廢石堆浸出

廢石堆浸出，是一種新出現的具有重大潛在意義的技術，它不僅可以提高礦業對金屬的回收率，而且具有明顯的環境和社會效益。

由於銅資源日益枯竭，原礦品位越來越低，採用常規採選冶工藝提銅 回收率低，成本高，因此濕法煉銅技術在近十幾年得到了較快的發展。 許多國家採用浸出/萃取/電積工藝來回收低品位礦、尾礦、廢石堆中的銅 。 廢石堆中銅的浸出常用稀硫酸溶液作浸出劑。銅的浸出率除與礦石性質、浸出劑性質有關外，還與礦堆的滲透性、透氣性密切相關。

基本介紹

• 中文名：廢石堆浸出
• 外文名：dump leaching
• 特點：提高礦業對金屬的回收率
• 影響因素：礦堆的滲透性、透氣性
• 布液方法：噴灑法、灌溉法及垂直管法
• 氧化：氧化鐵硫桿菌

簡介

用露天方法開採銅礦床時，得到大量低品位廢石（有的情況下達250000噸/日）。實踐證明，從這種廢石堆里浸出銅是有利的。因此銅礦廢石堆的浸出日益顯得重要。把覆蓋岩石或廢石（塊度從巨型岩塊到細粉不等）以最便宜的方式卸在有斜坡的場地上。將浸出用的溶液（沉澱槽尾液和補給水的混合物）用各種方法加到廢石堆頂部（其用量可達45米³/分)，以浸出其中的銅。從廢石堆流出的溶液則送到沉澱裝置，進行銅的回收。

控制因素

為了控制廢石堆流出液的含銅量（通常為1~2克/升），可以直接或間接地控制下列各因素：作業循環（濕潤和乾燥的交替周期）、加給廢石堆的溶液量、pH值、Fe²⁺和Fe³⁺含量或氧化還原電位、含氧量、細菌及其所需的養料，還有溫度。

銅的氧化礦物的溶解似乎主要取決於酸的濃度。銅的硫化礦物需要有氧才能發生溶解作用，而這是靠氧、三價鐵和細菌三者的綜合作用來實現的。黃鐵礦的氧化、Fe²⁺的氧化成Fe³⁺，以及Fe³⁺的水解作用在浸出中也有一定重要性。脈石中如有碳酸鹽類礦物是不利的。

影響溶液透入大塊岩石的物理因素也很重要。一個廢石堆的浸出往往要延續多年。通常用鐵將銅從溶液中置換出來。為此，一般使用廢鐵罐頭，但使用海綿鐵的也逐漸增多。每回收一公斤銅的耗鐵量為1~4公斤。用溶劑萃取法使浸出液中的銅預先濃縮然後進行電解也可能成為一個有用的方法。能否將廢石堆浸出法套用於銅以外的其他金屬，決定於能否找到從溶液中回收該種金屬的經濟的方法。

廢石堆的設定

廢石堆應根據當地的地形來設定，它的位置的選擇應保證地表具有不滲透性，並可利用山脊和山谷的自然坡度來收集浸出富液。

在美國亞利桑那、內華達、新墨西哥及猶他各州的許多浸出場，都有如此設定廢石堆的實例。

浸出溶液

大多數均循環利用置換作業的尾液，並補加水和濃硫酸作為浸出溶液。補加水是為了彌補浸出時因蒸發或滲漏而引起的損失。添加硫酸的目的在於降低浸出溶液的pH值，一般使其達到1.5~3.0，保持這一pH值的原因有三個。

1、保持溶解銅礦物的適宜酸度；

2、防止菌類在廢石堆中死亡；

3、儘量減少鐵及其他金屬在管道內、廢石堆表面或廢石堆內水解及沉澱。

往浸出溶液中補加的水源，可以是井水、泉水、地下礦井水或河水。有時也可以使用附近河流的污水，但是污水中的有機物可能有害於細菌的活動，因此在許多溶液浸出的流程中未予利用。

布液的方法

把浸出溶液引入廢石堆的方法，有噴灑法、灌溉法及垂直管法。對於具體的浸出作業選用何種方法，應根據當地氣候條件、廢石堆高度和表面積、礦物組成、操作周期及浸出物料的粒度，加以仔細的考慮和研究來決定。

1、噴灑法

將浸出溶液淋灑於廢石堆表面。優點是浸出液在廢石堆表面分布均勻，缺點是蒸發損失大，在乾旱地區的損失量可達60%。最通用的噴灑法是利用多孔塑膠管。如美國內華達州安納康達公司的威德—海茨礦。

2、灌溉法

用推土機或挖溝機在廢石堆表面上挖掘溝、槽、渠或淺塘，然後用灌溉法或淺塘法將浸出溶液分布於廢石堆表面，如美國冶煉精煉公司的銀鈴礦就採用此種布液方法。

3、垂直管法

浸出溶液通過多孔塑膠管流入廢石堆內部。在30米間距管的交點上用鋼繩衝擊式鑽機打直徑15厘米的鑽孔，並在約占廢石堆高度三分之二的深度上加套管。鑽孔間距由30x30米至15~7.5米管網不等。浸出溶液由較高處的貯池流入廢石堆區。沿管網線挖有溝槽，使溶液能沿溝流入塑膠管端而進入鑽孔。此法促進浸出溶液和空氣在廢右堆內的充分分布。

其他礦物的溶解

除銅礦物外，還必須考慮廢石堆里存任的並影響整個浸出過程的某些其他礦物。

硫化鐵

各種硫化鐵礦物（黃鐵礦、白鐵礦、磁黃鐵礦）在氧化條件下的表現和反應能力都不相同。一般認為磁黃鐵礦反應最強，黃鐵礦最弱，但這裡只討論黃鐵礦，因為它是廢石堆里最常見的硫化鐵類。在雷奧廷托礦中，銅就是從塊狀黃鐵礦里浸出的。

一般說來，廢石堆里有適量的黃鐵礦是有益的，因為它能產生硫酸，這對保持低pH有重要作用。它還提供Fe³⁺的來源。伹大量黃鐵礦就比較不利，因為它產生過多的Fe³⁺，從而增加沉澱費用。用氧進行氧化產生硫酸亞鐵和硫酸，可以得到低於1的pH值。在室溫下反應速度相當慢，但在100℃以上快得多。用硫酸鐵進行氧化的速度比用氧決。隨溫度的增高，反應速度加快。

也可以用細菌直接氧化，拜聶爾等人研究了細菌對黃鐵礦的氧化作用的某些問題，並得出結論，需要有鐵氧化細菌（例如氧化鐵硫桿菌）存在，這些細菌最適宜的條件和硫化銅類的細菌氧化作用的條件一樣。有些有機物（例如苯）抑制細菌對黃鐵礦的氧化作用。硫酸銨和尿素是細菌生長和黃鐵礦氧化的最好氮源。

在廢石堆里，三種氧化方法大概都重要，同硫化銅的情況一樣，其相對重要性決定於廢石堆里的具體條件。

碳酸鹽類

廢石堆里可能有方解石或其他碳酸鹽類脈石如白雲石或菱鐵礦，它們能和游離酸起反應。方解石的反應如下：

CaCO₃+H₂SO₄→CaSO₄+H₂O+CO₂

這類反應不利於廢石堆浸出，因為方解石或其他碳酸鹽能中和廢石堆里產生的或外加的游離酸，從而提高pH。這阻礙了酸對銅的氧化礦物直接侵蝕，造成不利於細菌活動的環境，促使鐵鹽水解和沉澱，從而降低了溶液的溶解能力。上述反應是有自動抑制性的，因為它在礦物表面形成難溶的硫酸鈣和沉澱的鐵鹽。儘管如此，如果廢石堆里的方解石含量超過百分之幾，就會使酸浸成為不可行的。