離析煉銅法(coppersegregation

process)

難選、難浸出結(jié)合性氧化銅礦經(jīng)氯化還原、浮選和熔煉產(chǎn)出粗銅的銅熔煉方法。

簡史

1923年在智利進(jìn)行氧化銅礦還原焙燒一氨浸出試驗(yàn)時(shí)，研究者們發(fā)現(xiàn)礦石中天然存在的食鹽能使氧化銅轉(zhuǎn)變成金屬銅而沉積在炭粒表面的現(xiàn)象。這一發(fā)現(xiàn)為銅礦石的處理開辟了一條新途徑。20世紀(jì)30年代，在津巴布韋和剛果曾建設(shè)幾座離析煉銅法的中間工廠。原礦含銅4.95％時(shí)，產(chǎn)出品位69.5％的銅精礦，銅回收率為89.1％。但因當(dāng)時(shí)市場銅價(jià)低，生產(chǎn)成本高，這些工廠只生產(chǎn)幾個(gè)月就停產(chǎn)了。到20世紀(jì)50年代，由于易選的硫化銅礦日趨減少，氧化銅礦相對增多，離析煉銅法又被重視起來。20世紀(jì)70年代建成了工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)廠，其中贊比亞羅卡納(Rokana)冶煉廠和毛里塔尼亞阿克尤特(Akjoujt)銅礦采用相同的流態(tài)化爐一豎爐兩段離析工藝，后者設(shè)計(jì)規(guī)模為年產(chǎn)銅3.5萬t。這兩家工廠因設(shè)備故障和燃料費(fèi)用高等問題，均未正常生產(chǎn)。中國對離析煉銅法的研究始于20世紀(jì)50年代，中國廣東石菜銅礦于1976年建成一座回轉(zhuǎn)窯一段離析煉銅法工廠，這是世界上僅存的離析煉銅法的生產(chǎn)廠。因設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)出的銅精礦要經(jīng)過熔煉才能得到粗銅，投資和操作費(fèi)比用選礦法獲得銅精礦高2～3倍，經(jīng)濟(jì)效益不高，而制約了它的發(fā)展。

原理

一般認(rèn)為銅礦的離析過程包括食鹽分解成氯化氫氣體、銅氧化物氯化揮發(fā)和銅氯化物被還原成金屬三個(gè)基本步驟。

(1)食鹽分解成氯化氫。在有水分存在條件下，爐料被加熱到973～1073K溫度時(shí)，食鹽同礦石中的石英脈石發(fā)生反應(yīng)，生成氯化氫：

2NaCl+H₂O+xSiO₂=Na₂O•xSiO₂+2HCl

(2)銅氧化物氯化。生成的氯化氫與各種形態(tài)的銅氧化物(以Cu₂O為代表)作用，生成揮發(fā)性的銅氯化物：

6HCl+3Cu₂O=2Cu₃Cl₃+3H₂O

(3)銅氯化物還原。氣態(tài)銅氯化物被吸附于炭粒表面上的氫氣還原，生成金屬銅并覆蓋在炭粒表面，同時(shí)再生出氯化氫：

2Cu₃Cl₃+3H₂=6Cu+6HCI

離析過程必需的水分來自礦石中的結(jié)晶水和添加劑中含有的吸附水，將銅氯化物還原成金屬的氫氣是由碳?xì)浠衔锪呀獾奶己退磻?yīng)產(chǎn)生：

C+H₂O=CO+H₂

工藝中國廣東石萊銅礦離析煉銅法工廠有φ(d／m)3.6×(l／m)50回轉(zhuǎn)窯4臺，以重油為燃料，爐料與煙氣順流。處理原料為高硅質(zhì)結(jié)合性氧化銅礦，含銅2％左右。原礦破碎到粒度小于4mm后配入煤和食鹽，加入回轉(zhuǎn)窯內(nèi)離析，窯頭爐料溫度控制在1073～1173K。排出的離析料經(jīng)過冷卻、磨礦和浮選，得到含銅在25％以上的銅精礦，銅的選礦回收率為75％～80％，離析煉銅法產(chǎn)出的銅精礦在反射爐內(nèi)煉成粗銅(見反射爐煉銅)。

在氧化銅離析過程中，食鹽分解和銅氯化物還原反應(yīng)速度都很快，影響過程速度的關(guān)鍵步驟是氯化氫與銅氧化物之間的反應(yīng)。離析的效果與銅的礦物組成、礦石粒度、離析溫度、反應(yīng)時(shí)間，以及還原劑和氯化劑的種類、粒度、用量等因素有關(guān)，其中最重要的是離析溫度和還原劑用量。物料加熱到873K溫度時(shí)，離析反應(yīng)即可發(fā)生，但過程緩慢；如溫度超過1173K，不僅浪費(fèi)能源、而且會引起爐料燒結(jié)導(dǎo)致設(shè)備故障。還原劑的用量直接影響到反應(yīng)體系還原氣氛的強(qiáng)弱，用量多且粒度細(xì)，氧化銅容易不經(jīng)離析而就地還原，使礦物在浮選時(shí)的可浮性變差，回收率低；如還原劑不足，反應(yīng)減慢，同樣不利。常用氯化劑有食鹽，氯化鈣和氯化鎂等。以食鹽來源最廣，應(yīng)用最多，銅選礦回收率也最高。

設(shè)備

通常按照加熱和反應(yīng)這兩個(gè)過程，是在一個(gè)單體設(shè)備中完成，還是分別在兩臺設(shè)備中完成，把離析煉銅分成為一段法和兩段法。一段法采用的設(shè)備有多膛爐、回轉(zhuǎn)窯和豎爐等，兩段法使用的是回轉(zhuǎn)窯一回轉(zhuǎn)窯、回轉(zhuǎn)爐一豎爐、流態(tài)化爐一豎爐等。一段法設(shè)備投資少，容易達(dá)到所需的離析溫度，混料均勻；但離析過程氣氛要求嚴(yán)格，而且銅氯化物逸出進(jìn)入煙氣，降低了銅的直接回收率。二段法便于操作和管理，但混料不夠好，在反應(yīng)器內(nèi)較難達(dá)到所需的溫度。