穆利亚希阴极铜质量控制技术研究与应用

赞比亚穆利亚希氧化铜矿矿石性质复杂,采用硫酸浸出—萃取—电积工艺进行处理。为降低杂质对电积作业的影响、有效控制并提高阴极铜产品质量,深入追踪到浸出、萃取等多个作业系统开展了技术创新研究与应用,包括搅拌浸出分支加酸、浸出液多级净化、高效萃取、负载有机相净化除杂等。结果表明:穆利亚希湿法冶炼厂通过多种技术的研究和应用,从生产源头及过程降低了有害离子、絮凝物的含量,减轻了杂质对电积作业的影响,成功将电流效率提升至96%以上,阴极铜产品的平均纯度提升至99.9988%,50%以上的阴极铜纯度超过99.9990%,实现了企业提质增效的目的。

低品位铜钴矿浸出液中和沉钴研究

针对某低品位铜钴矿浸出—脱铜—净化后的低钴溶液,以活性氧化镁为中和剂,考察了一段沉淀工艺中和剂用量、时间、钴锰质量比(Co/Mn)等对钴及杂质沉淀效果的影响。结果表明,MgO加入量为理论量的1.20倍,沉淀时间8 h,Co/Mn=5.95时,Co、Mn沉淀率分别为88.30%和44.80%,氢氧化钴产品中Co含量36.85%,杂质Mg、Mn分别为2.15%和2.73%。基于一段沉钴优化条件,考察了两段中和沉钴循环试验。结果表明,MgO加入量为理论量的1.20倍,Co/Mn=5.95时,一段中和时间8 h,二段中和时间3 h,Co、Mn整体沉淀率分别为96.63%和34.67%,氢氧化钴产品中Co含量37.70%,杂质Mg、Mn分别为2.48%和2.85%。相比而言,两段沉钴方案Co沉淀率高,杂质Mn沉淀率低,两段沉钴方案适宜处理该低钴溶液。

高铁低铜萃余液铜回收研究

浸出—萃取—反萃—电积工艺中,残留在萃余液中的铜具有很高的回收价值。针对现有研究在机理和产物形貌方面分析的不足,开展了置换法从高铁低铜萃余液中回收铜的研究。系统考察时间、温度、加料方式、铁粉用量等条件对置换效果的影响,实现了铜的高效置换回收。研究表明:在20℃机械搅拌30 min条件下,一次加入用量为Cu^(2+)完全反应所需理论用量7倍的铁粉,Cu^(2+)和Fe^(3+)的转化率分别为99.96%和95.86%,而H+转化率仅为2.37%。对试验结果进行热力学分析,发现反应的优先顺序和限度与热力学计算结果具有一致性。产物铜形貌表征分析表明,产物海绵铜主要由海绵状和类球状两种结构组成。

细菌浸出含砷铜矿石过程的表面钝化研究

含砷铜矿是重要的铜矿资源,在生物浸矿的过程中,矿石表面产生的钝化膜致使Cu浸出率大幅降低。在细菌浸出含砷铜矿的过程中,利用XRD、XPS等分析矿石表面的矿物成分及物相变化。结果表明:浸出初期(1~5 d),矿石表面主要产生Fe(Ⅲ)—OOH、Fe(Ⅲ)—氧化物、S_(n)^(2-)和S^(0);浸出中期(5~9 d),矿石表面Fe(Ⅲ)—OOH、Fe(Ⅲ)—氧化物、S_(n)^(2-)和S^(0)含量增加;浸出后期(9~15 d),矿石表面产生黄钾铁矾和非晶态砷酸铁。结合Cu浸出率随时间变化曲线,分析得出浸出初期并未出现钝化现象;浸出中期主要是S_(n)^(2-)和S^(0)的阻碍作用;浸出后期主要是黄钾铁矾包裹造成钝化影响浸出。

铜渣贫化回收铜的研究现状及展望

铜是现代工业不可或缺的原材料,然而我国铜资源对外依存度高,是典型的“卡脖子”资源。铜主要通过火法冶炼铜精矿制得,冶炼过程渣量大、渣含铜量高达0.5%~5%,远高于我国铜矿的可采品位(0.2%)。因此,研究铜渣贫化回收铜的工艺对提升我国资源保障能力具有重要意义。基于铜/铜锍在渣中的赋存状态、铜损的主要形式,重点综述了现阶段铜渣贫化回收铜的工艺技术,包括火法贫化法、浮选法、湿法处理等,并对未来的研究重点进行了展望。目前,电炉贫化处理量大,技术成熟,但其通常使用煤炭等作为还原剂,由于其密度小于铜渣,反应时大多漂浮渣层表面并燃烧,反应不充分,也不利于大气环保。另外,工业上常使用金属铁棒还原炉底结瘤的磁铁矿,但其密度大于铜/铜锍,在渣液中沉降速度快,对渣层的还原不彻底。因此,开发环保、高效的还原剂逐渐成为火法电炉贫化研究的重点。浮选法是处理天然铜矿的常用手段,但铜渣存在硬度高、伴生关系复杂、粒度分布不均、微细粒多等浮选难点,同时铜渣高温浮选导致捕收剂失活的问题也亟待解决。在处理低品位铜渣时,湿法浸出是常用手段,但化学试剂和废液环保问题难以解决;生物浸出具有性质稳定、对环境无污染,且浸出后金属含量较低等优点,但其浸出周期长、效率低。根据目前贫化工艺的难点,对未来贫化工艺开发与优化进行了展望,如增加外场聚集四氧化三铁以改善铜/铜锍沉降环境、开发环保高效的火法贫化还原剂、探究还原剂对不同铜渣渣型的作用机制以及开发耐高温的铜渣浮选新药剂等。

中国古代的高温技术与发明人工冶铜

几十万年前中华文明地区就掌握了人工制造火、控制火并保留火种的能力,成为发展早期高温烧制陶器的技术基础。通过捶打在周边环境中捡拾到的自然铜,人类逐渐掌握了变形加工以制作铜器的能力。相对于环地中海地区,新石器末期中国各地烧制陶器所使用的高温加热技术逐渐呈现出一定领先优势,不仅为发明人工冶铜并顺利进入铜器时代提供了高温技术支撑;而且随后基于领先于全世界的高温技术,率先发明了需1200℃以上加热才能制作出来的瓷器,为人工冶铜技术的出现奠定了坚实的高温基础。早期铜器的化学成分主要取决于所获得铜矿石的天然成分,高温冶铜则有利于促使铜器化学成分的均匀化。

中国的铜矿资源与发展人工冶铜的机会

内容导读人工冶铜技术的出现、传播和发展是推动生产力提高和人类进入文明时代的关键性因素。技术起始于人们发现了自然铜块并将其捶打成工具使用,进而开始积累出金属变形加工的知识。在人类生活地区蕴藏着足够的铜矿资源是发展人工冶铜的核心基础。新石器时代末期人类族群烧制陶器的高温水平对于把混入窑炉的铜矿石转变成金属铜发挥着重要作用,温度越高,越有利于借助烧烤到偶然混入的铜矿石而尽早发现人工冶铜技术。公元前2000年之前,中国掌握了捶打加工天然铜块的能力,且各地在铜矿资源和高温技术方面均保有一定优势;中国的这些优势会明显提高借助偶然机会发现人工冶铜技术的概率,因此有充分的能力和机会去发展本土的人工冶铜技术。

铝粉还原污酸中砷新工艺研究

由于硫化精矿中砷含量越来越高,致使烟气处理过程产生的污酸中砷含量也越来越高,同时污酸中含有铜、铁等有价金属。目前污酸除砷方法多以除砷为目的,形成的含砷渣属于危废,还需要二次处理。本研究研发了还原除砷新工艺,首先向污酸中加入硫化砷渣进行脱铜预处理并回收铜,然后用铝粉还原脱铜后液中的砷回收砷,最后向脱砷液中加入硫酸钾回收铝,还原后液回收还原剂后采用两段中和法处理。试验研究结果表明,在加入铜离子摩尔量1.1倍的硫化砷渣、反应温度85℃、反应时间3 h的条件下,污酸中的铜含量由2000 mg/L降至196 mg/L,硫化铜渣返熔炼配料系统;在还原温度70℃、还原时间2 h,还原剂用量1.8倍的条件下,砷的还原率大于96%,还原后液中的砷含量低于300 mg/L,得到的砷渣品位大于95%,可用于后续制备高品位单质砷;在硫酸钾用量1.1倍、反应温度常温、反应时间2 h的条件下,溶液含铝3.6 g/L,得到的明矾可达到《工业硫酸铝钾》(HG/T2565—2007)一等品标准。该方法除砷效果好,且能将污酸中的砷转变为具有经济价值的砷产品,还不会产生硫化氢气体,具有应用推广价值。

As和MgO的加入对铜冶炼渣中砷玻璃化的影响

研究FeO−SiO_(2)−Fe_(2)O_(3)−B_(2)O_(3)−CaO−Al_(2)O_(3)−(MgO)体系铜冶炼渣中砷(As)的玻璃化。通过XRD、SEM、FTIR和XPS分析手段系统地研究As玻璃化机制。结果表明,As与铁硅酸盐炉渣表现出良好的相容性。FTIR和XPS分析结果表明,As可以部分替代硅形成Si—O—As结构,从而提高熔体的聚合度。[BO_(3)]^(3−)结构单元随着As含量的增加而趋于减少,而加入MgO后则观察到相反的行为。此外,MgO增加了熔体的非桥氧数量(NBO)。TCLP、SPLP和pH依赖性测试结果表明,As的浸出毒性随着As含量的增加而增加,但随着MgO的加入而降低。DSC分析结果表明,As和MgO的加入均可以改善含As玻璃的热稳定性。

超重力强化分离铜渣中铜的数值模拟及辅助工业设计

由于当前铜冶炼工艺产生的铜渣铜含量比较高,采用传统的电炉贫化技术分离铜液滴时间长、回收率低,因此引入超重力技术对贫化过程进行改善。采用数值模拟的方法,以卧式离心机为模型基础,选用转炉铜渣作为试验对象进行研究,借助COMSOL Multiphysics软件构建模型,模拟铜渣中铜液滴的沉降过程。根据计算结果分析重力系数(G)、温度(T)对不同粒径铜液滴沉降行为的影响。结果表明,在T=1300℃、G=1的条件下,粒径低于80μm的铜液滴无法自由沉降;在恒定温度下,重力系数以及铜液滴粒径的增加均有利于铜液滴在铜渣中的沉降;温度升高会降低铜渣和铜的黏度,促进二者分离。最后,根据铜液滴的沉降数据,对离心机半径、给料速度等工业参数提出优化建议,以提升铜的回收率,降低企业生产成本。

基于PCA-NIPSO-SVM组合的铜锍中锑含量预测模型

铜锍是造锍熔炼的产物,同时也是吹炼生产粗铜的原料,锑作为铜锍中很难脱除的杂质,其含量的控制对铜品位、火法精炼阳极炉寿命、电解精炼阴极板质量等均具有重要影响。鉴于目前铜冶炼中有关锑含量控制预测研究较少、特征选取和预测结果较差等问题,提出了多种算法组合并优化的支持向量机模型。使用灰色关联分析(GRA)和主成分分析(PCA)对特征参数进行筛选和降维,并融合改进Sine混沌映射的新型粒子群算法(NIPSO)对支持向量机(SVM)进行优化,最后根据冶炼数据进行测试、训练和预测。实验结果显示PCA-NIPSO-SVM相较于PCA-PSO-SVM、PSO-SVM和SVM对锑的预测性能有较大提升,其评价指标MAE、MSE和RMSE分别为0.0118155、0.0002256及0.0150197。基于改进Sine混沌映射粒子群算法优化的支持向量机预测模型能够较好地预测铜锍中锑的含量,为氧气底吹炼铜的配料方案和工艺控制提供借鉴。

硫酸亚铁焙烧-水浸工艺分离黑铜泥中铜和砷

采用硫酸亚铁焙烧-水浸工艺实现黑铜泥中铜、砷一步分离。考察了铁砷摩尔比(Fe/As)、焙烧温度、焙烧时间、水浸初始pH等对试验效果的影响。较优工艺条件为:焙烧温度400℃、Fe/As=0.3、焙烧时间120 min、水浸温度80℃、水浸时间60 min、水浸液固比7 mL/g、水浸初始pH=4.5,沉砷率高达99%以上,铜浸出率高达96%以上。经XRD分析,沉砷渣主要成分为臭葱石和氧化铁,实现了砷的安全固化处置。

铜火法冶炼废水处理实践

阐述了铜冶炼火法工艺发展状况,剖析了铜冶炼过程产生废水的主要环节,并对废水处理工艺及原理进行了梳理,分析了某铜冶炼企业废水产生节点、产生特点和组成成分;针对现有的废水处理技术和资源化利用提出了合理的建议。特别阐述了阳谷祥光铜业自主研发的旋浮铜冶炼技术、粗铜自氧化还原精炼技术、平行流电解技术,“硫化+石膏+中和”工艺和废水深度处理联合工艺特点,对采用火法冶炼工艺的铜冶炼企业的废水处理及资源化利用具有借鉴意义。

硫化铜精矿氧压浸出工艺研究

针对硫化铜精矿火法冶炼工艺副产硫酸,在硫酸滞销地区难以大规模应用的难题,研究了硫化铜精矿氧压浸出工艺。对某硫化铜精矿原料进行了成分、物相及有价元素赋存状态进行了分析,从理论上分析了硫化铜精矿氧压浸出的可行性,研究了一段氧压浸出、两段氧压浸出工艺的浸出效果。结果表明,采用两段逆流氧压浸出,一段控制温度135~140℃、总压1.3~1.4 MPa、时间2~2.5 h、分散剂加入量4‰~5‰、沉矾剂加入量2.5%~3%,二段控制温度165~170℃、总压1.4~1.5 MPa、时间2.5~3 h、分散剂加入量6‰~7‰、沉矾剂加入量3%~3.5%,铜浸出率为90.49%~92.25%。一段浸出液含铜90.78~92.34 g/L、铁10.81~13.84 g/L、硫酸28~30 g/L,可送后续除铁净化—电积生产电铜。

中国人工冶铜“西来说”的形成及其主要困扰

公元前4000年以前,人工冶铜技术集中地出现在西亚、北非、南欧等形成的环地中海早期文明区。因而考古界逐渐形成了环地中海地区是世界文明中心,中国的人工冶铜技术由西亚传播而来的“西来说”等认知;但“西来说”的证据尚不充分。公元前2000年以前,今天中国的西北各地与包括巴尔喀什湖和贝加尔湖等呈现萨满文化的广阔北亚草原地区有着频繁的交流与往来,也涉及人工冶铜技术的传播。喜马拉雅山脉的造山运动带动了青藏高原和帕米尔高原的显著隆升,并导致了中亚地区大片的沙漠地带,由此在世界各地人类文明出现之前就形成了中亚地区的地理屏障,阻断了两侧人类社会的大规模文明交流,是人工冶铜技术自西亚传往北亚草原(“西来说”)的主要障碍。早期中国在高温技术、铜矿资源以及借助偶然性发现人工冶铜技术方面均具有一定优势,没有依靠西来冶铜技术的必要性和必然性。总之,中国古代人工冶铜技术来自西亚的说法尚不成立,还需作审慎客观的论证。

顶侧复合连续炼铜系统开发之工艺流程再造

富氧顶吹浸没熔炼工艺是在特定时期引进并在国内实现消化创新和广泛应用的铜冶炼技术,为我国铜冶炼行业从传统熔炼工艺向现代强化熔炼工艺的跨越作出重要贡献。近年来,连续炼铜技术和短流程技术快速发展,造锍熔炼在高富氧浓度、高铜锍品位、高温和高处理能力方向上不断突破。在高质量发展要求和技术快速进步的背景下,国内各生产企业结合自身实际围绕铜冶炼系统的绿色节能降耗开展了系列探索和研究,取得了一系列成果。本文围绕新时期铜精矿富氧顶吹浸没熔炼工厂技术升级改造的工艺创新与流程再造进行探索,提出总体思路和开发方向,包括主体设备供风装置增加侧吹喷枪,并对冶金炉炉体结构及其他配套设施进行相应的改造,取消原料制粒系统和沉降电炉,实现高品位铜锍冶炼和连续炼铜,以期为顶吹熔池熔炼工厂技术和装置的升级改造提供技术储备、指导及参考,推动行业向低碳、绿色、环保方向迈进。

湿法炼铜萃取-电积铁的影响及控制研究

湿法炼铜过程中,由于矿石性质不同,浸出的富铜液性质也不同,铁作为最常见的杂质以Fe2+和Fe3+与铜一起溶出,在萃取过程中铁被萃取并和物理夹带进入电积液而累积起来,造成电积液中铁含量达不到电积生产要求,电积工序电流效率降低,电耗增加,本文针对某矿山生物湿法炼铜过程(萃取-电积铁)的控制进行研究,为生产实践控铁提供较优的处理方法。

铜冶炼过程碳排放及自热熔炼分析

“双碳”背景下,我国铜冶炼作为高耗能高排放行业需突破资源、能源、供求关系等多重制约因素,方能迈上铜工业低碳绿色创新可持续发展道路。采用熔炼系统能量流平衡模型研究其能源利用收支情况,有利于进一步挖掘节能潜力,实现富氧底吹熔炼过程的低碳可持续化高效生产。通过计算铜冶炼厂底吹熔炼体系各类热量的收入和支出行为,解析无碳质燃料投入工况下的热量收支平衡关系,继而提出无碳自热熔炼的优化改进方案。因此,从原料适配、操作制度、设备优化等多方式调控以实现富氧底吹无碳自热熔炼。从碳源上减少或避免煤粉的加入,从而降低过程碳排放,以期为铜冶炼的清洁生产提供有益的思路和建议。

铜底吹熔炼过程中Pb、Zn、As分布影响机理分析

探究底吹熔炼过程中Pb、Zn、As等杂质元素在产物中的分布特征,以及熔炼参数与杂质元素分布规律的关系,对低品位、高杂质复杂铜精矿的冶炼具有重要意义。本文采用热力学计算软件Factsage理论分析与实际生产数据分析相结合的方法,探讨了Pb、Zn、As在产物中的分布特征及其影响机理,得到以下主要结论。温度升高,有利于Pb、Zn挥发进入烟尘降低其在渣和铜锍中的占比,也有利于促进渣中As向烟尘中转化脱除,但会导致As在铜锍中占比增加;渣铁硅比增加,会使得Pb、Zn在渣中分布占比逐渐降低,在铜锍和渣中占比逐渐升高,而As在渣中的占比会增加;渣中CaO含量升高,会使得Pb、Zn在渣中分布占比降低,在烟尘和铜锍中增加,As在渣中的占比会增加,在烟尘中占比降低;实际生产操作中,可通过提高冶炼温度促进部分杂质元素挥发,在适当降低渣铁硅比提高Pb、Zn脱除率的同时,可配合添加CaO促进As向渣中迁移。实际生产数据统计表明,Pb在铜锍、渣、烟尘中的分布占比分别为23.86%、33.12%、43.02%,Zn分别为4.47%、88.54%、6.99%,As分别为16.58%、15.34%、68.08%。

湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究

在常规湿法炼锌过程中,采用黄钾铁矾法、针铁矿法除铁工艺时存在铁渣中铁质量分数低而锌质量分数高、渣量大、无害化处理成本高等难题,为此,本文开展湿法炼锌含铁溶液水热矿化沉铁行为研究。研究结果表明:升高反应温度有利于Fe3+水解生成赤铁矿(Fe2O3),同时促进铁矾物相(MFe3(SO4)2(OH)6)向赤铁矿的转化,铁渣中铁质量分数显著升高;延长反应时间可提高Fe3+沉淀率,并使更多的黄钾铁矾(KFe3(SO4)2(OH)6)转化为赤铁矿;提高氧分压将加快Fe2+氧化成Fe3+的速率,促进赤铁矿物相的形成。在反应温度为180℃,氧分压为0.8 MPa、反应时间为3 h且控制碱金属离子浓度的优化条件下,溶液中94.29%的铁以赤铁矿(Fe2O3)形式沉淀入渣,沉铁渣中铁质量分数为57.75%、锌质量分数为0.82%。对比黄钾铁矾工艺,铁渣量减少约60%,铁渣中锌质量分数降低6.5%。采用水热矿化沉铁工艺,可在低酸条件下实现溶液中铁的矿化沉淀,得到铁质量分数满足氧化铁行业标准且可实现资源化利用的赤铁矿沉铁渣,可助力湿法炼锌行业向绿色低碳方向发展。