硫化铜矿的生物冶金
《硫化铜矿的生物冶金》是2007年冶金工业出版社出版的一本图书，作者是李宏煦 。
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《硫化铜矿的生物冶金》是2007年冶金工业出版社出版的一本图书，作者是李宏煦 。
某复杂硫化铜矿选矿厂工艺改造实践
某复杂硫化铜矿选矿厂工艺改造实践
流程考察结果表明,原工艺流程存在许多制约选矿指标提高的因素。针对存在的问题,结合矿石性质特点,从选矿工艺、流程结构和药剂制度等方面进行探索研究,提出“快速浮选—中矿选择性再磨”新工艺。经对现场流程进行新工艺改造,并开展工业试验,所获选矿指标先进,铜精矿品位、选铜回收率、硫精矿品位、选硫回收率分别为26.33%、83.17%、35.18%、59.58%,实现了全面达标。
硫化铜矿物电子结构的第一性原理研究
硫化铜矿物电子结构的第一性原理研究
基于密度泛函理论的平面波赝势方法,计算黄铜矿、辉铜矿、铜蓝、斑铜矿的电子结构性质,并讨论硫化铜矿物电子结构与其可浮性之间的关系。利用费米能级讨论不同硫化铜矿物参与化学反应的活性位置及其与黄药作用生成不同产物的原因。计算结果表明:黄铜矿禁带宽度为0.99 eV,属于直接带隙p型半导体,而辉铜矿、铜蓝、斑铜矿则为导体。前线轨道计算结果能够很好地解释4种硫化铜矿物氧化性差异。为进一步认清硫化铜矿物可浮性的差异及硫化铜矿物新药剂开发提供理论参考。
硫化矿主要包括黄铜矿、斑铜矿和辉铜矿等。
黄铜矿的成分 CuFeS2，含Cu34.56%。最常见的为四方晶系变体。晶体呈四方双锥或四方四面体，但很少见；经常呈粒状或致密块状集合体。黄铜色，表面常因氧化而呈金黄或红紫等锖色；条痕绿黑色。硬度3~4；比重4.1~4.3。主要产于铜镍硫化物矿床、斑岩铜矿、接触交代铜矿床以及某些沉积成因(包括火山沉积成因)的层状铜矿中。在风化作用下，黄铜矿转变为易溶于水的硫酸铜，后者当与含碳酸的溶液作用时便形成孔雀石、蓝铜矿；与原生的硫化铜矿物作用，可形成次生斑铜矿、辉铜矿和铜蓝，形成铜的次生富集。黄铜矿是炼铜的主要矿物原料之一 。
黄铜矿主要存在于西班牙的里奥廷托，美国亚利桑那州的克拉马祖、犹他州的宾厄姆、蒙大那州的比尤特，墨西哥的卡纳内阿，智利的丘基卡马塔等。在中国，长江中下游地区、川滇地区、山西南部中条山地区、甘肃的河西走廊以及西藏高原等也有黄铜矿的存在。其中以江西德兴、西藏玉龙等铜矿最为著名 。
化学组成Cu5FeS4，为硫化物矿物。由于斑铜矿中常含有黄铜矿、辉铜矿的显微包裹体，其成分变化很大。斑铜矿为等轴晶系。单晶极为少见，通常呈致密块状或粒状不规则状集合体。新鲜断面呈古铜红色，表面常呈蓝紫斑状锖色而得名；条痕灰黑色。具有金属光泽，不透明，无解理；硬度3，比重4.9~5 。
斑铜矿可形成于Cu-Ni硫化物矿床、矽卡岩矿床及铜硫化物矿床的次生硫化物富集带中。斑铜矿在氧化环境中易遭受分解而形成孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿、褐铁矿等矿物。斑铜矿主要存在于美国蒙大那州的比尤特,墨西哥卡纳内阿和智利丘基卡马塔等。 在中国云南东川等铜矿床以斑铜矿的形式存在 。
辉铜矿化学成分Cu2S，含Cu79.86%，属斜方晶系。晶体少见，通常呈烟灰状、粒状或致密块状。铅灰色；条痕暗灰色。具有金属光泽。硬度2~3，比重5.5~5.8 。
辉铜矿可以是内生热液成因的，也可以是外生成因，是炼铜的主要矿物原料之一。主要分布在美国的布里斯托、康涅狄格州、比由特、蒙大拿、亚利桑那州、宾厄姆峡谷、犹他州、鸭城，田纳西州；英国的康瓦尔，纳米比亚楚梅布、意大利托斯卡纳和西班牙的力拓矿区、美国的内达华州的Ely矿区、Arizone州的Morenci，Miami和Clifton矿区以及蒙大拿州的比由特矿区等地。在中国，云南东川铜矿主要以辉铜矿形式存在 。
由福建紫金矿业股份有限公司、北京有色金属研究总院等单位联合承担的"十五"国家科技攻关计划"生物冶金技术及工程化研究"课题进行了评审验收。课题完成后，将在我国首次实现硫化铜矿石生物提铜工艺工业化，形成的生物堆浸提铜工程技术、高效浸矿菌株选育及活性控制技术，可推广应用于低品位难处理硫化铜矿及表外矿，将显著提升我国矿冶技术水平和国际竞争力。
福建紫金山铜矿是一个含砷低品位大型矿床，现已探明铜金属工业储量253万吨。但一直以来，由于原矿品位低、含砷量高，采用传统的浮选-火法炼铜工艺达不到预期目标，并会造成低品位铜矿资源的巨大浪费，于是紫金矿与北京有色金属研究总院合作、携手攻关，以紫金山铜矿为试验基地，对目前国际上最受青睐的湿法提铜工艺进行研究和开发。现在已建成了年产315吨电解铜工业试验厂，生产的电解铜达到国家一级电解铜标准。目前，紫金又开始着手建设年产1，000吨生物提铜工业试验厂，并力争在"十一五"期间建成年产1万吨电解铜的生物冶金工厂。项目建成后，紫金山铜矿将成为国内第一个具有工业规模的生物提铜基地。此外，紫金山铜矿还将利用这一新工艺着手进行生产有色金属纳米材料和其它新型粉体材料及复合粉体材料的研究，逐步实现传统矿业经济向新型经济产业迈进，力争在五年内把紫金矿业建设成为国内著名的高科技效益型矿业企业集团，并实现紫金山铜矿的全面开发。
由中南大学邱冠周教授为首席科学家的"微生物冶金的基础研究"项目针对我国有色金属矿产资源品位低、复杂、难处理的特点，围绕硫化矿浸矿微生物生态规律、遗传及代谢调控机制;微生物-矿物-溶液复杂界面作用与电子传递规律;微生物冶金过程多因素强关联3个关键科学问题开展研究。"微生物冶金的基础研究"分别获得2002年度"中国高等学校十大科技进展"和2002年度湖南省科技进步一等奖;2005年10月下旬，科技部正式行文，"微生物冶金的基础研究"被正式列入国家重点基础研究("973"计划)项目。该项目的正式启动，标志着我国微生物冶金技术进入突破性研究阶段。随着项目研究的深入，不仅将在冶金基础理论上取得突破，建立21世纪有色冶金的新学科-微生物冶金学;而且对解决我国特有的低品位、复杂矿产资源加工难题，扩大我国可开发利用的矿产资源量，提高现代化建设矿产资源保障程度，促进走可持续发展新型工业之路，实施西部大开发战略等都具有重要的作用。
据邱冠周教授说，微生物冶金技术将提高矿产资源的利用率两倍以上。以铜为例，中国铜的保有储量6，917万吨，传统的采选冶技术资源开发率只有28%左右，而利用微生物冶金技术开发率则接近100%，等于实际可利用铜将增加数千万吨。目前，世界上微生物冶金技术已在铜、金、铀的提取方面有所应用，国外微生物冶金处理对象主要是次生矿和氧化矿。中国在微生物冶金应用方面才刚刚起步，由于国内有90%为复杂低品位原生硫化矿，因此这一技术应用前景十分广阔。
微生物冶金技术引起了业界和国家有关部门的高度重视。一座规模年产5，000吨、年创经济价值9，000万元的示范工程正在广东金雁铜业公司兴建。微生物冶金过程反应温和、环境友好，不产生传统选冶过程的废气、废渣、废水污染，可以显著改善生态环境。尤其重要的是将矿产资源利用率提高了34倍，就可使我国实际可利用铜金属量从1，431万吨增加至4，150万吨以上，铜保有储量的服务年限从13年延长至50年!
微生物冶金优缺点
自然界中含铜矿物种类较多，已知的达170多种，但有工业价值的仅十几种。浮选处理的常见硫化铜矿物列于表1。
几乎所有的硫化铜矿石中都含有铁的硫化物，常见的硫化铁矿物有黄铁矿和磁黄铁矿等。硫化铜矿石浮选的主要任务是将硫化铜矿物与硫化铁和脉石分离。当矿石伴生有金、银等元素时，必须考虑它们的综合回收。
主要硫化剂、铁矿物的可浮性如下。
黄铜矿（CuFeS2）是我国最常见的铜矿物，含铜34.57%。有原生的也有次生的，可浮性较好，在中性及弱碱性矿浆中，能较长时间保持其天然可浮性，但在强碱性（PH>11.5）介质中，由于表面结构受OH- 侵蚀，形成亲水性的氢氧化铁薄膜，会使可浮性变差。
浮选黄铜矿最常用的捕收剂是黄药和黑药，而硫氮类及硫氨酯类更具选择性。
黄铜矿在碱性矿浆中易受氰化物及氧化剂的抑制，过量的石灰或硫化钠也可抑制黄铜矿。被氰化物抑制的黄铜矿可用硫酸铜活化。
辉铜矿（Cu2S）。含铜79.8%，是最常见的此生硫化铜矿物，性脆易泥化，在酸性和碱性矿浆中都有较好的可浮性。比黄铜矿易氧化，氧化后有较多的铜离子进入矿浆，会活化其他矿物或消耗药剂，造成分选困难。
辉铜矿的捕收剂主要是黄药。抑制剂是铁氰化钾，在铜钼分离中国外常用氧化剂，矿浆加温及低温焙烧等工艺来抑制辉铜矿浮选辉钼矿。在铜铅分离中常用硫化钠和锌氰铬合物混用抑制辉铜矿。氰化物对辉铜矿的抑制作用较弱，这是因为辉铜矿表面铜离子不断溶解并与氰化物作用，生成络离子降低了氰化物的抑制作用。
斑铜矿（Cu3FeS4）。有原生和次生两种，由于斑铜矿中常含有黄铜矿，辉铜矿等固溶包体，其化学成分变化较大，Cu可为52%~65%。
斑铜矿的表面性质及可浮性，介于辉铜矿和黄铜矿之间，用黄药作捕收剂时，酸性及弱碱性介质中均可浮，当PH>10以后，其可浮性下降，在强酸性介质中，其可浮性也显著变坏。容易受氰化物抑制。
铜蓝（CuS）主要产于含铜硫化物的氧化矿石中，自然界分布少。在铜蓝的晶格构造中，Cu有Cu+和Cu2+两种，S也有单硫离子[S2]2-两种，所以铜蓝分子式合理的写法应是Cu2S·CuS。铜蓝的可浮性与辉铜矿相似。
砷黝铜矿（4Cu2S·AS2S2）属原生铜矿物，硬度小脆性高，容易泥化和氧化。
用丁黄药浮选砷黝铜矿时，最适宜的PH值11~12，介质调整剂用碳酸钠比用石灰好，因为当游离CaO高于400g/m时，对砷黝铜矿有抑制作用。
根据上面的分析，对硫化铜矿物的可浮性，可用归纳出如下几条规律：
（1）凡是含铁的铜矿物，如黄铜矿、斑铜矿等，可浮性相似，在碱性矿浆中易受氰化物和石灰抑制，所以铜硫分离较难，要求严格控制氰化物和石灰的用量。
（2）凡是不含铁的铜矿物，如辉铜矿、铜蓝，可浮性相似，氰化物、石灰对它们的抑制作用较弱，所以在铜硫分离时可用加入大量石灰去抑制黄铁矿，而不至于严重影响铜矿物的可浮性。
（3）硫化铜矿物的可浮性，受到结晶粒度、嵌布粒度和原生次生等因素的影响。结晶及嵌布过细的，比较难浮。次生硫化铜矿容易氧化，氧化后比原生铜矿难浮。
（4）黄药类捕收剂阴离子，主要与矿物表面的Cu2+发生化学吸附，铜含量高的矿物，其表面含Cu2+亦多，易与黄药作用。可浮性好，并且较易获得高品味的精矿。常见的硫化铜矿物可浮性次序为：辉铜矿>斑铜矿>黄铜矿。
黄铁矿（FeS2）含S53.45%，是分布最广的一种硫化物，几乎各类矿床中都有。由于黄铁矿是制硫酸的主要原料，习惯上把黄铁矿精矿称为硫精矿。
黄铁矿的可浮性随其结晶构造，化学组成及表面氧化程度的不同而变化，不同类型矿床的黄铁矿因成矿条件不同其可浮性有时差异也较大。研究指出：呈八面体结构的黄铁矿比呈六面体结构的更易浮：化学组成中S/Fe接近2时，在酸性介质中易浮，而在强碱性介质中易受石灰抑制，当S/Fe偏离2（小于2）、结构不完整时，在酸性介质中可浮性变坏，而在碱性介质中不易受石灰抑制，中等氧化程度的黄铁矿，其可浮性随氧化速度增加而增大，这与表面氧化而生成元素硫有关，过度氧化时，则可浮性降低。
黄铁矿的表面状态还与矿浆PH有关，在强酸性介质中，它的表面易氧化生成元素硫，（有人认为是缺金属的硫化物），提高了其表面的疏水性。在石灰造成的强碱性介质中，黄铁矿表面覆盖有FeO（OH），使其可浮性受到抑制。
黄铁矿在酸性、中性及弱碱性矿浆中都可以用黄药捕收。它的有效抑制剂是氰化物、石灰以及石灰+亚硫酸盐等。黄铜矿、闪锌矿与黄铁矿的分离，主要是用石灰作黄铁矿的抑制剂，对于细磨难选的铜—锌矿或铜—铅—锌矿用硫酸钙抑黄铁矿比石灰更有效，被抑制的黄铁矿，可用硫酸、碳酸钠和二氧化碳活化，活化时常加硫酸铜。
磁黄铁矿（Fe1-xS），其化学组成不固定，因为晶格中有一部分Fe2+被Fe3+所代替，为了保持晶格中的静电平衡，故构造中Fe2+的位置上有一部分形成空缺，化学式便变成Fe1-xS，x=0.1~0.2。磁黄铁矿容易氧化和泥化，可浮性差，是容易被抑制、难浮的一种硫化矿物。它在酸性介质中，用高级黄药捕收能很好浮游，而在碱性介质中要先用硫酸铜或少量硫化钠活化后，再用高级黄药捕收才能浮游。
磁黄铁矿的抑制剂有石灰、氰化物、亚硫酸及其盐等。活化磁黄铁矿用氟硅酸钠与硫酸配用比单用硫酸更有效。
磁黄铁矿易氧化，在矿浆中氧化时，会消耗矿浆中的氧。对其他硫化矿物的浮游不利，因此，含有磁黄铁矿的硫化矿浮选时，应注意矿浆搅拌充气的调节。
我国的矽卡岩型铜故中，含硫矿物有很大一部分是磁黄铁矿。由于磁黄铁矿不易浮又兼有磁性，夹杂于磁选铁精矿中，所以它常常是造成铁精矿中含硫高的主要原因。
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