一種基于自蔓延反應處理硫化銅精礦制備高品位氧化銅精礦的方法
【專利摘要】一種基于自蔓延反應處理硫化銅精礦制備高品位氧化銅精礦的方法，屬于有色金屬冶金技術領域。涉及采用自蔓延反應?水浸除雜?過濾制備高品位氧化銅精礦的快速綠色處理硫化銅精礦的方法。其特征在于：將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，與過氧化鈉粉充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，引燃自蔓延反應。反應后產物以水為浸出劑進行雜質元素，可通過補加NaOH保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。本發明過程控制簡單，成本低廉，能耗極低，無污染氣體產生，碳排放低，實現高效快速浸綠色生產高品位氧化銅精礦。
【專利說明】
一種基于自蔓延反應處理硫化銅精礦制備高品位氧化銅精礦的方法
技術領域
[0001]本發明屬于有色金屬冶金技術領域，特別是針對不同類型的硫化銅精礦，涉及一種基于自曼延反應處理硫化銅精礦，一步轉化為尚品位氧化銅精礦的方法。
【背景技術】
[0002]銅的礦物原料主要分為硫化銅礦和氧化銅礦兩種，硫化銅礦是銅冶煉生產的最主要原料，以硫化礦為原料中生產的銅約占總產量的90%。常見的硫化銅礦有輝銅礦、銅藍、斑銅礦、砷黝銅礦、黝銅礦和黃銅礦，其主要成分分子式統一表示為MxCuySz(式中M表示其他金屬元素如Fe，X、y、z分別表示不同的原子數值)。銅冶煉的工藝大致可劃分為火法流程和濕法流程兩大類，火法冶煉占絕對的主導地位，但火法煉銅存在一些列問題，如能耗高，煙塵率高，二氧化硫不可避免，污染問題嚴重，同時受硫酸工業的制約等。隨著濕法煉銅技術研究日漸活躍，濕法煉銅產量在產量中所占比例也在不斷增高，目前全世界濕法產銅量占量的30%左右。濕法煉銅最主要的步驟是浸出，由于硫化型銅礦浸出較困難，針對復雜或簡單硫化銅礦的浸出通常采用氧化焙燒-浸出法和直接氧壓浸出法(專利申請200910094606.5)，氧化焙燒-浸出法無法避免火法焙燒造成的能耗高、含硫煙氣污染嚴重等問題，氧壓浸出法雖然解決了廢氣、煙塵等問題，但同樣存在操控要求嚴格，高壓設備陳本高投資大、易產生硫結塊等問題。相比于硫化礦，氧化銅礦浸出具有條件溫和，浸出率高，無污染等優勢。但由于氧化銅礦分布分散，地殼含量有限，品味較低，從而嚴格制約了氧化銅礦濕法冶煉的發展。
[0003]基于以上技術背景，本發明采用自蔓延反應技術，結合水浸除雜，一步將硫化銅精礦轉化成高品位氧化銅精礦，可直接用于后續濕法或火法煉銅工藝。本發明避免了現有火法濕法工藝帶來的高溫、高壓、高酸等高能耗、高成本、工序復雜等問題，自蔓延反應速度極快，產物穩定，避免了二氧化硫等含硫有毒氣體的產生，實現了清潔無污染，應用水進行浸出除雜，實現了常溫常壓低成本快速除雜。本發明具有工藝簡單易行，所用原料和設備常見易獲取且廉價，能耗低，綠色無污染。

【發明內容】

[0004]本發明目的是解決現有濕法及火法銅冶金過程中帶來的高能耗、高成本、高投入、高污染、工藝復雜冗長等問題。為此，本發明是公開一種低耗能、無污染、工藝簡單、成本低廉的常溫常壓條件下處理硫化銅精礦生產高品位氧化銅精礦的方法。
[0005]本發明經研究發現:硫化銅與過氧化鈉在混合均勻的情況下，經引燃后會發生自蔓延反應，反應生成Na-Cu-O型鹽，而-2價的硫在自蔓延高溫反應中轉化為硫酸鈉鹽。依據以上發現，本發明工藝應用自蔓延反應技術，使氧化還原反應依靠自身化學能進行，無需外接提供附加能量，實現低能耗、高效快速處理硫化銅精礦，同時避免SOx污染氣體的產生，徹底解決現有焙燒技術帶來的煙氣處理處置和環境污染問題;采用水為浸出除雜劑，浸出鋅、鉛、鋁、硅等雜質分別回收，銅以氧化銅形式不溶于浸出介質中，實現氧化銅分離提純，獲得尚品位氧化銅精礦。
[0006]本發明所述的一種基于自蔓延反應綠色高效處理硫化銅精礦生產高品位氧化銅精礦的方法如下:
[0007]步驟一:自蔓延反應
[0008]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度30?200微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中。采用化學點火、燃燒波點火或局部加熱方法中的一種或幾種引燃引發自蔓延反應，反應一經引燃將以燃燒波形式自發進行，無需提供附加能量，直至反應結束。
[0009]特別的，硫化銅精礦粉與過氧化鈉質量比為1:1?1: 5，要求在干燥環境中進行物料混合及壓實工序。
[0010]MxCuySz+Na202^NaxCu0y+NaxM0y+Na2S04[0011 ]步驟二:水浸除雜制備氧化銅精礦
[0012]將步驟一中反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素Al、Zn、Pb、S1、Ca的浸出，浸出過程不斷攪拌;浸出液進行過濾，以熱堿液沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得氧化銅精礦。
[0013]浸出條件為:反應產物與水按固液比控制在1:50?1:500(g/mL)，浸出溫度20?80°C，浸出時間30?120min。特別的，在浸出過程中可通過補加NaOH控制氫氧化鈉質量濃度為0.5?1 %，以保證雜質的高效溶解浸出。
[0014]浸出除雜反應方程式如下:
[0015]NaxZnOy+H2O^Na2Zn (OH) 4+NaOH
[0016]ZnO+NaOH+H2O^Na2Zn (OH) 4
[0017]NaxPbOy+H2O^Na2Pb (OH) 4+NaOH
[0018]PbO+NaOH+H2O^Na2Pb (OH) 4
[0019]Al203+Na0H^NaA102+H20
[0020]CaO+H2O^Ca(OH)2
[0021 ] Si02+Na0H^Na2Si03+H20
[0022]本發明具有以下有點:
[0023]1、由于發明采用了自蔓延反應技術，使硫化銅精礦與過氧化鈉發生自蔓延反應，無需提供附加能量，反應速度極快，反應產物穩定，硫元素直接轉化為硫酸鹽，避免了二氧化硫等含硫有毒氣體的產生，實現了清潔無污染。克服了現有火法濕法工藝帶來的高溫、高壓、高酸等高能耗、高成本、工序復雜等問題。且自蔓延反應產生的高溫可實現余熱回收利用，實現了硫化銅精礦低能耗、快速預處理。
[0024]2、由于本發明采用自蔓延反應，銅轉化為銅酸鈉鹽，與水反應后水解生成氧化銅，主要雜質元素鋁、鉛、鋅、鈣、硅溶解進入堿性溶液，實現了低成本快速浸出除雜，獲得高品位氧化銅精礦，以供后續冶金工業使用，具有良好的環境經濟效益。
[0025]3、本發明的工藝可針對各種類型硫化銅精礦，且對硫化銅精礦中銅含量要求較低，硫化物含量在60%?90%的硫化銅精礦均適用，應用范圍廣泛。本發明具有工藝簡單易行，所用原料和設備都比較常見且廉價，能耗極低，綠色無污染。
【附圖說明】
[0026]圖1表不一種基于自曼延反應綠色尚效處理硫化銅精礦生廣尚品位氧化銅精礦的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合實施例對本發明做進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。
[0028]實施例1
[0029]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度58微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:1充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用局部加熱法引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:500(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為5 %，浸出溫度20°C，浸出時間
3.5h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0030]實施例2
[0031 ]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度74微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:2充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用微波點火引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:400 (g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為2.5 %，浸出溫度25 °C，浸出時間
2.5h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0032]實施例3
[0033]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度35微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:3充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用熱爆點火引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:300(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為7%，浸出溫度40°C，浸出時間4h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0034]實施例4
[0035]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度58微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:4充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用局部加熱法引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:200(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為8%，浸出溫度45°C，浸出時間
3.5h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0036]實施例5
[0037]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度74微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:5充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用激光點火引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為I: 100(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為9%，浸出溫度50°C，浸出時間3h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0038]實施例6
[0039]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度86微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:4.5充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用為波點火引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:50(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為10 %，浸出溫度55°C，浸出時間
2.5h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0040]實施例7
[0041 ]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度120微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:3.5充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用局熱爆點火引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為I: 150(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為3%，浸出溫度60°C，浸出時間2h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0042]實施例8
[0043]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度150微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:2.5充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用滴水化學點火引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:450 (g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為I %，浸出溫度65 °C，浸出時間1.5h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0044]實施例9
[0045]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度180微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:1.5充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用激光點火引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:500(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為0.5 %，浸出溫度70°C，浸出時間lh，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
[0046]實施例10
[0047]將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度200微米。然后將礦粉與過氧化鈉粉按質量比1:4充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中，采用局部加熱法引發自蔓延反應。反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素，反應產物與水固液為1:250(g/mL)，補加NaOH控制氫氧化鈉濃度為4%，浸出溫度80°C，浸出時間
0.5h，以保證雜質的高效溶解浸出。浸出液進行過濾，以熱堿液和水依次沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得高品位氧化銅精礦。
【主權項】
1.一種基于自蔓延反應綠色高效處理硫化銅精礦生產高品位氧化銅精礦的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:自蔓延反應 將硫化銅精礦粉充分干燥后破碎細磨，礦粉粒度30?200微米;然后將礦粉與過氧化鈉粉充分攪拌混合均勻，壓實，置于耐高溫反應容器中；引燃引發自蔓延反應，反應一經引燃將以燃燒波形式自發進行，無需提供附加能量，直至反應結束； 步驟二:水浸除雜制備氧化銅精礦 將步驟一中反應后產物冷卻后置于耐堿性反應容器中，以水為浸出劑進行雜質元素Al、Zn、Pb、S1、Ca的浸出，浸出過程不斷攪拌;浸出液進行過濾，以熱堿液沖洗濾渣，洗液并入浸出液，濾渣干燥直接制得氧化銅精礦。2.如權利要求1所述的一種基于自蔓延反應綠色高效處理硫化銅精礦生產高品位氧化銅精礦的方法，其特征在于，硫化銅精礦粉與過氧化鈉質量比為1:1?1:5。3.如權利要求1所述的一種基于自蔓延反應綠色高效處理硫化銅精礦生產高品位氧化銅精礦的方法，其特征在于，引發自蔓延反應的方法為化學點火、燃燒波點火、局部加熱點火、激光點火、熱爆點火或微波點火中的一種。4.如權利要求1所述的一種基于自蔓延反應綠色高效處理硫化銅精礦生產高品位氧化銅精礦的方法，其特征在于，步驟二浸出條件為:反應產物與水按固液比控制在1: 50?1:.500(g/mL)，浸出溫度20?80°C，浸出時間30?120min。5.如權利要求1所述的一種基于自蔓延反應綠色高效處理硫化銅精礦生產高品位氧化銅精礦的方法，其特征在于，步驟二在浸出過程中通過補加NaOH控制氫氧化鈉質量濃度為.0.5 ?10%。
【文檔編號】C22B15/00GK105838903SQ201610204721
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月1日
【發明人】李彬, 殷曉飛, 潘德安, 俞嘉梅, 姜尚
【申請人】北京工業大學