一种硫化矿物的浸出方法

技术领域

本发明涉及有色金属湿法冶金领域，尤其涉及一种硫化矿物的浸出方法。

背景技术

硫化矿物以其储量丰富，已成为当今一大金属原料之一，传统的提取方式是火法冶金，然而，由于火法冶金过程中，气体排放及产生烟尘而引起的环境制约逐步升级，火法处理经常导致有价金属副产物损失在炉渣及残渣中等原因，使得相关领域的技术人员将研发方向逐渐转向湿法冶金，并且目前以硫化铜钴矿、铜钴合金为代表的铜、钴原料，以硫化镍矿、高冰镍、低冰镍为代表的镍原料在湿法冶金领域占有相当大的比重。因此研究硫化矿物的湿法冶金过程中的浸出工艺对现代冶金发展十分有必要。

以从高冰镍中提取镍为例，其常规提炼过程是将高冰镍磨料到200目以后，在稀硫酸溶液中在常压下进行预活化，将大量镍单质在预活化阶段进行酸浸出，然后将预活化出后的浆料打入氧压浸出釜，将未浸出的镍在高压高温富氧条件下进行继续浸出，同时高冰镍中的杂质铜也浸出了90％以上，铁浸出了20％左右。然后将反应后含镍、铁和铜等杂质的溶液中加入纯碱进行中和水解除铁和铜达到净化的目的，净化后的溶液再进行萃取深度纯化其他的杂质，最终产出高纯的硫酸镍溶液，此溶液可直接用于生产高纯的镍系列产品。

其它硫化矿物湿法冶金提取其中的目标金属的过程与提取高冰镍中的镍的过程相似。

然而，上述工艺中，利用球磨机将高冰镍研磨到200目之后，直接进行常压浸出以及加压浸出，导致常压浸出阶段目标金属的浸出率较低，70％以上的浸出反应需要在加压条件下进行浸出，在高压富氧浸出阶段需要利用到多段加压浸出，才能够保证目标金属的高浸出率，从而，在提取目标金属的过程当中需要配置大量的高压富氧反应设备，设备投资大且所需电能巨大，同时大量高压富氧设备的配置大大增加了生产过程的安全隐患。

因此，如何改进现有工艺的步骤，提高常压浸出阶段目标金属的浸出率，从而减少加压浸出阶段硫化矿物的处理量，以简化提取设备，降低能耗及成本，以及生产过程的安全隐患，已成为亟待解决的技术问题。

发明内容

针对常压浸出阶段目标金属的浸出率较低，70％以上的浸出反应需要在加压条件下进行浸出，从而，在提取目标金属的过程当中需要配置大量的高压富氧反应设备，设备投资大且所需电能巨大，同时大量高压富氧设备的配置大大增加了生产过程的安全隐患的技术问题。

本发明提供了一种硫化矿物的浸出方法，该浸出方法包括：

S1，将硫化矿物研磨成粉料后，制备浆化液；

S2，将浆化液与硫酸溶液混合，并在混合过程中执行搅拌、通入氧气以及维持反应温度中的至少一项操作，以进行预活化，得到预活化浆化液；

S3，对预活化浆化液进行常压浸出，并在常压浸出过程中执行搅拌、维持常压浸出温度中的至少一项操作，同时通入氧气，反应结束后得到常压浸出浆化液；

S4，过滤常压浸出浆化液，得到常压浸出渣以及常压浸出液；

S5，将常压浸出渣加水浆化后，加入到硫酸溶液中进行加压浸出，并在加压浸出过程中执行通入氧气、调节气压以及调节加压浸出的初始温度中的至少一项操作，待充分反应后，固液分离得到加压浸出液和加压浸出渣。

优选的，S5之后，浸出方法还包括：S6，对加压浸出液进行除杂处理，过滤得到除杂浸出液。

优选的，S1具体为：将硫化矿物研磨成粉料后，将粉料以0.4-0.8Mpa正压气力输送的方式注入到水中，制备成浆化液；其中，硫化矿物为硫化镍矿、硫化铜钴矿、钴铜合金、高冰镍、低冰镍中的至少一种或多种；将硫化矿物研磨成粉料的装置为高能球磨机；粉料的粒度D90＜40微米；浆化液中液固质量比为(1.5-4):1。

优选的，S2中，硫酸溶液中的硫酸浓度为150g/L-500g/L；S5中，硫酸溶液中的硫酸浓度为20g/L-160g/L；浆化液的用量根据其中的硫化矿物的质量确定，硫化矿物的质量根据硫酸的质量确定；

其中，硫化矿物的质量＝(硫酸溶液中硫酸的质量×需浸出的金属单质的摩尔质量/硫酸的摩尔质量)×1.05/【1-(硫化矿物中硫的质量百分含量×需浸出的金属单质的摩尔质量/硫单质的摩尔质量)/硫化矿物中需浸出的金属单质的百分含量】。

优选的，S2中，浆化液与硫酸溶液的混合方式为将浆化液加入到硫酸溶液中；浆化液的加入速度为0.5-10t/h；搅拌线速度为5-6m/s；反应温度维持在60-90℃；氧气通入方式为：通过将微气泡反应器将氧气分散为微气泡后从预活化反应装置液面下方喷射通入；氧气的通入速度为1-10Nm

优选的，S3具体为：常压浸出反应在常压浸出装置中进行；气液混合泵接入氧气气源，且与常压浸出装置的底部连通；对预活化后的浆化液进行常压浸出，并在常压浸出过程中执行搅拌、维持常压浸出温度中的至少一项操作，同时将常压浸出装置上部流出的浆化液与气液混合泵泵出的氧气混合后从常压浸出装置下部泵回釜内，反应结束后得到常压浸出浆化液。

优选的，S3中，常压浸出搅拌速率为50-120r/min；常压浸出温度维持在60～90℃；氧气的通入速度为10-60Nm

优选的，S5中，浆化时间为0.5-2h；利用高压氧气提升并维持气压在1.4-1.8Mpa，且氧气的纯度＞90％；加压浸出的初始温度为110-150℃；加压浸出时间为2-5h。

优选的，当硫化矿物为硫化镍矿、高冰镍、低冰镍中的至少一种或多种时，S6具体为：调节加压浸出液的pH值以及温度，加入LIX萃取剂，采用4段离心萃取法进行除铜净化后，过滤得到除杂浸出液。

优选的，S6中，加压浸出液的pH值维持在1-2；加压浸出液的温度维持≤55℃；4段离心萃取法的有机配比为LIX萃取剂：溶剂油＝(20％～30％)：(70％～80％)。

综上所述，本发明提供一种硫化矿物的浸出方法，具有以下有益效果：

1、加水浆化的设备和管道对耐酸腐蚀的要求不高，而加酸浸出工艺则对设备有更大的要求，需要更大的设备投入。本发明通过提前加水浆化可以节省后续加酸浸出时间，提高加酸浸出效率，提高酸浸设备单位时间浸出效率。

2、利用相对较高浓度的硫酸溶液进行物料的预活化，加速了硫化矿物中硫化物的氧化反应，以及硫化矿中单质态金属的浸出反应；

3、预活化时，通过采用先配酸后加料的方式，在反应前期，加入到酸溶液中的粘稠浆化液被迅速稀释，被鼓入的氧气也可以迅速扩散到整个反应体系中，物料可以迅速与酸、被鼓入氧气反应，提高浸出效率。

4、利用气液混合泵将氧气分散进行常压氧化浸出，将氧气分散为微气泡从预活化反应装置液面5米以下喷射大幅增加氧气的分散效果，采用纯度较高的氧气进行氧化反应，另一方面利用气液混合泵将浆液和氧气混合后从反应器底部打入反应器内大幅增加氧气的分散效果。

5、以及研磨阶段硫化矿物的粒径需满足D90<40微米，进一步增加了常压氧化硫化物的反应速率和目标金属的浸出率，从而可以减少加压浸出阶段硫化矿物的处理量，达到简化加压浸出的提取设备，降低能耗及成本，降低生产过程的安全隐患的目的。

6、在常压浸出反应配料过程中实现精准配料，利用物料本身消耗氢离子的碱性特征，利用物料本身作为中和试剂进行中和水解除铁净化反应，常压浸出液中铁等杂质含量极少，缩短了工艺流程，减少了辅料添加，降低了硫化矿物的加工处理成本。

7、优化工艺，大幅减少了高压反应设备的配置数量，相比较常规工艺方法，本方法中高压反应设备的配置数量降低了60％以上，大幅缩减了固定投资。

8、优化工艺，大幅压缩了硫化矿物处理的加压氧化浸出净化工艺流程，大幅减少了辅料消耗，降低了硫化矿物的加工处理成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本发明实施例提供的一种硫化矿物的浸出方法的流程图；

图2：本发明实施例提供的一种硫化矿物的浸出方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的上述以及其他特征和优点更加清楚，下面结合附图进一步描述本发明。应当理解，本文给出的具体实施例是出于向本领域技术人员解释的目的，仅是示例性的，而非限制性的。

在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员来说，明显的是，不需要采用具体细节来实践本发明。在其他情况下，未详细描述众所周知的步骤或操作，以避免模糊本发明。

为了提高常压浸出阶段目标金属的浸出率，从而可以减少加压浸出阶段硫化矿物的处理量，以简化提取设备，降低能耗及成本，降低生产过程的安全隐患，本发明提供了一种硫化矿物的浸出方法，如图1所示，该方法包括：

S1，将硫化矿物研磨成粉料后，制备浆化液。

本申请中，硫化矿物为硫化镍矿、硫化铜钴矿、钴铜合金、高冰镍、低冰镍中的至少一种或多种。研磨设备为高能球磨机。相对于现有技术中物料的粒度研磨到200目，本申请中的粉料的粒度D90＜40微米或400目通过率＞90％，以保证后续浸出过程中，粉料可以与氧气充分接触。浆化液中液固质量比为(1.5-4):1，精准控制浆化液中液固质量比，在保证将粉料完全浆化的条件下，尽量减少水的使用量，以免稀释后续操作中使用的溶液。

S2，将浆化液与硫酸溶液混合，并在混合过程中执行搅拌、通入氧气以及维持反应温度中的至少一项操作，以进行预活化，得到预活化浆化液。

传统技术中研磨后的硫化矿物不打浆，直接加入稀硫酸浸出常压浸出。在常压浸出初期，不易被水润湿的疏水性硫化矿粒在表面张力的支撑下悬浮聚集成团，在物料完全浸润前浸出效果较差，需要耗费一定时间等待浸润，导致对耐酸腐蚀的要求较高的酸浸设备中进行的浸出反应效率不高，导致单位时间单位体积设备的浸出效率不高。

硫酸反应溶液浓度过低会导致其氧化效果不佳，而浓度过高且氧化效果过饱和会造成反应原料的浪费。因此本申请中，所使用的硫酸溶液的浓度为150g/L-500g/L，通过相对较高浓度的硫酸溶液对浆化液进行预活化，一方面可以释放出硫化矿物中单质态金属，加速硫化矿物中单质态金属的浸出反应，保证金属的浸出率；另一方面可以加速硫化矿物中硫化物的氧化反应，具有较佳的氧化效果，保证反应原料的利用效率较高。

以高冰镍为例，采用高浓度的硫酸溶液对浆化液进行预活化，并通入氧气可以进行以下反应2Ni

进一步地，浆化液的用量根据其中的硫化矿物的质量确定，硫化矿物的质量根据硫酸的质量确定；具体的，硫化矿物的质量＝(硫酸的质量×需浸出的金属单质的摩尔质量/硫酸的摩尔质量)×1.05/【1-(硫化矿物中硫的质量百分含量×需浸出的金属单质的摩尔质量/硫单质的摩尔质量)/硫化矿物中需浸出的金属单质的百分含量】。

在一些优选的实施例中，浆化液与硫酸溶液的混合方式为将浆化液加入到硫酸溶液中。

相比直接往浆化液中通入硫酸溶液，前期浆化液量会显著大于硫酸溶液的量，无法保证浆化液能充分快速反应，即无法保证对浆化液中金属的硫化物的氧化效果，进而影响金属浸出率。

反应温度维持在60-90℃，以保证预活化反应的适宜温度。浆化液的加入速度为0.5-10t/h，用量为1-12t，具体用量可根据硫酸的质量确定。并且一边加浆化液一边通入氧气，氧气的通入速度为1-10Nm

S3，对预活化浆化液进行常压浸出，并在常压浸出过程中执行搅拌、维持常压浸出温度中的至少一项操作，同时通入氧气，反应结束后得到常压浸出浆化液。

本申请中，预活化完成后，将预活化后的浆化液输送到常压浸出装置，进行常压浸出，输送速度为0.5-10t/h。在输送浆化液和常压浸出过程中，维持常压浸出温度在60～90℃，以使常压浸出反应在适宜的温度进行。并进行搅拌，常压浸出搅拌速率为50-120r/min，配合与常压浸出装置的底部连通的气液混合泵，将浆化液与通入的氧气混合后由常压浸出装置的上部泵回常压浸出装置内的操作，以使浆化液中的矿物颗粒与氧气充分接触，增加常压浸出阶段氧化硫化物的反应速率，以及提升常压浸出阶段目标金属的浸出率，从而减少加压浸出阶段硫化矿物的处理量，以简化提取设备，降低能耗及成本，降低生产过程的安全隐患。其中，氧气的通入速度为10-60Nm

S4，过滤常压浸出浆化液，得到常压浸出渣以及常压浸出液。

本申请中，过滤常压浸出后的浆化液，得到滤渣以及常压浸出液。其中，常压浸出液为目标金属的硫酸盐溶液，可直接用于生产高纯的目标金属系列产品，滤渣中含有目标金属的硫化物，可用于后续提取操作。

S5，将常压浸出渣加水浆化后，加入到硫酸溶液中进行加压浸出，并在加压浸出过程中执行通入氧气、调节气压以及调节加压浸出的初始温度中的至少一项操作，待充分反应后，固液分离得到加压浸出液和加压浸出渣。

本申请中，将常压浸出后的滤渣浆化0.5-2h后输送到盛有硫酸溶液的加压浸出装置内，其中，硫酸溶液中的硫酸浓度为20g/L-160g/L，利用高压氧气将加压浸出装置内的气体压力提升并维持在1.4-1.8Mpa，同时将加压浸出装置内的温度提升到120℃后，加压氧化反应开始剧烈反应，并靠反应自身放热维持反应温度，直到加压氧化反应结束。其中，加压浸出时间为2-5h，靠反应自身放热可以使反应温度达到160℃以上。

如图2所示，在一些优选的实施例中，该浸出方法还包括：

S6，对加压浸出液进行除杂处理，过滤得到除杂浸出液

本申请中，S6包括，调节加压浸出液的pH值以及温度，加入LIX萃取剂，采用4段离心萃取法进行除铜净化后，过滤得到除杂浸出液。具体的，加压浸出反应充分后，将过滤得到的加压浸出液输送到除杂装置，调节加压浸出液的PH值在1-2，以及温度在≤55℃，加入LIX萃取剂，采用4段离心萃取法进行除铜净化，过滤、固液分离，得到目标金属的硫酸盐溶液。其中，4段离心萃取法的有机配比为LIX萃取剂：溶剂油＝(20％～30％)：(70％～80％)。

综上所述，本发明提供的方法具有以下优点：

1)通过高浓度的硫酸溶液对浆化液进行预活化，可以加速硫化矿物中硫化物的氧化反应，以及加速硫化矿物中单质态金属的浸出反应。

2)本方法在常压浸出反应时配置了将氧气分散进行常压氧化浸出的气液混合泵，利用气液混合泵将浆化液和氧气混合后从常压浸出装置的上部打入装置内大幅增加氧气的分散效果，并采用纯度较高的氧气，以及将硫化矿物研磨到40微米粒径左右，增加了物料的比表面积和与氧气的接触面积，从而可以大幅增加常压氧化硫化物的反应速率和目标金属的浸出率。

3)相对常规方法中加压浸出设备采用卧室带搅拌设备，在0.4-0.8Mpa进行加压浸出，本申请的方案由于常压浸出阶段提升了目标金属的浸出率，从而在加压浸出阶段，可以大幅减少高压反应设备的配置数量，相比常规的方法，采用本发明的方法，高压反应设备的配置数量可以降低60％以上。大幅降低了硫化矿物的浸出净化成本。

为了体现本发明提供的方法的优势，下面结合具体的实施例进行说明。

实施例1(硫化铜钴矿)

硫化矿物为含铜13.7％，含钴6％，含铁15.2％，含硫12.6％的硫化铜钴矿。

1)浆化：将硫化矿物4.05t用高能球磨机研磨成D90为30μm的粉料，在开启搅拌装置的浆化釜中加水10m

2)预活化：在预浸反应釜内用浓硫酸和水配置硫酸含量为100g/L的硫酸溶液13m

将配置好的浆化液以1t/h加料速度加入到盛有150g/L硫酸溶液的预活化反应釜中，加完浆化液后，维持反应温度在60℃及搅拌线速度在5m/s，进行预活化1h。并在预活化反应过程中，通过将微气泡反应器将氧气分散为微气泡从预活化反应装置液面5米以下喷射通入少量的氧气(纯度＞90％，下同)，通入速度为1Nm

3)常压浸出：将预活化浆化液输送到常压反应釜内，维持反应温度在60℃，以50r/min的搅拌速率进行搅拌，并以10Nm

4)固液分离：常压浸出反应完成后，将浆化液输送到常压浸出后液过滤装置，进行固液分离得到常压浸出液20m

5)加压浸出：将常压浸出渣加入2m

实施例2(高冰镍)

硫化矿物为含镍71％，含铁1％，含硫20％的高冰镍。

1)浆化：将硫化矿物4.05t用高能球磨机研磨成D90为40μm的粉料，在开启搅拌装置的浆化釜中加水8m

2)预活化：在预浸反应釜内用浓硫酸和水配置硫酸含量为300g/L的硫酸溶液18m

将配置好的浆化液以10t/h加料速度加入到盛有300g/L硫酸溶液的预活化反应釜中，加完浆化液后，维持反应温度在90℃及搅拌线速度在6m/s，进行预活化1.5h。并在预活化反应过程中，通过将微气泡反应器将氧气分散为微气泡从预活化反应装置液面5米以下喷射通入少量的氧气(纯度＞90％)，通入速度为10Nm

3)常压浸出：将预活化浆化液输送到常压反应釜内，维持反应温度在90℃，以120r/min的搅拌速率进行搅拌，并以10Nm

4)固液分离：常压浸出反应完成后，将浆化液输送到常压浸出后液过滤装置，进行固液分离得到常压浸出液20m

5)加压浸出：将常压浸出渣加入2m

6)除杂：将加压浸出液输送到除杂反应釜内，开启搅拌，维持反应PH值为1及反应温度在55℃，加入LIX萃取剂，用4段离心萃取法进行除铜净化，过滤，得到除杂浸出液。其中，4段离心萃取法中的有机配比为：LIX萃取剂：30％；溶剂油：70％。除杂浸出液中铜浓度为0.01g/L。

实施例3(钴铜合金)

硫化矿物：含铜65％，含钴2.5％，含铁24.66％，含硫3％的铜钴合金。

提取设备：同实施例1。

提取步骤：同实施例1。

设计参数：常压浸出硫酸溶液浓度为482g/L，常压浸出时间为2h，其它设计参数同实施例1。

检测结果：检测常压浸出液20m

检测加压浸出液15m

实施例4(硫化镍矿)

硫化矿物：含镍53％，含铜0.5％，含铁4％，含硫28％的硫化镍矿。

提取设备：同实施例2。

提取步骤：同实施例2。

设计参数：常压浸出硫酸溶液浓度为277g/L，常压浸出时间为13h，其它设计参数同实施例2。

检测结果：检测常压浸出液20m

检测加压浸出液15m

检测除杂浸出液中铜浓度为0.01g/L。

实施例5(低冰镍)

硫化矿物：为含镍31.08％，含铁35％，含硫27％的低冰镍。

提取设备：同实施例2。

提取步骤：同实施例2。

设计参数：常压浸出硫酸溶液浓度为220g/L，常压浸出时间为2h，其它设计参数同实施例2。

检测结果：检测常压浸出液20m

检测加压浸出液15m

检测除杂浸出液中铜浓度为0.01g/L。

对比例1(相对低浓度的硫酸溶液)

硫化矿物：含镍71％，含铁1％，含硫20％的高冰镍。

提取设备：同实施例2。

提取步骤：使用浓度较低的硫酸溶液(硫酸含量为50g/L)进行预活化的步骤，相应的在常压浸出步骤中利用等量的硫酸溶液进行常压浸出，其它步骤同实施例2。备注：受反应设备容量限制，物料投料量降为675Kg，硫酸溶液用量仍为18m

设计参数：同实施例2。

检测结果：检测常压浸出液22m

硫化矿物：含镍71％，含铁1％，含硫20％的高冰镍。

提取设备：同实施例2。

提取步骤：同实施例2。

设计参数：研磨后高冰镍的粒度满足，粒径D90为80微米，其它设计参数同实施例2。

检测结果：检测常压浸出液20m

硫化矿物：含镍71％，含铁1％，含硫20％的高冰镍。

提取设备：常压浸出装置未配置气液混合泵，而是常规机械搅拌浸出装置。

提取步骤：同实施例2。

设计参数：同实施例2。

检测结果：检测常压浸出液20m

表1各实施例与对比例中目标金属的浸出率

结合表1进行说明，从实施例2、对比例1-对比例3可以看出，本申请的方法中，利用高浓度硫酸溶液进行预活化、将硫化矿物的粒径研磨至D90＜40微米以及常压浸出阶段利用气液混合泵充分打散氧气，可以有效地提高常压浸出阶段目标浸出的浸出率，在简化了加压浸出设备的情况下，也能够保证硫化矿物中目标金属的综合浸出率。从而降低了提取过程中的能耗及成本，以及生产过程的安全隐患。进一步地，从实施例1-实施例5可以看出，本申请的方法适用于提取多种硫化矿物中的目标金属，且常压浸出阶段的浸出率可以达到61％以上，综合浸出率可以达到97.8％以上。

最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。