在自然界中, 已知的铜矿物总计有200余种,但具有工业应用价值的铜矿物只有17 种左右(见表25-1-1)。铜具有强烈的亲硫性,铜的硫化物居绝对多数。按铜矿物的生成条件和化学成分不同可分为:原生硫化铜矿物,如黄铜矿;次生硫化铜矿物,如辉铜矿; 氧化铜矿物,如孔雀石、自然铜等。
表 1 主要铜矿物一览表
国内外铜矿资源
1 世界铜矿储量
据美国地质调査局估计, 2010年世界陆地铜资源量约为5. 4亿吨, 深海底和海山区的锰结核及锰结売中的铜资源量为7亿吨,主要分布在太平洋。另外, 洋底或海底热泉形成的贱金属硫化物矿床中也含有大量的铜资源。 世界铜矿储量见表25-2-l 。
表:25-2-l 世界主要产铜国钢矿储量
25.2.2 我国铜矿资源及其分布.
据2009年国土资源部统计,截至2008年,全国共査明铜矿1483个,其中著名的大型铜矿有江西德兴铜矿、 西藏玉龙铜矿、 驱龙铜矿及近年来新发现的云南普朗铜矿。 全国累计査明资源储量(铜金属) 77l0万吨,主要分布在西南三江地区、长江中下游、东南沿海、秦祁昆成矿带以及辽吉黑东部、西藏同底斯成矿带,即江西、云南、湖北、西藏、甘肃、安徽、山西、内蒙古、黑龙江等省(区),这9个省(区)的基础储量约占全国总基础储量的81. 53% 。我国铜矿资源储量及其分布见表25-2-2。
表25-2-2 2008年全国及主要地区銅矿资源储量状况 (万吨）
杂质对铜的影响
铜的特性与其纯度有极大关系,存在微量的杂质将会大大影响铜的性能。各种杂质对铜的影响如下:
(1)砷 砷对铜的力学性能影响不大,含砷0.8%的铜尚能拉成极细的铜丝,当含砷量达到l%以上, 将引起赤热脆弱现象。 另外砷对铜的导电率影响极大, 铜中含砷0.0013% , 即可使铜的导电率降低1%。
(2)磷 铜中含磷能改善力学性能,但其对铜的导电率危害很大,故用于制造导线的铜中不宜含磷。
(3)硫 硫是以 Cu2S的形式存在于铜中,铜中含硫 0.5%时则产生低温脆弱现象, 含硫 0.l%时, 经碾轧使会发生严重龟裂现象, 并对铜的弯曲性能产生很大影响。此外, 含硫的铜在铸造时易产生砂眼。
(4)铁 微量的铁,对铜的力学性能影响不大,当含量达到2%时,使强度及硬度稍增,但对导电率影响甚大,并对铜的延展性、抗蚀性均有影响。
(5)锑 锑在铜中亦是有害的杂质,含锑在0.0071%时,即可降低导电率l%。含锯达1%的铜, 在加工时周边会发生龟裂现象, 稍加弯曲即易折断。
(6) 铋 铋对铜的力学性能危害最大,含铋0.025%的铜,在赤热的情况下锤击,即产生龟裂,甚至粉碎。铜中含铋一般不得超过 0.005% 。
以上这些杂质必须在选冶加工过程中尽可能地除去, 以减少精炼和机械加工的困难。特别是砷对冶炼工人和炼厂周围的居民身体健康危害极大,必须在选矿过程中最大限度地将砷矿物除去,使铜精矿含砷愈少愈好。
銅精矿的质量标准
铜精矿按化学成分分为一级品、二级品、三级品、四级品和五级品。铜精矿中汞、氟和镉杂质的限量应符合国家标准(GB2O,424-2006) 的要求,其余化学成分应符合行业标准的规定, 见表25-3-1 。
表25-3-l 铜精矿标准(YS/T318-2007)
注：1.铜精矿中金、银为有价元素，应报分析数据;
2.铜精矿中水分(质量分数)不得大于12%，冬季应不大于8%;
3.铜精矿中不得混入外来夹杂物。同批精矿要求混匀;
4.铜精矿中天然放射性限制应符合GB20660-2006的要求。
铜选矿技术及发展趋势
1 铜矿选矿技术
铜矿石接照氧化率(氧化率=氧化铜含量÷总铜含量 x1o0% ) 的不同分为硫化矿石(氧化率小于10%)、氧化矿石(氧化率大于30%)和混合矿石(氧化率为10% ～30%) 三类。主要选矿方法是浮选法,重选和磁选也有应用。一般情况下,硫化铜矿石、易选的混合铜矿石和易选的氧化铜矿石都采用浮选法处理 。 而对于难选的混合铜矿石和难选的氧化铜矿石, 则多采用湿法冶金或湿法冶金与浮选联合的方法处理 。
铜矿石浮选常用的捕收剂是黄药类,其次是黑药类、硫氮类、酯类、黄药与其有机组合的组合药剂和一些代号捕收剂(MAC-l2、 EP、 MOS系列、 MA系列和 MB系列)等。 黄药类捕收剂主要有乙基、丁基、异丁基、异戊基黄药和 Y89等;黑药类捕收剂主要有208号、238号、242号、甲動黑药、丁胺黑药等;硫氮类捕收剂用主要有SN-9号和 OSN- 43号等;酯类捕收剂主要有 Z-200、S-3302等。常用的起泡剂有松醇油、1l1 号油、 MI- BC、 T-66、道—250、 Aerofroth73、38y和重吡啶等。常用调整剂有硫化钠、石灰、腐殖酸钠、亚硫酸钠、水玻璃、羧甲基纤维素和氰化物等。
铜矿石浮选常用工艺流程就选别段数而言, 主要是一段和多段选别流程, 其中有代表性的是阶段磨矿阶段选别流程和阶段磨矿集中选别流程。 就选别顺序而言, 包括混合浮选法、优先浮选法、优先一混合分步浮选法、快速浮选、分步优先浮选、部分混合浮选、异步混合浮选等流程 。
如前所述, 对于不同类型铜矿石的浮选方法各不相同, 用得最多的是硫化—黄药浮选法,在该法选别易选混合铜矿石和易选氧化铜矿石的工艺中,往往添加无机铵盐、有机胺盐及其组合药剂等,以强化选别效果。对于难选混合铜矿石和难选氧化铜矿石, 由于其直接浮选的技术指标低, 药剂消耗量大, 故常常采用湿法冶金或湿法冶金与浮选联合的方法处理 。 对于难选氧化铜矿石则来用湿法冶金处理 。 在湿法冶金工艺中,依据浸出剂的不同,又有酸浸、碱浸和微生物浸出等不同方法;在产品制取上,有化学沉淀、置換沉淀和萃取-电积等不同方法(详见第25.7 li)。对于难选混合铜矿石, 一般采用湿法冶金与浮选联合的方法进行处理, 这有利于提高铜的回收率和伴生有益元素的综合利用。
2 国外铜选矿现状
国外的铜选厂虽有数百家,但大型选厂主要集中于智利、秘鲁、美国、加拿大、澳大利亚和赞比亚等几个产铜大国 。 近年来, 尽管国外铜的选矿技术没有重大突破, 但在选矿工艺、设备、浮选药剂、自动控制及联合流程的运用等方面还是取得了很大的进展。主要表现在以下几个方面:
(1)选厂大型化。智利的丘基卡马塔铜钼矿选矿厂的生产能力为l5300t/d,年产铜50万吨;埃斯科地达铜矿几经扩建, 目前其年产铜已超过100万吨,成为世界铜产量最大的矿山。
(2)设备大型化。美国度马选厂在l1000t/d规模的扩建中,采用半自磨—球磨流程以处理中等硬度的矿石,扩建系统选用2台φ8500mm x3600mm 的自磨机及2台φ5000mm x5800mm 的溢流型球磨机;平托瓦利铜选厂安装了φ5400mm x6400mm 的球磨机,每台球磨机与8台φ660mm的旋流器构成闭路。100~200m3大型浮选机在铜选厂中也大量推广使用 。
(3)自动化水平高。由于选厂规模和设备的大型化,对自动化要求也越来越高。据统计,自动化一般可使选厂设备能力提高l0%～15%,劳动生产率增加25%～50%, 生产成本降低3%～5% 。所以,在新建的选厂中大都采用机组或生产工段的自动控制乃至全厂集中控制。计算机控制在美国、英国、加拿大、芬兰、瑞典、澳大利亚、赞比亚和菲律宾等国30多座浮选厂中得到了广泛的应用 。通常用闭路电视来监控选矿各作业流程 。
(4)高效率药剂的研制。例如,美国道尔公司生产的对硫化铜矿物捕收性能很强而对其他矿物捕收能力很弱的药剂; 增加过滤效果的助滤剂, 增加磨矿效果的助磨剂等。
(5)选冶联合流程的应用。为了充分地综合回收有用矿物,发展了联合流程。
目前, 铜的选矿存在的主要问题如下:
( 1 ) 由于选矿厂规模的扩大和设备的大型化, 给设备的制造、 生产操作管理带来了新问题, 要求更高的机械化及自动化水平, 否则单纯的设备大型化未必带来更好的经济效益。
(2)新工艺及新设备在实践中出现许多新问题需要解决。例如,絮、凝浮选不仅需要新药剂, 而且矿石需要细磨, 工业上的应用尚存在一定的困难 。
(3 ) 原有的模拟放大算法已不适用大型化及新设备。
(4)复杂共生、低品位、微细粒嵌布的铜矿产资源比例日益增大,该类铜资源的大量开发和利用, 也带来了很多需要解决的新问題。
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