离析炼铜法

离析炼铜法(coppersegregationprocess)难选、难浸出结合性氧化铜矿经氯化还原、浮选和熔炼产出粗铜的铜熔炼方法。简史1923年在智利进行氧化铜矿还原焙烧一氨浸出试验时,研究者们发现矿石中天然存在的食盐能使氧

离析炼铜法

离析炼铜法(coppersEGRegationprocess)

难选、难浸出结合性氧化铜矿经氯化还原、浮选和熔炼产出粗铜的铜熔炼方法。

简史1923年在智利进行氧化铜矿还原焙烧一氨浸出试验时,研究者们发现矿石中天然存在的食盐能使氧化铜转变成金属铜而沉积在炭粒表面的现象。这一发现为铜矿石的处理开辟了一条新途径。20世纪30年代,在津巴布韦和刚果曾建设几座离析炼铜法的中间工厂。原矿含铜4.95%时,产出品位69.5%的铜精矿,铜回收率为89.1%。但因当时市场铜价低,生产成本高,这些工厂只生产几个月就停产了。到20世纪50年代,由于易选的硫化铜矿日趋减少,氧化铜矿相对增多,离析炼铜法又被重视起来。20世纪70年代建成了工业规模生产厂,其中赞比亚罗卡纳(Rokana)冶炼厂和毛里塔尼亚阿克尤特(Akjoujt)铜矿采用相同的流态化炉一竖炉两段离析工艺,后者设计规模为年产铜3.5万t。这两家工厂因设备故障和燃料费用高等问题,均未正常生产。中国对离析炼铜法的研究始于20世纪50年代,中国广东石菜铜矿于1976年建成一座回转窑一段离析炼铜法工厂,这是世界上仅存的离析炼铜法的生产厂。因设备结构复杂,产出的铜精矿要经过熔炼才能得到粗铜,投资和操作费比用选矿法获得铜精矿高2~3倍,经济效益不高,而制约了它的发展。

原理一般认为铜矿的离析过程包括食盐分解成氯化氢气体、铜氧化物氯化挥发和铜氯化物被还原成金属三个基本步骤。

(1)食盐分解成氯化氢。在有水分存在条件下,炉料被加热到973~1073K温度时,食盐同矿石中的石英脉石发生反应,生成氯化氢:

2NaCl+H2O+xSiO2=Na2OxSiO2+2HCl

(2)铜氧化物氯化。生成的氯化氢与各种形态的铜氧化物(以Cu2O为代表)作用,生成挥发性的铜氯化物:

6HCl+3Cu2O=2Cu3Cl3+3H2O

(3)铜氯化物还原。气态铜氯化物被吸附于炭粒表面上的氢气还原,生成金属铜并覆盖在炭粒表面,同时再生出氯化氢:

2Cu3Cl3+3H2=6Cu+6HCI

离析过程必需的水分来自矿石中的结晶水和添加剂中含有的吸附水,将铜氯化物还原成金属的氢气是由碳氢化合物裂解的碳和水反应产生:

C+H2O=CO+H2

工艺中国广东石莱铜矿离析炼铜法工厂有φ(d/m)3.6×(l/m)50回转窑4台,以重油为燃料,炉料与烟气顺流。处理原料为高硅质结合性氧化铜矿,含铜2%左右。原矿破碎到粒度小于4mm后配入煤和食盐,加入回转窑内离析,窑头炉料温度控制在1073~1173K。排出的离析料经过冷却、磨矿和浮选,得到含铜在25%以上的铜精矿,铜的选矿回收率为75%~80%,离析炼铜法产出的铜精矿在反射炉内炼成粗铜(见反射炉炼铜)。

在氧化铜离析过程中,食盐分解和铜氯化物还原反应速度都很快,影响过程速度的关键步骤是氯化氢与铜氧化物之间的反应。离析的效果与铜的矿物组成、矿石粒度、离析温度、反应时间,以及还原剂和氯化剂的种类、粒度、用量等因素有关,其中最重要的是离析温度和还原剂用量。物料加热到873K温度时,离析反应即可发生,但过程缓慢;如温度超过1173K,不仅浪费能源、而且会引起炉料烧结导致设备故障。还原剂的用量直接影响到反应体系还原气氛的强弱,用量多且粒度细,氧化铜容易不经离析而就地还原,使矿物在浮选时的可浮性变差,回收率低;如还原剂不足,反应减慢,同样不利。常用氯化剂有食盐,氯化钙和氯化镁等。以食盐来源最广,应用最多,铜选矿回收率也最高。

设备通常按照加热和反应这两个过程,是在一个单体设备中完成,还是分别在两台设备中完成,把离析炼铜分成为一段法和两段法。一段法采用的设备有多膛炉、回转窑和竖炉等,两段法使用的是回转窑一回转窑、回转炉一竖炉、流态化炉一竖炉等。一段法设备投资少,容易达到所需的离析温度,混料均匀;但离析过程气氛要求严格,而且铜氯化物逸出进入烟气,降低了铜的直接回收率。二段法便于操作和管理,但混料不够好,在反应器内较难达到所需的温度。

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