CN101948956B - 矿石湿法冶金自热升温搅拌浸出方法 - Google Patents
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Abstract
矿石湿法冶金自热升温搅拌浸出方法，是将-20mm粉矿给入磨矿筒体，加入清水磨矿，得到初始矿浆；将初始矿浆通过矿浆输送管槽给入矿浆搅拌浸出槽，加入浓硫酸搅拌得到膏体浸出矿浆；将膏体浸出矿浆给入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，得到稀释浸出矿浆；将稀释浸出矿浆给入固液分离设备，将分离出的浸出料液送入金属提取工艺，得到金属或者金属化合物；分离出的料渣给入洗涤浓密机，将洗涤浓密机底流放入尾矿库，洗涤液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽；在磨矿筒体和矿浆搅拌浸出槽外包覆有保温层，在矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖。本发明不需要外供能源加热矿浆，即能大幅度升高矿浆温度，不增加能耗成本即能大幅度提高矿物浸出率。
Description
技术领域
本发明属于矿石湿法冶金技术领域。
背景技术
在矿石湿法冶金搅拌浸出工艺流程中，通常情况下，矿物中有用组分浸出率随温度上升而提高。常压条件下按温度分类的搅拌浸出法有二种，一是常温搅拌浸出，二是加温搅拌浸出。常温搅拌浸出就是流程中矿浆温度在生产过程中能达到多少算多少，矿浆温度低。加温搅拌浸出是通过对生产流程中矿浆加热的方法，提高搅拌浸出矿浆温度。加温搅拌浸出能够得到较高的矿石浸出率，但需要使用加热设备，需要消耗能源，增加了加热的生产成本。常温搅拌浸出不用加热设备和加热能源，节省了加热成本，但通常会损失矿石浸出率、矿石浸出率降低。在现有搅拌浸出流程中，矿浆通过磨矿机磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽等设备过程中，热能大量损失，得到的搅拌浸出矿浆浓度低、体积大、热量分散，导致矿浆温度上升较少。
发明内容
本发明的目的正是为了解决上述现有技术存在的不足，提供一种既不需要外供能源加热矿浆，又能够大幅度升高矿浆温度；既不增加能耗成本，又能够大幅度提高矿物浸出率的搅拌浸出工艺技术方法。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的。
矿石湿法冶金自热升温搅拌浸出方法，方法如下：
①将-20mm粒度矿石给入磨矿设备的磨矿筒体，加入清水磨矿，得到初始矿浆；本工序在磨矿筒体外包覆保温层，减少磨矿摩擦热损失，提高矿浆温度；
②将初始矿浆通过矿浆输送管槽给入矿浆搅拌浸出槽，加入浓硫酸搅拌得到膏体浸出矿浆；本工序在矿浆搅拌浸出槽外包覆保温层，在矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖，聚集和保持浓硫酸溶解热以及产生的化学反应热，提高矿浆温度，并阻止浸出过程中产生的有害气体及酸雾逸出；初始矿浆通过矿浆给入槽进入矿浆搅拌浸出槽，矿浆给入槽穿过密封盖通入搅拌槽；浓硫酸通过给入管通入矿浆给入槽然后进入矿浆搅拌浸出槽；矿浆搅拌浸出槽中设置有搅拌器，搅拌器的搅拌轴上端穿出密封盖与驱动装置联接；
③将膏体浸出矿浆给入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，得到稀释浸出矿浆；
④将稀释浸出矿浆给入固液分离设备进行固液分离，将分离出的浸出料液送入金属提取工艺，得到金属坯料；分离出的料渣给入洗涤浓密机，将洗涤浓密机底流放入尾矿库，洗涤液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽。
本发明在矿浆搅拌浸出时，矿浆浓度为40％～85％。在矿浆搅拌浸出槽中，浓硫酸加入量为矿石重的2％～120％，。
本发明在矿浆输送管槽外也包覆保温层。
在矿石湿法冶金工艺过程中，磨矿时因摩擦会产生热能，浓硫酸溶解于水也会产生溶解热能，硫酸和矿石中矿物发生化学反应还会放出化学反应热。本发明通过对磨矿筒体和矿浆搅拌浸出槽包覆保温层，以及为矿浆搅拌浸出槽加盖，采取高浓度、高酸度矿浆浸出的工艺条件，充分聚集和利用矿石湿法冶金工艺流程中自身产生的摩擦热能、浓硫酸溶解热能和化学反应热能来升高膏体浸出矿浆的温度，既不需要额外增投加热设备，也不增加能耗成本。本发明通过利用自热升高矿浆温度，能够大幅度提高矿石搅拌浸出温度，提高矿石中有用组分的浸出率，提高资源利用率，创造价值。且能源消耗低，节约生产成本。实现了矿石湿法冶金搅拌浸出工艺技术的新突破。
下面结合附图及实施例进一步阐述本发明的内容。
附图说明
图1是本发明应用于矿石湿法冶金的工艺流程图；
图2是在磨矿设备示意图；
图3是矿浆搅拌浸出槽示意图；
图4是自热升温搅拌浸出方法应用于氧化镍矿湿法冶金的工艺流程示意图；
图5是本发明应用于氧化镍矿湿法冶金的工艺流程图；
图6是本发明应用于氧化铜矿浸出-萃取-电积湿法冶金工艺的流程图；
图7是本发明和堆浸法联合应用于氧化铜矿搅拌浸出-萃取-电积湿法冶金工艺的流程图；
图8是本发明应用于低品位氧化锌矿搅拌浸出-萃取-电积湿法冶金工艺的流程图。
具体实施方式
实施例一：
如图1、图2、图3所示，矿石湿法冶金自热升温搅拌浸出方法：
①将矿石破碎成-20mm粒度粉矿，给入磨矿设备的磨矿筒体1，加入清水磨矿，控制磨制的矿浆浓度为60-82％，磨矿矿浆细度-0.15mm的占90％，得到初始矿浆；本工序用衬板螺钉3将保温层2包覆在磨矿筒体1外，减少磨矿摩擦热损失，提高矿浆温度；②将初始矿浆通过矿浆输送管槽11给入矿浆搅拌浸出槽16，加入浓硫酸，在矿浆浓度40～85％、浓硫酸加入量为矿石重量的2％～120％，、浸出温度40～100℃、浸出时间2～16小时条件下进行自热升温搅拌浸出，得到膏体浸出矿浆；本工序在矿浆搅拌浸出槽外包覆保温层15；在矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖5，聚集和保持浓硫酸溶解热以及产生的化学反应热，提高矿浆温度，并阻止浸出过程中产生的有害气体及酸雾逸出。初始矿浆通过矿浆给入槽11进入矿浆搅拌浸出槽16，矿浆给入槽穿过密封盖5通入搅拌浸出槽16，在矿浆搅拌浸出槽中设置有搅拌器17，搅拌器的搅拌轴18上端穿出密封盖与驱动装置联接；在搅拌轴18穿出密封盖的穿孔处加装有轴密封6。在矿浆给入槽11中设置有档流板13和溢流堰12，在矿浆给入槽11出流端装有开口向下的浓硫酸溶解密封罩10，三者组合形成对矿浆给入槽的自密封。在硫酸给入管4的入口端顺序接装有密闭给入弯管7和浓硫酸输送管9，在浓硫酸输送管9中设置有流量计8。保温层14、15的厚度为40mm～150mm，保温层的材料可以选用现有的材料，如地毡、崖棉板、泡沫塑料、矿物棉制品、泡沫玻璃、膨胀珍珠岩绝热制品、胶粉EPS颗粒保温浆料、矿物喷涂棉、发泡水泥保温制品、聚氨酯、玻璃棉中的一种或几种，也可选用新型保温材料。
③将膏体浸出矿浆给入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，浸出0.5～2小时，得到稀释浸出矿浆；
④将稀释浸出矿浆给入固液分离设备进行固液分离，将分离出的浸出料液送入金属提取流程得到金属或金属化合物，分离出的料渣给入洗涤浓密机用提取金属的余液洗涤，洗涤浓密机底流放入防渗尾矿库，洗涤浓密机上洗涤液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽。
本发明主要通过采取以下几种主要手段提高膏体浸出矿浆温度，以此进一步达到提高矿石中有用组分浸出率的目的。
1、减少磨矿摩擦热损失提高矿浆温度。
在磨矿过程中，矿石与磨矿介质摩擦、矿石与矿石摩擦、磨矿介质相互之间摩擦、矿石与磨矿介质和磨机衬板摩擦等均会产生摩擦热能，摩擦热能会传递给矿浆。采取磨矿矿浆从磨矿筒体通过矿浆输送管槽直接送入矿浆搅拌浸出槽，避免矿浆在其他工序中的热能损失。对磨矿筒体、、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽进行保温，在矿浆搅拌浸出槽上口加装密封盖，可以尽量减小后续生产流程中摩擦热能的损失，让矿浆尽量多地将摩擦热能带入矿浆搅拌浸出槽，使矿浆温度升高。
在直径2.7米×长度3.6米、日处理矿石能力2000吨的棒磨机上测定的数据对比如下：铜矿石磨矿在气温22℃、水温22℃、初始矿浆浓度为80％的条件下，不采取保温措施，排矿口矿浆温度为28℃。在同等条件下，对磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽采取保温措施，排矿口矿浆温度为31℃。
在直径1.2米×3米、日处理矿石100吨的棒磨机上测定的数据对比如下：在气温23℃、磨矿水温22℃、初始矿浆浓度为78％的条件下，不采取保温措施，排矿口矿浆温度为28℃。
在同等条件下，对磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽采取保温措施，排矿口矿浆温度为31℃。
以上在大小不同的两台磨矿机上测得的数据都是一致的。因此可以证实，仅对磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽进行保温，矿浆温度就可提高3℃。
2、采用高矿浆浓度、高酸度浸出聚集热能升高矿浆温度。
矿浆在搅拌浸出过程中会产生浓硫酸溶解热和化学反应热。
a.浓硫酸溶解热
在浸出过程中将浓硫酸直接加入矿浆，浓硫酸溶解于水会产生大量热能。
浓硫酸溶解于水时，一方面是硫酸分子扩散在水里，在这个物理过程中要吸收一定的热量；另一方面又发生化学反应，即硫酸分子与水分子之间产生较强的化合能力，生成水合氢离子。
H2SO4+H2O＝H3O+1+H2SO4
H2SO4-+H2O＝H3O+1+SO42-
H2SO4+2H2O＝2H3O+1+H2SO4+5O42-
由于形成H2SO4·H2O、H2SO4·2H2O、H2SO4·4H2O等水合氢离子和各种水合物时放出大量的热。放出的热量多于吸收的热量。1mol硫酸在20℃时与过量的水混合，溶解热为102.2kJ。因此稀释浓硫酸时会放出大量的热。
试验测定：98％浓硫酸溶解于水中，硫酸体积比浓度每上升1％，液体温度平均上升2.3℃；硫酸质量体积比浓度每上升10g/L，液体温度平均上升1.23℃；硫酸摩尔浓度每上升1mol/L，液体温度平均上升12.3℃。
b.化学反应热
氧化铜矿石、氧化镍矿石、氧化锌矿石、钴矿石等矿石和硫酸搅拌浸出，硫酸和矿物发生化学反应，会释放出化学反应热。
硫酸和矿石中氧化钙、氧化镁、氧化铝、孔雀石、硅孔雀石、赤铜矿、兰铜矿、硅酸镍、碳酸锌、硅酸锌反应化学反应，反应方程式如下：
CuCO3·Cu(OH)2(孔雀石)+H2SO4→2CuSO4+3H2O+CO2
Cu2O(赤铜矿)+H2SO4→CuSO4+Cu+H2O
Cu3(CO3)2(OH)2(蓝铜矿)+H2SO4→CuSO4+H2O+CO2
(Cu，Al)2H2Si2O5(OH)4·nH2O(硅孔雀石)+H2SO4→CuSO4+Al2SO4+SiO2.n H2O+H2O。
NiO+H2SO4→NiSO4+H2O
CoO+H2SO4→CoSO4+H2O
Ni(OH)2SiO2.n H2O SiO2→NiSO4+SiO2.n H2O+H2O
ZnCO3+H2SO4→ZnSO4+H2O+CO2
Zn2SiO4·H2O+H2SO4→ZnSO4+H2O+SiO2
CaO+H2SO4→CaSO4+H2O
MgO+H2SO4→MgSO4+H2O
AL2O3+H2SO4→ALSO4+H2O
矿石中的物质组分和硫酸的反应多数是中和反应。
中和反应的离子方程式：H++OH-＝H2O。
中和反应的热化学方程式：
H+(aq)+OH-(aq)＝H2O(l)；ΔH＝-57.3kJ/mol
ΔH＝-57.3kJ/mol是在浸出过程中产生的热焓变化，ΔH为负数是放热反应。中和反应是放热反应，每生成1mol水，放出57.3KJ热量。
在直径4m、高4m、体积50m3的矿浆搅拌浸出槽中试验测定的数据如下：搅拌浸出氧化铜矿矿浆，加入浓硫酸与矿浆重量比每上升1.0％，矿浆温度上升1.39℃。矿浆搅拌浸出槽中发生化学反应每消耗10g/L(液相浓度)的硫酸，矿浆温度上升0.65℃。
c.聚集流程中的热能
在矿石湿法冶金工艺流程中，根据矿石性质，结合流程情况，在可行的条件下尽量提高搅拌浸出槽中硫酸与矿浆的重量比，增大浸出酸度，增加硫酸溶解热；对矿浆搅拌浸出槽保温、加盖，降低热能损失；合理搭配低耗酸矿石和高耗酸矿石，使搅拌浸出过程产生的化学反应热能更适合流程需要。流程中热能产生得到强化，生成的热能得到聚集。采用浓度为40％--85％的高浓度矿浆浸出，减小矿浆体积，相同数量的自热能使矿浆升温幅度增大，矿浆温度上升更高。
本发明在矿石湿法冶金流程中可以取代现有的常温浸出法和加温浸出法独立使用，也可以和加温浸出法联合使用，以降低加温浸出法的能耗。本发明是高效低耗、节能减排的湿法冶金先进技术方法，实现了矿石湿法冶金搅拌浸出工艺技术的新突破，有广阔的运用前景，对于氧化铜矿、氧化镍矿、氧化锌矿、钴矿提高浸出率特别有效。
实施例一：
图4所示是自热升温搅拌浸出方法应用于氧化镍矿湿法冶金的工艺流程。
对流程中球磨机的磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽加保温层保温，对矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖。将氧化镍矿给入磨矿机磨矿，控制磨矿矿浆浓度50～70％，磨矿矿浆细度-0.15mm占90％，得到初始矿浆。将初始矿浆通过矿浆输送管槽给入矿浆搅拌浸出槽，加入浓硫酸，在矿浆浓度30％～50％、浓硫酸加入量为矿石干重的30％～100％，浸出酸度100～1200g/L、温度50～100℃、浸出时间2～6小时条件下进行自热升温搅拌浸出，得到的膏体浸出矿浆流入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，浸出0.5～2小时得到稀释浸出矿浆。将稀释浸出矿浆给入固液分离设备，分离出的液体给入后段的硫化沉淀等镍提取流程，得到金属镍或镍化合物，分离出的料渣给入洗涤浓密机用提取镍的余液洗涤，洗涤浓密机底流放入防渗尾矿库，洗涤浓密机上洗涤液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽。
实施例二：
图5所示是自热升温搅拌浸出方法应用于氧化铜矿搅拌浸出-萃取-电积湿法冶金的工艺流程。
对流程中球磨机的磨矿筒体、磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽加保温层保温，对矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖。将氧化铜矿给入磨矿机磨矿，控制磨矿得到的初始矿浆浓度70～82％，磨矿矿浆细度-0.15mm占90％，得到初始矿浆。通过矿浆输送管槽将磨矿排出初始矿浆流量的80％～90％给入自热升温搅拌浸出槽，加入浓硫酸，在矿浆浓度50～75％、浓硫酸加入量为矿石干重的3％～30％，浸出酸度30～900g/L、温度40～90℃、浸出时间2～8小时条件下进行自热升温搅拌浸出，将得到的膏体浸出矿浆给入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，加入磨矿排出分流的10％～20％流量的初始矿浆，中和浸出1.5～2小时，得到稀释浸出矿浆。将稀释浸出矿浆给入固液分离设备，分离出的含铜液体通过现有的萃取、反萃取技术，把铜离子传递到电富液中，电富液进入电解槽电积，得到阴极铜。料液分离浓密机分离出的料渣用萃余液洗涤给入洗涤浓密机，洗涤浓密机底流放入防渗尾矿库，浓密机上清洗涤液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽。
实施例三：
图6所示是自热升温搅拌浸出方法和堆浸法联合应用于氧化铜矿浸出-萃取-电积湿法冶金工艺的流程。
对流程中球磨机的磨矿筒体、磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽加保温层保温，对矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖。将氧化铜矿石一部分进行堆浸，一部分进行自热升温搅拌浸出。将需进行自热升温搅拌浸出的氧化铜矿给入磨矿机磨矿，控制磨矿矿浆浓度60～82％，磨矿矿浆细度-0.15mm占90％，得到初始矿浆。将磨矿排出的初始矿浆通过矿浆输送管槽全部给入矿浆搅拌浸出槽，加入浓硫酸，在矿浆浓度50～75％、浓硫酸加入量为矿石干重的3％～30％，浸出酸度30～900g/L、温度40～90℃、浸出时间2～8小时条件下进行自热升温搅拌浸出，将得到的膏体浸出矿浆给入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，浸出0.5～2小时， 得到稀释浸出矿浆。将稀释浸出矿浆给入搅浸浓密机，将搅浸浓密机上清液泵到堆浸场喷淋，堆浸出来的料液通过萃取，把铜离子传递到电富液中，电富液进入电解槽电积，得到阴极铜。将搅浸浓密机分离出的料渣用萃余液洗涤送入洗涤浓密机，洗涤浓密机底流放入防渗尾矿库，洗涤浓密机上清洗涤液和尾矿水一起给入稀释搅拌浸出槽。
实施例四：
图7所示是自热升温搅拌浸出方法应用于低品位氧化锌矿搅拌浸出-萃取-电积湿法冶金工艺的流程。
对流程中球磨机的磨矿筒体、磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽加保温层保温，对矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖。将含锌低于15％的低品位氧化锌矿给入磨矿机磨矿，控制磨矿矿浆浓度60～80％，磨矿矿浆细度-0.15mm占90％，得到初始矿浆。将80％～90％流量的磨矿排出初始矿浆通过矿浆输送管槽给入矿浆搅拌浸出槽，加入浓硫酸，在矿浆浓度40～75％、浓硫酸加入量为矿石干重的4％～40％、浸出酸度50～1000g/L、温度40～90℃、浸出时间2～8小时条件下进行自热升温搅拌浸出，将得到的膏体浸出矿浆和10％～20％流量的磨矿排出初始矿浆一起给入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，浸出1～3小时，得到稀释浸出矿浆。将稀释浸出矿浆给入料液分离浓密机，分离出的含锌浸出料液通过除杂、萃取、反萃取，把锌离子传递到电富液中，电富液进入电解槽电积，得到电锌。料液分离浓密机分离出的料渣用萃余液洗涤给入洗涤浓密机，洗涤浓密机底流放入防渗尾矿库，洗涤浓密机上清洗涤液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽。
实施例五：
图8所示是自热升温搅拌浸出方法辅以加温在钴矿湿法冶金中应用工艺流程图。
钴矿价值较高，为得到高于90％的高浸出率，通常需要采用70℃以上的较高浸出温度。有的钴矿耗酸不高，在自热升温搅拌浸出流程中加入的浓硫酸量少，产生的浓硫酸溶解热和化学反应热就少，温度升高就难以达到需要值。为此，可以用外加热补充自热升温搅拌浸出流程中需要补充的热能，在低耗能状态下实现钴矿浸出的高温条件和高浸出率要求。
对流程中球磨机的磨矿筒体、磨矿筒体、矿浆输送管槽、矿浆搅拌浸出槽加保温层保温，对矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖。将钴矿给入磨矿机磨矿，控制磨矿矿浆浓度70～80％，磨矿矿浆细度-0.15mm占90％，得到初始矿浆。将初始矿浆通过矿浆输送管槽给入矿浆搅拌浸出槽，加入浓硫酸，在矿浆浓度30～75％、浓硫酸加入量为矿石干重的3％～30％、浸出酸度100～1000g/L、温度70～100℃、浸出时间2～6小时条件下自热升温搅拌浸出。自热升温不足的热量由加热设备补充供给，进行加温浸出，得到膏体浸出矿浆。膏体浸出矿浆流入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，浸出0.5～2小时，得到稀释浸出矿浆。将稀释浸出矿浆给入固液分离设备，分离出的浸出料液给入后段的中和沉淀等钴提取流程，得到钴化合物(氢氧化钴)，分离出的料渣给入洗涤固液分离设备用余液洗涤，洗涤固液分离渣(底流)放入防渗尾矿库，洗涤清液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽。
Claims (2)
1.矿石湿法冶金自热升温搅拌浸出方法，其特征在于，方法如下：
①将-20mm粒度矿石给入磨矿设备的磨矿筒体，加入清水磨矿，得到初始矿浆；本工序在磨矿筒体（1）外包覆第一保温层（2），减少磨矿摩擦热损失，提高矿浆温度；
②将初始矿浆通过矿浆输送管槽（11）给入矿浆搅拌浸出槽（16），加入浓硫酸搅拌得到膏体浸出矿浆；本工序在矿浆搅拌浸出槽外包覆第二保温层（14），在矿浆搅拌浸出槽加盖密封盖（5），聚集和保持浓硫酸溶解热以及产生的化学反应热，提高矿浆温度，并阻止浸出过程中产生的有害气体及酸雾逸出；初始矿浆通过矿浆给入槽（10）进入矿浆搅拌浸出槽，矿浆给入槽穿过密封盖通入搅拌槽；浓硫酸通过给入管（4）通入矿浆给入槽然后进入矿浆搅拌浸出槽；矿浆搅拌浸出槽中设置有搅拌器（17），搅拌器的搅拌轴（18）上端穿出密封盖与驱动装置联接，其中，在矿浆搅拌浸出时，矿浆浓度为30%～85%，浓硫酸加入量为矿石干重的2%～120%，浸出酸度30～1500g/L，浸出温度40～100℃，浸出时间2～16小时；
③将膏体浸出矿浆给入稀释搅拌浸出槽，加入洗涤液和尾矿水，得到稀释浸出矿浆；
④将稀释浸出矿浆给入固液分离设备进行固液分离，将分离出的浸出料液送入金属提取工艺，得到金属或者金属化合物；分离出的料渣给入洗涤浓密机，将洗涤浓密机底流放入尾矿库，洗涤液和尾矿水给入稀释搅拌浸出槽。
2.根据权利要求1所述的矿石湿法冶金自热升温搅拌浸出方法，其特征在于，在矿浆输送管槽（11）外包覆第三保温层（15）。
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