低品位硫化铜矿的细菌浸出
赖绍师，覃文庆，杨聪仁，王 军，张雁生，张 博，常自勇，匡浩华
(中南大学 资源加工与生物工程学院，长沙 410083)
摘 要: 以宁夏某低品位硫化铜矿为研究对象，利用嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)和嗜酸氧化硫硫杆菌(Acidithiobacillus thiooxidans)的混合菌，采用摇瓶浸出、小型柱浸和大型柱浸对矿石可浸性进行研究;采用X射线衍射仪分析矿物及其浸渣的成分;采用扫描电镜分析浸渣表面形貌及其表面元素的含量。结果表明：摇瓶矿浆浓度为5%，浸出55 d铜浸出率为94.38%;小型柱浸处理矿石2.10 kg，矿石粒度小于15 mm，浸出226 d铜浸出率为62.50%;大型柱浸处理矿石77.85 kg，矿石粒度小于25 mm，浸出285 d铜浸出率为50.63%。柱浸过程中，铜的浸出速率逐渐下降;浸渣中钙含量基本不变，而元素硫的含量明显增加，且存在新的石膏相;浸出后矿石表面元素硫、钙、铁的含量明显增加，在浸出过程中生成的硫酸钙结晶覆盖在矿石表面，铁在矿石表面形成沉淀，使矿石的渗透性变差，导致铜的浸出率逐渐下降。
我国北方某地储藏着一个钴金属量约3.7 万吨、铜金属量约8 万吨的低品位铜钴矿床，原生矿石中硫化物含量低于5%，属贫硫化物型，主要金属矿物为黄铁矿、黄铜矿、硫镍钴矿、磁黄铁矿等，平均钴含量0.050%;含0.14%。钴主要赋存在金属硫化物、砷化物、氧化物矿物中，特别是硫镍钴矿。由于原生矿中钴的氧化率较高，加之钴含量较低，铜钴比接近3׃1，该铜钴矿的经济开发和综合利用是一个很现实和必须关注的问题：在尽可能提高有价金属综合回收率的同时，要求所采用的选、冶工艺必须简捷、经济和实用。因此，采用铜钴混选的办法直接产出铜钴混合精矿是一种必然的选择。但由于原矿中有价金属嵌布粒度细，在硫化物浮选回收率为90%的情况下，得到的铜钴混合精矿含钴也只有1.27%，含铜3.88%，含硫8.51%，而SiO2 的含量则达到43.7%。
针对该低硫高硅低品位复杂铜钴精矿的处理，国内外尚无成熟的冶炼工艺[1−5]。为实现该铜钴矿床的经济开发，北京矿冶研究总院的研究者们进行了系统的研究，在综合国内外有关研究的基础上，采用硫酸化焙烧—硫酸浸出铜、钴、镍、锌—萃取分离铜—碳酸钙中和除铁—P204 萃取除锌—中和沉淀富集钴、镍—钴、镍渣酸浸—氟化铵除钙镁—P204 萃取除杂—Cyanex272 萃取分离镍、钴的工艺，实现了铜、钴、镍、锌等有价元素的综合回收，取得了铜回收率大于89%、锌回收率大于80%、钴回收率大于93%、镍回收率约74%的实验指标。
1 实验
实验用铜钴精矿的化学成分为(%)：Co 1.27，Cu3.88，Ni 0.48，Zn 0.65，Fe 11.96，Pb 0.30，S 8.51，C 2.52，CaO 0.45，MgO 2.40，SiO2 43.70，Al2O3 11.94，Au 0.12 g/t，Ag<25 g/t。
工艺矿物学研究表明，铜钴精矿的主要金属矿物是辉砷钴矿、黄铁矿、含钴黄铁矿、含钴镍黄铁矿、黄铜矿和磁黄铁矿，次要金属矿物是斑铜矿、铜蓝、孔雀石、闪锌矿和方铅矿。主要脉石矿物是绢云母、斜绿泥石和石英，次要脉石矿物是碳酸盐类、钠长石、黑云母、石榴石、磷灰石和独居石等。
2 处理方案
仅从冶金角度考虑，该低硫高硅低品位复杂铜钴精矿具有很高的经济价值，似乎不存在经济处理的问题，但考虑矿石的采矿和选矿费用，要实现该铜钴精矿的经济处理和矿山的经济开发非常困难。按原生矿平均钴含量0.050%、铜0.14%，选矿回收率钴75%、铜85%，冶金回收率钴92%、铜95%，金属钴价350元/kg、铜50 元/kg 计算，原矿价值仅为177.3 元/t。平均采矿费用按原矿30 元/t、选矿费用按原矿40 元/t(需要细磨选矿)计算，冶炼费用必须保持在原矿60元/t 左右，即冶金处理费用必须介于精矿1 200 元/t左右(生产出金属产品)，才能保证项目有较好的收益，这对冶金工艺的选择提出了很高的要求。
2.1 火法处理
在火法处理中，仅从技术上说，最可行的是矿热电炉造锍熔炼工艺，具有处理量大、工艺成熟、有价金属回收率高等优点，但却存在以下不利条件：
1) 由于混合精矿中SiO2 含量高、CaO 含量低，熔炼时为降低炉渣的熔点和粘度，需配入大量的CaO造渣;
2) 由于混合精矿粒度细，为降低熔炼过程的烟尘率和提高铜、钴回收率，造锍熔炼之前，必须对混合精矿进行制团和烧结处理;
3) 按造锍熔炼过程电耗1 000 kW/t 计算，考虑需添加的熔剂量和回收率，折合精矿电耗约1 260 kW/t，基本不存在经济处理的可能;
4) 按日处理10 000 t 原矿的选矿规模计算，日产混合精矿500～550 t，需选用一台32 MV·A 的矿热电炉，仅电炉建设就需资金约5 000 万元，加上制团、烧结、收尘、废气处理等辅助设施，电炉投资金额将超过8 000 万元，若再考虑富钴冰铜的处理，固定投资将超过4 亿元;
5) 造锍熔炼不能回收锌;
6) 造锍熔炼产出的富钴冰铜需采用加压氧化酸浸进一步处理，浸出液同样存在铜、钴、镍及其它杂质的分离、回收等问题。因此，该复杂铜钴混合精矿不宜采用火法处理。
