铜矿石制备硫酸铜工艺经济分析□王惠景 孙家寿 一、硫酸铜生产现状
一、硫酸铜生产现状 硫酸铜是最重要的铜化合物，许多其他的铜化合物都是由它生产出来的。它还作
硫酸铜是最重要的铜化合物，许多其他的铜化合物都是由它生产出来的。它还作为杀虫剂、杀菌剂和除草剂广泛用于农业；作为动植物必要的营养元素添加到肥料、饲料中。它还用作矿物处理、水处理和污水处理用试剂以及木材防腐剂。在世界上，每年消耗于铜化合物的铜大约为５万吨。美国大约有６个硫酸铜生产厂，估计每年消耗铜８５００吨。澳大利亚布里斯班市的阿德拉依德化学公司拥有约２万吨／年的硫酸铜生产能力。据调查，我国约有硫酸铜生产厂家２０家，但大都规模较小，且多采用废紫铜、铜精粉为原料。由于我国铜资源短缺，还要靠进口精矿、粗铜和精炼铜来满足日益增长的工业需要，因此，充分利用低品位矿石生产高纯度硫酸铜，就显得尤为重要了。 二、生产硫酸铜的方法
二、生产硫酸铜的方法 １．生产方法分类含铜的矿物大约有２５０种，但具有经济价值的只有天然铜、
１．生产方法分类含铜的矿物大约有２５０种，但具有经济价值的只有天然铜、黄铜矿、方黄铜矿、砷黝铜矿、硫砷铜矿、赤铜矿、孔雀石，胆矾、青铜矿、硅孔雀石及辉铜矿、铜蓝、斑铜矿等十几种。利用上述铜矿石生产硫酸铜，因其物相体系不同，采用的工艺条件也不同。一般而言，上述矿石按其地质形成、化学性质及工艺性质可分为四大类：自然铜，属稀酸难溶铜；原生硫化铜矿（黄铜矿、方黄铜矿、砷黝铜矿、硫砷铜矿），属稀酸不溶铜；次生硫化铜矿（辉铜矿、斑铜矿、铜蓝、黝铜矿），亦属稀酸不溶铜；氧化铜矿，属稀酸易溶铜。利用稀酸不溶铜类矿石制取硫酸铜，一般是采取硫酸化和氧化焙烧，将不溶铜转变为水溶性硫酸铜和稀酸易溶的氧化铜。而用稀酸易溶铜类矿石制取硫酸铜，则是经酸浸、铁粉置换得到粗铜后入炉氧化焙烧，使之转变成氧化铜，然后再经酸浸、除杂、蒸发、结晶而得硫酸铜。还有一些方法是在上述方法的基础上经过改良的催化氧化溶解法。 ２．用硫化铜矿制硫酸铜
２．用硫化铜矿制硫酸铜 国外有人研究了硫酸化焙烧温度与ＣｕＳＯ４转化率的关系后提出，为达到最大
国外有人研究了硫酸化焙烧温度与ＣｕＳＯ４转化率的关系后提出，为达到最大的铜转化率，最佳焙烧温度应为５５０℃。但后处理则采用了设备较复杂、成本较高、易污染环境而不易实现的萃取除杂方法。为了克服这些缺点，我国有关专家提出，欲获得最大的铜浸出率和较低的铁浸出率，最佳焙烧温度应为５８０℃。这时，铜的总回收率可达８３．１１％以上，而铁的浸出率则仅为９．８％。浸液进一步除铁后，可得到较理想的胆矾产品。 ３．用氧化铜矿制硫酸铜
３．用氧化铜矿制硫酸铜 氧化铜矿是游离和结合氧化铜矿的总称。游离铜易于浸出，是湿法冶铜制硫酸铜
氧化铜矿是游离和结合氧化铜矿的总称。游离铜易于浸出，是湿法冶铜制硫酸铜的主要原料；结合铜则在目前的技术条件下，用湿法冶铜制硫酸铜还很不经济。因此，在用氧化铜矿制硫酸铜时，查明铜的赋存状态及伴生脉石矿物是很重要的。根据氧化铜矿的物相类别，制硫酸铜的方法可归纳为酸法浸出和氨浸法两大类。 酸法浸出：酸法浸出是矿物原料化学处理中最常用的方法之一。稀硫酸是铜矿物
酸法浸出：酸法浸出是矿物原料化学处理中最常用的方法之一。稀硫酸是铜矿物原料的重要浸出试剂。浸出时，除铜进入浸液外，矿石中所含有的铁、钙、镁等亦同时溶入浸液。根据从浸液中除去铁等杂质方法的不同，此法又可分为：海绵铜法、氧化除铁法和碱式硫酸铜法３种。海绵铜法系将浸出液中的铜置换成海绵铜，净化后的粗铜进行氧化焙烧，焙砂再经酸溶、除杂、蒸发、冷却、结晶而得硫酸铜；氧化除铁法是直接将浸出液氧化、除铁，滤液蒸发、烘干再重结晶除杂；碱式硫酸铜法是将浸液分离铁、铝后，让铜水分解成碱式硫酸铜沉淀而与镁等杂质分离，富集的铜经酸溶、蒸发、冷却结晶成硫酸铜。 氨浸法：氨水是金属铜的有效浸出剂，其浸出机理属于金属电化腐蚀过程。由于
氨浸法：氨水是金属铜的有效浸出剂，其浸出机理属于金属电化腐蚀过程。由于铜与氨形成稳定的可溶络合物，扩大了铜离子在溶液中的稳定区，降低了铜的氧化还原电位，使之较易转入溶液中。经过滤得到的铜氨络离子，经加热分解得到氧化铜（回收氨），再经酸溶制取硫酸铜。 ４．用混合铜矿制硫酸铜
４．用混合铜矿制硫酸铜 这里所说的混合铜矿，系指既含有硫化铜矿，又含有氧化铜矿的矿石。对此类混
这里所说的混合铜矿，系指既含有硫化铜矿，又含有氧化铜矿的矿石。对此类混合矿的综合利用，以前未见报道。近年来武汉化工学院对此进行了大量试验研究，提出了溶铜沉铁酸浸、化学浓缩结晶制硫酸铜的新工艺（简称ＡＤ－ＣＥＣ法）。该工艺在用硫酸浸出过程中添加溶铜沉铁剂，一步获得合格的硫酸铜溶液，浸出液加入添加剂进行化学浓缩，稍加蒸发，自然冷却结晶即可获得高纯度硫酸铜。该工艺技术的关键，一是采用溶铜沉铁剂直接酸浸获得合格的、铜铁比大于１００的硫酸铜浸出液，省去了繁杂的从浸出液中除铁除杂工序；二是在浸出液中加入添加剂进行化学浓缩代替蒸发浓缩，节省了大量能耗，并能进一步除杂。经工业试验表明，对低品位氧化铜矿的综合利用，具有投资省，铜提取率高，节能，对环境基本无影响等特点。产品质量达到或超过ＧＢ４３７－９３标准，其中５０％的硫酸铜达到ＧＢ７２４９－８７饲料级标准。该技术属国内首创。该项目研制的溶铜沉铁剂、化学浓缩添加剂，其原料易得，无腐蚀性，无毒无害，是生产硫酸铜的一种良好助剂。采用该工艺生产高纯度硫酸铜，与我国传统的老工艺相比较，生产成本降低２５％以上，综合能耗降低４５％以上，其中煤耗降低９０％左右。因此，该项目技术的研制成功，为综合利用国内同类低品位铜矿生产硫酸铜及其系列产品开辟了一条新途径，具有良好的经济效益和社会效益。 三、各种工艺经济比较
三、各种工艺经济比较 以硫化铜矿、废紫铜、氧化铜矿为原料生产硫酸铜的主要设备如表１所列。就主
以硫化铜矿、废紫铜、氧化铜矿为原料生产硫酸铜的主要设备如表１所列。就主要原料消耗定额而论，以硫化铜矿为原料，由于需焙烧和制酸的系统，难以和其他方法比较；而以废紫铜为原料，一是原料短缺，二是每吨硫酸铜需耗铜０．２６吨，若按铜价２．７万元／吨计，仅此一项，每吨硫酸铜就需成本７０００元左右，也难与其他方法比较。因此，表２中仅列出了用氧化铜矿制硫酸铜的海绵铜法和ＡＤ－ＣＥＣ法的主要原料消耗定额。通过表１和表２的比较，特别是利用氧化铜矿制硫酸铜的工艺经济比较，不难看出，武汉化工学院研究开发的ＡＤ－ＣＥＣ法更具有实用性。工业批量生产已证实该工艺是利用低品位混合矿生产高纯度硫酸铜的一条理想可行的新途径。按此工艺建一条年产１００００吨硫酸铜的生产线，投资约３８００万元，每年可新增产值７８００万元，年增利税１６３０万元。