摘要：随着科技的进步和经济的发展，国内外对铜产品的需求量越来越大。随着铜矿石开采品位逐年下降，难处理矿石逐渐增加以及二氧化硫对环境造成的污染越来越严重，国家每年都需要从国外进口大量的铜原料和铜制品，铜的供需矛盾十分突出。而湿法炼铜技术目前达到了相当的生产规模和很高的机械化、自动化水平，已经成为一种主要的炼铜方法，故对湿法炼铜方法进行总结对我国铜工业的可持续发展具有重要意义。
关键词：铜湿法冶金；现状；未来发展
自从湿法冶金技术研发以来，被广泛应用，在矿产资源的保护性开发以及利用等方面，起到了重要的作用。随着冶金行业的发展，节能减排以及环境保护的要求不断提高，对冶金技术的应用环保性和经济性等，有了更高的要求。这需要不断提升湿法冶金的环保水平，推动冶金行业持续发展。
1我国铜资源及生产简况
我国铜矿产资源相对缺乏，且品位低，质量差；大型矿少，中小型矿多；贫矿多，富矿少；复杂金属矿多，单一矿少；地下矿多，露天矿少，采选难度较大。由于原矿品位低，矿物组成复杂，因而选矿成本高。精矿品位普遍偏低，给后续冶炼造成一定难度。我国铜资源并不丰富，铜贮量虽然有6000多万吨，但贫矿多，富矿少，而且矿石品位偏低。在云南、四川、贵州、江西、西藏等省还有许多难选铜矿和含砷铜矿，铜贮量在几百万吨以上，这些难选矿和低品位铜资源采用常规的采、选、冶方法均不能进行有效回收，因此湿法炼铜技术在我国有广阔的市场前景，可以成为各铜矿山新的经济增长点。
2铜湿法冶金的原理及技术
铜的湿法冶金工艺的低投资费和低生产成本及相对简单的操作，而且可以在矿山附近直接生产阴极铜，使得该工艺有较大的经济吸引力。这促使其以取代传统的浮选后熔炼和电解精练的工艺。
2.1铜的湿法冶金原理
铜的湿法冶金工艺的基本过程如下图所示。
图1铜湿法冶金工艺简易流程
2.1.1硫化铜矿石的浸出原理
对于硫化铜矿石，生物氧化浸铜是目前研究最多、发展最快、前景最好的技术之一。目前用于生物浸出的微生物主要是氧化亚铁硫杆菌和氧化硫硫杆菌。它们可在35℃以下的高酸及重金属浓度较高的极端环境中生存。细菌氧化浸出的机理一般认为有两种：细菌吸附到矿物表面直接与矿物发生作用使矿物溶解的直接作用机理；矿物溶解释放出的Fe2+在溶液中被细菌氧化成Fe3+，Fe3+作为氧化剂氧化硫化矿的间接作用或化学作用机理。
（1）黄铜矿、斑铜矿的细菌浸出反应：在细菌存在条件下直接与Fe（SO）发生如下反应：
CuFeS2+2Fe2（SO4）3→CuSO4+5FeSO4+2S
4CuFeS2+2Fe2（SO4）3+11O2→4CuSO4+6FeSO4+2FeO
其中，FeSO4与FeO在酸与细菌作用下又转化为Fe2（SO4）3并继续反应。
（2）硫砷铜矿的细菌浸出：在H2O、O2存在条件下，在氧化亚铁硫杆菌、氧化硫硫杆菌及复合细菌作用下，硫砷铜矿发生直接浸出反应：
4CuAsS+6H2O+13O2→4H3AsO4+4CuSO4
（3）辉铜矿的细菌浸出：辉铜矿在酸性及Fe3+存在的条件下，可以被氧化成FeSO和S：
Cu2S+2Fe2（SO4）3→2CuSO4+4FeSO4+S
所生成的FeSO4和S再由细菌氧化成Fe2（SO4）3和H2SO4如此反应循环进行。在细菌作用下，辉铜矿也可被氧气氧化而溶解：
2Cu2S+5O2+2H2SO4→4CuSO4+2H2O
辉铜矿的浸出被认为是以Fe3+间接氧化作用为主，细菌是浸出反应的间接氧化剂。
（4）铜蓝的细菌浸出：由于浸出环境中没有Fe3+及其它氧化剂，所以浸出作用只能是由细菌引起，在浸出期间酸耗等于零，其反应为：
CuS+2O2→CuSO4
细菌浸出在矿物表面发生，浸出后矿物表面的化学组成未发生变化，说明浸出中没有转化为其它硫化物的中间过程，也没有产生元素S。
2.1.2氧化铜矿石的浸出原理
常见的氧化铜矿物主要是孔雀石、硅孔雀石、赤铜矿、自然铜，浸出剂为H2SO4和Fe2（SO4）3。浸出过程发生的化学反应为：
赤铜矿CuO+2H+→Cu2++Cu+H2O
蓝铜矿Cu（OH）2·CuCO3+2H2SO4→2CuSO4+CO2+3H2O
孔雀石Cu2（OH）2CO3+2H2SO4→2CuSO4+CO2+3H2O
硅孔雀石CuSiO3·nH2O+H2SO4→CuSO4+SiO2+（n+1）H2O
2.2铜湿法冶金技术分析
据相关统计显示，我国现拥有的有色金属资源，其中70%为低品位。比如铜，有色金属铜70%以上都需要进口，当前拥有的铜资源，大约2/3是低品位铜矿。随着尾矿利用问题的日益突出，带动着铜尾矿微生物冶金技术的深度研究，意在解决低品位铜尾矿利用率低下的问题。铜湿法冶金的原理为浸出-萃取-电积，关于硫化铜矿石，目前研究最多并且发展最快的技术，为生物氧化浸铜。在实际应用中，用于生物浸出的微生物，具体包括氧化亚铁硫杆菌以及氧化硫杆菌。能够在35℃以下的高酸以及重金属浓度比较高的极端环境中生存。从机理角度来说，细菌氧化浸出主要是通过细菌吸附到矿物表面，进而和矿物发生作用，使得矿物能够溶解。
从技术应用角度来说，生物菌浸出具有较强的技术优势，比如无污染和操作简单等。最新的微生物浸出工艺，在实际应用中，向尾矿中，加入一定的微生物细菌、硫酸亚铁等，提高铜的浸出率。
照比常规的浮选法，微生物浸出工艺的应用，采用的是原位浸出法，不需要重新搬运尾矿石，而且也不需要破碎以及选矿，只需要在堆放原地，进行生物细菌溶液的喷淋，优化了工艺流程，减少了生产成本，促使矿石能够大量浸出。在铜湿法冶金技术中，生物浸出作为新兴技术，具有极大的发展潜力，以及技术优势。
3铜湿法冶金技术的发展方向展望
基于节能环保要求，对铜湿法冶金技术，有着较高的要求，推动着技术的创新和完善。在此推动下，铜湿法冶金技术将会朝向以下方面发展：
3.1电积工艺
从电积工艺的发展角度来说，必须要不断减少电能消耗，进一步提高电能效率，进而达到持续发展的要求。除此之外，要在不断增加的电流密度下生产出纯度很高的阴极铜，进而减少工程投资。从生产实际来说，使用新型阴极材料，可以降低铜电能消耗。在2011年，非铅阳极的应用取得了突破性进展，实现了工业化应用。从美国亚利桑那州以及智利的部分电积车间应用实际来说，获得了不错的成效。使用的非铅阳极，是在金属钛基上，涂上了一层贵金属氧化物，比如二氧化铱，实现了其性能。因为非铅阳极不含有金属铅，进而不涉及阴极铜铅元素超标的问题。在实际应用中，不会产生阳极泥，因此不需要定期进行电解槽的清理，减少了运行维护成本。
经济性是技术研发的重要方向，通过提高技术水平，进而降低生产成本。为制造成本更低的铜电积阴极材料，要积极寻找其他金属材料。从现有的材料来说，304不锈钢以及LDC双相钢具有成本低的优势，而且电积中能够获得不错的性能表现，比如导电性以及可焊性，可有效避免出现导电棒脱离问题。
3.2浸出工艺
从当前应用的浸出工艺来说，使用的对浸工艺，虽然技术简单而且成本低，但是难以适应不断扩大的生产需求。因此，要进行工艺优化。对于堆浸效率的优化，要注重加大对破碎粒径的优化研究，以及酸的用量以及制粒技术等。应用对浸技术，通过堆浸建模，最大程度上堆浸性能。在实际应用中，通过优化操作以及环境参数，提高通的浸出率以及回收率。
4结语
综上所述，当前我国的铜湿法冶金技术水平不断提升，和国际铜湿法冶金工艺的差距逐渐缩短。随着铜生产的环保要求和节能减耗要求的提升，带动着铜湿法冶金技术的发展。未来，浸出工艺和电积工艺水平将会不断提升，为技术的应用提供保障。
参考文献：
[1]杨习威，张吉明，孙宇辉.分析铜湿法冶金现状及未来发展方向[J].世界有色金属，2018，510（18）：28+30.
[2]崔斐.铜湿法冶金工艺的应用[J].科技创新导报，2017（29）：102-102.
论文作者:华建彬
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：湿法论文; 细菌论文; 铜矿论文; 工艺论文; 技术论文; 矿物论文; 辉铜矿论文; 《基层建设》2019年第14期论文;