物分离
重选：利用矿物密度差异，将铜矿与其他矿物分离
电选：利用矿物电化学性质差异，将铜矿与其他矿物分离
a. 矿石破碎：将矿石破碎至一定粒度，便于后续处理。b. 磨矿：将破碎后的矿石磨成细粉，提高浸出效率。c. 浸出：采用酸或碱溶液，将铜离子从矿石中浸出。d. 净化：通过沉淀、过滤等方法，去除浸出液中的杂质。e. 电解：采用电解方法，将铜离子还原为金属铜。
不同类型铜矿的提取与浸出技术比较
辉铜矿的浸出
铜的硫化物有一个固溶体 区间 中间产物组成为 Cu1+xS，x =0～1 ,成分介于
辉铜矿和铜蓝之间,为蓝辉铜矿,组成及在25 ℃时 的标准生成自由能见表1。
由表 1 可见 ,在辉铜矿氧化浸出过程中 ,随着 铜离子的不断浸出 ,会形成类似于铜硫固溶体的
一般情况下，矿石粒度越小，浸出时间越短，浸出 率越高。在实际生产中，一般破碎到5～20毫米的粒度进 行堆浸。如粉矿量较多，即200目含量超过35%，用常 规的堆浸法，由于粉矿量过多造成矿堆表面结板形成沟 流，影响溶液渗透，浸出率有所降低。
Microbio－hydrometallurgy
堆浸场地选择
mL，而pH 1.0和2.5的条件不利于菌体生长，在
pH对铜浸出量的影响
营养物
细菌的生长与繁殖需要无机盐作为营 养物。如：铵盐、钾盐、磷酸根等
细菌接种
在5%~20%范围内研究了接种量对浸 出率的影响。实验表明，采用适当的接种 量，可有效加快细菌的生长速率. 随着接 种量的增大，前期浸矿速率也增大；接种 量超过15%后，增大的效果不明显. 考虑到 种子液培养成本，10%为较优的接种量(图
目前,高品位、易选别矿产资源日趋减少,低品
6.3 产业化进展
位、难选冶资源日益受到重视。而传统的开发方式 非常不适应开发低品位资源,而且对环境还有一定 程度的破坏。资源开发与环境保护之间存在着诸多 问题。因此,对于低品位、难选冶资源的开发利用, 微生物湿法冶金技术显示出了巨大潜力。微生物冶 金技术可以很经济地处理低品位、难处理矿石和传 统开发方式留下的矿产废料 ,且该技术对环境危害 小、投资少、能耗低、药耗少。
辉铜矿火法炼铜
辉铜矿火法炼铜辉铜矿火法炼铜是一种传统的冶炼方法，已经有数千年的历史。
它是将辉铜矿中的铜分离出来的有效方式，不仅生动展示了人类智慧的辉煌篇章，也有着丰富的指导意义。
首先，辉铜矿火法炼铜需要明确的工艺流程。
整个过程大致可以分为焙烧、浸出、蓄热、冶炼和纯化五个主要的步骤。
通过对焙烧温度、时间、浸出液体组成等参数的控制，可以实现对铜的分离和纯化。
这个流程有着清晰的步骤和具体的操作要求，这对于工作者来说具有很重要的指导意义。
其次，在辉铜矿火法炼铜的过程中，对温度、氧气和时间的控制是至关重要的。
焙烧阶段需要控制的温度使辉铜矿中的硫元素氧化为氧化铜，并使铁、锌等杂质转化为容易溶解的形式。
在冶炼阶段，需要通过高温使铜熔化，然后分离出其他杂质。
火法炼铜的成功与否，取决于对这些变量的准确掌握和灵活运用。
这对我们平时的工作中也有所提示：只有充分了解并运用合适的工具和材料，才能取得好的结果。
此外，辉铜矿火法炼铜也需要注意环保和资源利用。
在冶炼过程中产生的废气和废渣都需要进行处理和回收利用。
对于废渣的回收利用，可以通过提取其中的有用成分，如铜、锌等，以减少资源的浪费。
同时，通过对废气的净化和排放控制，保护环境，减少污染。
这个过程对于如今的资源环保问题具有启示意义：我们需要积极寻求回收再利用的途径，为保护环境和节约资源做出自己的贡献。
总之，辉铜矿火法炼铜是一项历史悠久且有着丰富指导意义的冶炼技术。
它的工艺流程、温度控制、环保意识等方面的运用都为今后的工业发展和环保提供了有价值的参考。
我们在学习和实践中应该深入了解其中的原理和操作要点，并在实际工作中灵活运用，不断推动技术的进步和环境的改善。
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目前,高品位、易选别矿产资源日趋减少,低品
6.3 产业化进展
位、难选冶资源日益受到重视。而传统的开发方式 非常不适应开发低品位资源,而且对环境还有一定 程度的破坏。资源开发与环境保护之间存在着诸多 问题。因此,对于低品位、难选冶资源的开发利用, 微生物湿法冶金技术显示出了巨大潜力。微生物冶 金技术可以很经济地处理低品位、难处理矿石和传 统开发方式留下的矿产废料 ,且该技术对环境危害 小、投资少、能耗低、药耗少。
Microbio－hydrometallurgy
（3）固体产物始终是P-型 半导体
在从辉铜矿到铜蓝的转化过程中 , 固体产物始终是P-型半导体 ,其禁带约为 1.8eV 。辉铜矿的导带由铜的4s 轨道演 化而来, 而价带是从硫的3 p 能级导出。 辉铜矿的离子模型为: (Cu+)2S2－ ;对于缺 铜的辉铜矿 Cu2-xS, 其离子模型为: (Cu+) 2+) S2－ 。在能带模型中 ,每失去 (Cu 2－x x 一个Cu ,就有一个空穴产生。Cu＋ 的离
Microbio－hydrometallurgy 是 CuS,其浸出速率常数也应该是一个随
铜的硫化物有一个固溶体 区间 中间产物组成为 Cu1+xS，x =0～1 ,成分介于
辉铜矿和铜蓝之间,为蓝辉铜矿,组成及在25 ℃时 的标准生成自由能见表1。
由表 1 可见 ,在辉铜矿氧化浸出过程中 ,随着 铜离子的不断浸出 ,会形成类似于铜硫固溶体的
硫化铜矿的细菌浸出
Cu% 34.5 78.9 63.3 66.4 52.1 57.7 23.3 48.3 晶型 正方 斜方 正方 六方 等轴 等轴 等轴 斜方 斜方 等轴
Microbio－hydrometallurgy
(2) 各种硫化铜矿的浸出效果 就铜矿而言,中温细菌浸出时,各种硫
化铜矿的浸出效果: 辉铜矿＞斑铜矿＞方黄铜矿＞铜蓝矿＞ 黄铜矿
Microbio－hydrometallurgy
(2) Cu2S和 CuS之间存在一系列中 间产物
但在辉铜矿浸铜的电化学研究中证
实 ,在 Cu2S和 CuS之间存在一系列中间 产物，其中一些具有稳定的组成和固定 的氧化还原电位 ,如果辉铜矿在浸出过程 中的变化过程与这些电化学研究一致， 则方程式（1）的产物应该是Cu2-xS 而不
缺少细菌 , 浸出是十分缓慢而短暂的 , 即使是 Fe(Ⅲ)
浸出 , 也需要细菌反复再生。吸附菌体通过多糖层的
Fe (Ⅲ) 对矿物起作用,它与溶液中 Fe (Ⅲ) 直接对矿物
起作用 , 效果完全不一样。由于矿石的复杂性及细菌
的多样性 , 细菌作用也就变得复杂多样 , 直接或间接作
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细菌浸出中辉铜矿最易，黄铜矿最难。 总之这些都是试验而得出的，只是经验 的总结。
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6.2硫化铜矿的浸出理论基 础
(一) 辉铜矿的浸出 (1) 浸出步骤
第一步
Cu2S+ Fe2(SO)3→ CuSO4 + CuS+2FeSO4 第二步 CuS + Fe2(SO)3 → CuSO4+2FeSO4+S0 (2) (1)
ห้องสมุดไป่ตู้
(QuebradaBlanca, 海拔4400 m )是海拔最高的湿法炼铜
(3) 表面固态产物膜 各种硫化矿中黄铜矿是最难浸出的，其
原因在于 其表面随反应的进行生成了固态产物层覆盖 于矿物表 面从而阻碍了反应的进一步进行。 对表面固态产物膜有三种不同的观点： a）铁矾层：由于浸出液中有大量的SO42+和 Fe3+存在，随反应的进行pH会升高，因此有 可能在矿粒表面形成致密Fe2( SO4)3的盐层 使反应难以进行； b）元素硫层：在反应过程中有大量的元素硫
微生物湿法冶金技术产生于上世纪中叶 ,是生 物技术与湿法冶金技术相互交叉的边缘学科。
Microbio－hydrometallurgy 经历了半个世纪的发展 ,其在产业化和基础理
（1）在铜矿湿法冶金中的应 用
生物技术在铜矿的应用是最早的，目前正在进行
建设年产20 000t 阴极铜的微生物堆浸厂的可行性研究 工作。目前全世界有12个铜的生物氧化浸出厂 ,美国和 智利用 SX2EW 法生产的铜中约有50 %以上都采用生 物堆浸技术,最典型的是智利北部的奎布瑞达布兰卡
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(二) 黄铜矿的浸出
(1) 黄铜矿的溶解机理
黄铜矿细菌氧化的可能先后顺序:
CuFeS2 →Cu9Fe9S16 →CuFeS1-x→CuS2
→Cu9S5 →Cu2S →CuS →Cu O ( CuCl、
CuCl 、Cu 2OCl2)→Cu 3SO4( OH)4 →
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（4） 黄铜矿细菌浸出的一些规律
1)黄铜矿细菌浸出的速率是化学浸出的速率的 5~10倍； . 2)在生成铁矾的情况下，细菌浸出要明显的低 于化学浸出的速率； 3)细菌浸出的速率随矿石的粒度减小而上升； 4)氧O2和CO2的供应会导致细菌浸出的速率变 化； 5)必须对细菌进行驯化； 6)原电池效应和黄铁矿的存在会加快细菌浸出 的速率； 7)低品位的黄铜矿的浸出的速率比精矿要高。 Microbio－hydrometallurgy
CuSO4 。这些中间矿物基本是按铜浸出
率的高低 , 即氧化程度的高低 ,先后被细 菌转化成主矿物; 而且黄铜矿一旦开始被 Microbio－hydrometallurgy
(2) Fe ( Ⅲ) , Cu ( Ⅱ) 等对细菌浸出的 影响
直接间接作用争议的核心是细菌与 Fe (Ⅲ)的功能
地位 , 显然 , 细菌的作用是首位的, 在黄铜矿浸出体系,
硫化铜矿的细菌浸出
6.1 硫化矿的种类与可浸性比较 (1) 常见的硫化矿
矿物 黄铜矿 辉铜矿 斑铜矿 铜蓝 黝铜矿 砷黝铜矿 银黝铜矿 方铜矿 硫砷铜矿 硫铜钴矿 分子式 CuFeS2 Cu2S Cu5FeS4 CuS (Cu,Fe)12Sb4S12 4Cu2S.As2S3 (Ag.Cu.Fe)12(As2Sb)4S13 CuFe2S3 Cu3.AsS4 Cu(Co,Ni)2S4