用于快速浸出黄铜矿的方法技术

公开了一种在金属硫化物的常压或高于常压的浸出期间改善浸出动力学和回收的方法。还公开了用于实施前述方法的系统。还公开了用于实施前述方法的装置。进一步公开了通过前述方法形成并可用于所述系统和装置的新物质组合物。新的物质组合物可表现出改善的浸出动力学，并且可在半导体领域中具有一些用途，包括在光伏材料中的应用。

A method for the rapid leaching of Chalcopyrite

A method of improving leaching kinetics and recovery during the leaching of metal sulfides at normal pressure or higher than normal pressure is disclosed. A system for the implementation of the aforementioned method is also disclosed. A device for the implementation of the aforementioned method is also disclosed. A further disclosure of a new material composition that is formed by the aforementioned method and can be used for the systems and devices described. The new material composition can show improved leaching kinetics and can be used in the field of semiconductors, including applications in photovoltaic materials.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于快速浸出黄铜矿的方法相关申请的交叉引用本国际申请要求以下申请的优先权和权益：于2014年12月19日提交的题为“用于快速浸出黄铜矿的方法(METHODSFORRAPIDLYLEACHINGCHALCOPYRITE)”的第62/094,895号美国临时专利申请；于2015年1月9日提交的题为“具有增加的电化学反应性的活化的黄铜矿纳米复合材料组合物及其相关方法(ACTIVATEDCHALCOPYRITENANOCOMPOSITECOMPOSITIONSHAVINGINCREASEDELECTROCHEMICALREACTIVITYANDASSOCIATEDMETHODSTHEREOF)”的第62/101,932号美国临时专利申请；于2015年4月1日提交的题为“具有增加的电化学反应性的活化的黄铜矿纳米复合材料组合物及其相关方法(ACTIVATEDCHALCOPYRITENANOCOMPOSITECOMPOSITIONSHAVINGINCREASEDELECTROCHEMICALREACTIVITYANDASSOCIATEDMETHODSTHEREOF)”的第62/141,741号美国临时专利申请；于2015年5月1日提交的题为“快速氧化浸出过程和其装置(RAPIDOXIDATIVELEACHPROCESSANDAPPARATUSTHEREOF)”的第62/156,165号美国临时专利申请；以及于2015年7月21日提交的题为“使用机械-化学加工和化学活化处理黄铜矿的快速氧化浸出过程(RAPIDOXIDATIVELEACHPROCESSUSINGMECHANO-CHEMICALPROCESSINGANDCHEMICALACTIVATIONFORTREATINGCHALCOPYRITE)”的第62/195,204号美国临时专利申请。本申请还涉及以下申请：于2015年12月16日提交的共同未决的国际专利申请第PCT/US2015/066003号、于2015年9月14日提交的第PCT/US2015/050045号、于2014年11月20日提交的第PCT/US2015/061761号和于2014年11月20日提交的第PCT/US2015/062000号。所有这些前述申请的内容通过引用整体并入本文用于任何和所有目的，如同在此完全阐述一样。
本专利技术的实施方式涉及用于改善从金属硫化物矿石提取有价金属的设备和方法。根据一些实施方式，所述方法可以包括仅氧化浸出。根据一些实施方式，所述方法可以包括在氧化浸出之前(即，在还原条件下)对金属硫化物的还原预处理，以形成具有增强的电化学反应性的独特组合物。
技术介绍
含金属硫化物矿石的加工和提纯涉及各种单元操作，包括，但不限于预浸出压碎、预浸出研磨和预浸出泡沫浮选。在预浸出泡沫浮选过程中，使用表面活性试剂选择性地改变硫化物矿物表面的润湿特性，以促进其从脉石矿物的分离。表面活性剂改性的颗粒由于其从矿物浆料中选择性地分配到收集的泡沫中而被分离和回收。各种类型的泡沫浮选试剂通常用于矿物分离，包括浮选促集剂、起泡剂、活化剂和抑制剂。当含有矿物的浆料充气时，表面改性的颗粒具有附着到气泡的倾向，并且通过浮力上升以产生矿化的泡沫，其被集中在搅拌的矿物浆料的表面上方。将该泡沫作为精矿收集，然后将其氧化浸出。在硫化铜精矿的湿法冶金加工中，铜精矿通常被分散在酸性硫酸铁浸出液中以引起矿物颗粒中所含的铜的溶解。浸出过程产生浸出母液(PLS)，然后通过溶剂萃取(SX)过程处理浸出母液(PLS)以分离和回收溶解的铜。SX过程之后为电解沉积，以产生高纯度铜阴极。在一些现有技术的浸出过程中(参见，例如，U.S.5,993,635)，浮选精矿最初经历超细研磨，然后直接在常压条件下进行氧化浸出。在这些方法中，铜在低于水的沸点的温度下从含铜矿物中溶解。尽管由于放热化学反应，可能存在局部的、瞬态加热至100℃或稍微高出的温度，但由于系统处于常压压力，浆料温度在很大程度上受到限制。通常使用氧化剂，诸如铁离子，来促进来自含铜硫化物矿物的铜溶解反应。在该化学反应进程中，氧化剂(即，铁离子)从三价铁氧化态还原至亚铁氧化态。为了继续该过程直到从矿物颗粒中回收大部分铜，将氧气或空气喷入搅拌反应器，以将生成的亚铁离子持续氧化返回至+3氧化态。在黄铜矿溶解的情况下，铁离子被认为经由以下化学计量来促进铜的浸出：CuFeS2+4Fe3+＝Cu2++5Fe2++2So同时再生三价铁氧化剂和维持电中性被认为是经由以下反应进行的：4Fe2++O2+4H+＝4Fe3++2H2O因此，在黄铜矿的电化学浸出期间酸被消耗。铁离子充当氧化剂的类似反应已知用于浸出各种金属硫化物的浸出，包括铜、锌、铁、锰、镍、钴等。在常压浸出过程的进程期间，由于采用的温度和氧气压力，产生了结晶的元素硫(So)作为反应产物。因为所涉及的温度低于元素硫的熔融温度，所以硫在被浸出的含铜矿物颗粒的表面上主要表现为结晶相。在浸出过程的初始阶段中，由于疏水性硫和残留的浮选试剂的存在，含铜矿物颗粒的表面是两亲性的。随着浸出过程的进行，元素硫的积累使含铜颗粒逐渐变得更加疏水。在浸出过程的早期阶段，细粒度和颗粒表面的两亲性质的组合导致稳定的泡沫的形成。在浸出过程的后期阶段，在这些颗粒上的累积的元素硫可以充当物理屏障，并且同时促进颗粒-颗粒附聚，从而抑制(即，钝化)从矿物颗粒的继续铜溶解。附图说明为补充正在进行的描述，并且为了帮助更好地理解本专利技术的特征之目的，说明新的物质组合物的非限制性、优选实施方式的一组附图被附于本说明书作为其组成部分，其中以说明和非限制特性描绘了以下内容。图1示出了包含黄铜矿和非化学计量的、贫铁的硫化铜物种的新型纳米复合材料组合物的TEM图像。该新型纳米复合材料组合物可以通过还原预处理含有黄铜矿的颗粒来形成。该新型纳米复合材料组合物可以被浸出(例如，在氧化条件下)或者可以在半导体领域内具有进一步的应用。图2示出了在黄铜矿的活化期间溶解的铜和铁随时间的演变过程。虽然铜的吸收速度非常快，但是来自固体的铁释放甚至在所有铜被吸收之后仍然持续。与现有技术的教导相反(其中在黄铜矿的Cu复分解过程中铜置换铁以1:1的摩尔比发生)，本专利技术中释放的铁的量大于吸收的铜的量。这表明形成了非化学计量的、贫铁的富铜相。此外，铁的持续释放是活化能态内晶格重排的指示。图3示出了说明本专利技术的一个方面的工艺流程图，其中通过第一氧化浸出阶段生成用于活化反应的铜。通过使pH升高到大约1.8的pH，系统相对于溶解的Cu2+变得劫金(preg-robbing)，从而在固/液分离操作期间使任何未浸出的CuFeS2颗粒发生活化。然后将活化的CuFeS2颗粒在随后的浸出阶段中进行氧化浸出至完成。图4是说明经由Cu复分解粒度对黄铜矿活化的影响的示意图，其中x轴表示与颗粒中心0处的距离。如图所示，扩散前沿可能引入晶格应变和/或点缺陷。在下文中，将结合示例性实施方式参考附图来更详细地描述本专利技术。
技术实现思路
公开了一种改善自金属硫化物的浸出动力学或金属回收的方法。在一些实施方式中，该方法包括活化步骤，其中根据下式将金属硫化物中的铁置换为铜：CuaFebSc+xCu2+→Cua+xFeb-(x+w)Sc-w+(x+w本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改善来自金属硫化物的浸出动力学或金属回收的方法，包括活化步骤，其中金属硫化物中的铁根据下式置换为铜：CuaFebSc+xCu

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 US 62/094,895;2015.01.09 US 62/101,932;1.一种改善来自金属硫化物的浸出动力学或金属回收的方法，包括活化步骤，其中金属硫化物中的铁根据下式置换为铜：CuaFebSc+xCu2+→Cua+xFeb-(x+w)Sc-w+(x+w)Fe2+其中“a”基本上等于1，“b”基本上等于1，“c”基本上等于2，且“x”基本上等于或小于0.10。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括在活化步骤期间从金属硫化物形成活化的金属硫化物产物。3.根据权利要求2所述的方法，其中金属硫化物向活化的金属硫化物产物转化的程度通过(x/a)比计算。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中金属硫化物包括黄铜矿，并且其中“c”基本上等于“a”的两倍(2a)以及“c”基本上等于“b”的两倍(2b)。5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中活化步骤包括复分解反应，其中吸收每摩尔的铜所释放的铁的摩尔比等于或大于1。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其中金属硫化物包括黄铜矿，且置换期间由黄铜矿释放的铁的摩尔量超过由黄铜矿吸收的铜的摩尔量。7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中活化步骤包括通过产生阴离子来维持电荷中性，以平衡释放的铁的量(“W”)，其中阴离子是通过在金属硫化物晶格内氧化硫化物原子产生。8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中活化的金属硫化物产物缺乏硫化物以及铁，并且与黄铜矿和铜蓝的晶胞结构不同。9.根据权利要求2-8中任一项所述的方法，其中活化产物包括在黄铜矿和铜蓝之间过渡的中间相。10.根据权利要求2-9中任一项所述的方法，还包括在常压压力下氧化浸出活化的金属硫化物产物。11.根据权利要求2-10中任一项所述的方法，还包括在高于常压压力的压力下氧化浸出活化的金属硫化物产物。12.一种活化含有黄铜矿的材料的方法，包括在还原条件下用硫酸铜处理材料的步骤，所述在还原条件下用硫酸铜处理材料的步骤可操作地用于根据以下反应的化学计量至少部分地将一部分材料转化为非化学计量的、贫铁的硫化铜种类：(CuFeS2)n·3{Cu+Fe3+(S2-)2}+3Cu2+＝3Fe2+CuFeS2)n·2{(Cu+)3(S22-)(S●-)}其中“n+3”是黄铜矿颗粒中晶胞的总数，其中“·”表示电子空穴。13.根据权利要求12所述的方法，其中在还原条件下用硫酸铜处理材料在氯化物的存在下进行。14.根据权利要求12所述的方法，其中在还原条件下用硫酸铜处理材料在氯化物不存在下进行。15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其中在还原条件下用硫酸铜处理材料包括扩散控制的固态反应过程。16.经由根据权利要求1-15中任一项所述的方法形成的物质组合物，其包含非化学计量的、贫铁的硫化铜材料，其呈现出比黄铜矿更高的电化学反应性。17.一种通过以下方法制备的活化的黄铜矿产物：包括将含黄铜矿颗粒的表面与pH大于约1.8的铜溶液在(a)还原条件、(b)温度和(c)时间下接触，所有这些足以将存在于所述表面的至少一部分黄铜矿转化为另一含铜矿物相。18.根据权利要求17所述的活化的黄铜矿产物，其中所述另一含铜矿物相包括在其晶格结构内包含点缺陷和晶格应变的混合铜蓝-黄铜矿材料。19.根据权利要求17或18所述的活化的黄铜矿产物，其中所述另一含铜矿物相包括非化学计量的贫铁硫化铜材料。20.根据权利要求17-19中任一项所述的活化的黄铜矿产物，其中所述另一含铜矿物相是亚稳态的。21.根据权利要求17-20中任一项所述的活化的黄铜矿产物，其中所述另一含铜矿物相是暂...

【专利技术属性】
技术研发人员：DJ查伊科，S罗克斯，
申请(专利权)人：FL史密斯公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK