硫砷銅礦

硫砷銅礦是砷礦的主要礦物組分之一。含銅48.42%、砷19.02%，常有少量Sb，Zn，Fe及微量Ge、Ga、V、Sn、Te、Pt等。斜方晶系，晶體呈柱狀、板狀，集合體呈粒狀或柱粒狀。鋼灰色、灰黑色或黃黑色。弱金屬光澤。硬度3.5，密度4.3～4.5g/cm。溶於王水。在光片上，王水作用染為褐色。氰化鉀作用後變黑，硫化氨作用形成淺褐色的青色，硝酸、濃鹽酸、三氯化鐵，氫氧化鉀均不起作用。

基本介紹

• 中文名：硫砷銅礦
• 顏色：鋼灰色、灰黑色或黃黑色
• 光澤：弱金屬光澤
• 晶系：斜方晶系
• 硬度：3.5
• 礦物密度：4.3～4.5g/cm

簡介

硫砷銅礦分子式：Cu₃AsS₄。硫砷銅礦是銅和砷的硫化物，屬硫鹽礦物，可成為重要的銅礦石。硫砷銅礦比較重，具有金屬光澤，灰色晶體和塊體。是中溫熱液銅礦床的特徵礦物，與黃銅礦、黃鐵礦等共生。可作為製取砷和銅的原料。

主要產地為：秘魯的摩洛科洽（Morococha）、基魯必加（Quiruvilca）、佩斯科山（Cerro de Pasco）、智利、阿根廷、菲律賓的呂宋島、美國等。硫砷銅礦也為台灣金瓜石產銅之主要礦石。福建上杭縣紫金山金銅礦區有硫砷銅礦。此外在遼寧省和安徽省銅礦床中。也有硫砷銅礦的報導。

硫砷銅礦為銅礦的一種，也可以作為氧化砷的來源。 硫砷銅礦經過提煉電解生成銅，富有延展性，高電傳導率，用於製造電線發電機，電器用品和鑄造貨幣等。

硫砷銅礦浸出技術

隨著高品位、易處理銅礦資源的日益枯竭，低品位難處理銅礦資源特別是含砷硫化礦的開發越來越受到重視。如果採用傳統的火法冶煉工藝或火法和化學浸出相結合的工藝處理此類銅礦，將產生大量的廢氣、廢水，若不進行處理將會帶來一系列的環保、安全問題。生物濕法浸出技術以其成本低、污染小、操作簡單等優點受到青睞，特別適合低品位難處理礦石。低品位銅礦的“生物浸出—萃取—電積工藝”已經在智利的Colorado、Quabrada　Blanca、Escondida、Zaldiver，中國的紫金山銅礦、德興銅礦等礦區得到成功套用。隨著全球環境要求日趨苛刻，立法日趨完善，勢必對銅精礦中砷含量提出更高的要求，相應處理成本也將越來越高。因此，開展含砷銅礦綜合利用技術研究，無論從擴大資源儲量範圍，還是從提高選冶經濟效益、環境保護等方面，都具有十分重要的意義。

硫砷銅礦是典型的含砷硫化銅礦，既含有價金屬銅，又含有害元素砷。硫砷銅礦的化學性質穩定，在有效回收銅的同時又能減少有害元素砷對環境的污染是此類礦產資源研究的主要內容。

硫砷銅礦的穩定性

硫砷銅礦是銅與砷的硫化物，屬硫鹽礦物，是重要的銅礦石，同時也是製取砷的原料。硫砷銅礦的化學性質穩定，在自然條件下的氧化速率比砷黝銅礦、黃銅礦等難氧化的硫化礦還要慢，因此，Watling把硫砷銅礦和黃銅礦一起歸為最難處理的硫化礦物。硫砷銅礦在不添加氧化劑的空氣中幾乎不能氧化，因為靜置在空氣中的硫砷銅礦表面會形成一層含氧化合物和多硫化合物的鈍化膜，進而影響其進一步的氧化分解。在水溶液中，硫砷銅礦的氧化速度也很慢，Fantauzzi與Musu證實了硫砷銅礦浸沒在水中24h後表面沒有發生任何變化，Elsener等模擬無菌酸性礦坑水環境下硫砷銅礦的溶解，僅發現只有微量的銅溶解。

化學浸出

鑒於硫砷銅礦的性質，通常採用化學浸出技術從硫砷銅礦中回收有價金屬，主要分為酸性條件和鹼性條件下的浸出。

酸性條件下的浸出

硫砷銅礦在酸性介質中不太穩定，但化學反應的速度非常慢，只有在強氧化劑（如Fe³⁺、Cl₂、雙氧水）存在的條件下才可能發生有意義的氧化溶解。在含鐵離子的酸性介質中，銅一般會優先溶解出來，在硫砷銅礦表面形成一層缺銅的硫化物層，鈍化了硫砷銅礦的進一步氧化溶解。

Dutrizac和MacDonald在硫酸鐵/硫酸溶液體系中浸出天然的硫砷銅礦和人造的硫砷銅礦，硫砷銅礦溶解速率為10^－6～10^－7mol/（m²·s），反應速率與Fe³⁺ 濃度強相關（相關係數0．55），與H+ 濃度弱相關，認為該反應為表面控制反應，活化能為55．6kJ/mol，這與Padilla等研究結果相似；同時還發現，浸出過程中有單質硫產生，其中一半被氧化為硫酸根，另一半可能在表面形成一層鈍化硫膜。

硫砷銅礦在酸性溶液中浸泡後表面有一層厚度1nm的多硫層，這個多硫層非常穩定，成為控制溶解反應的動力學決定性因素。研究了Cl₂/HCl酸性體系下硫砷銅礦的浸出，發現其浸出動力學呈現兩個不同的階段：初始快速溶解階段，銅呈線性溶出，同時表面產生了含硫的鈍化層，大大降低了第二階段的反應速度；第二階段呈非線性慢速溶解。在含硫酸的酸性介質條件下，Ag₂SO₄和HgSO₄可以催化硫砷銅礦的浸出，銅的浸出率可從8%分別提高至94%和45%。

鹼性條件下的浸出

與酸性溶液反應體系相比，在鹼性溶液中硫砷銅礦的氧化浸出速度較快，但是在浸出過程中，其表面也會形成一層不影響氧化溶解的多孔狀含銅氧化膜，可能產生CuO、Cu₂S、AsO4^2－、氫氧化物等產物。第一次利用電化學的方法系統地研究天然硫砷銅礦在鹼性介質中的氧化過程，提出電極表面發生兩步反應：第一步產生表面產物，第二步產生可溶物。

總結與展望

硫砷銅礦對選冶生產系統具有重要的影響，其化學性質穩定，在自然環境中氧化速度慢，傳統浸出工藝溶出速率慢，浸出過程砷形態及穩定性不明。

生物浸出工藝由於其工藝簡單、成本低等優勢而被套用於硫砷銅礦的浸出研究中。中、低溫細菌浸出硫砷銅礦較難取得理想的效果，而高溫菌在提高銅浸出率的同時，使有害元素砷以沉澱形式固定在浸出渣中，將是硫砷銅礦有效浸出和去除砷害的清潔途徑。今後需加強耐砷基因工程菌的選育和馴化，提高細菌浸出效率，縮短浸出周期；進一步加強硫砷銅礦細菌浸出機理和氧化鈍化膜方面的研究，找出浸出限速步驟和表面鈍化的原因。同時，加強極端條件下硫砷銅礦浸出研究，將電化學和微波技術套用於浸礦時礦物表面形態變化的研究中。