脉石矿物对黄铜矿酸浸行为的影响机制及原位/堆浸工艺优化研究

推荐：本研究针对低品位黄铜矿(CuFeS2)酸浸过程中含铁层状硅酸盐脉石矿物的干扰问题，通过对比黄铜矿与鲕绿泥石、铁蛇纹石-鲕绿泥石矿石及黄铁矿混合体系的Fe2(SO4)3-H2SO4浸出实验，结合μXANES和SEM/FIB-SEM等表征技术，首次揭示了非晶硅残渣(ASR)的多孔特性会形成局部微反应器，导致硫多价态共存并降低铜回收率(5-10%)，为优化原位浸出工艺提供理论依据。

　　

随着全球向碳中和经济转型，铜需求量预计到2050年将翻倍。然而全球铜回收率仅约35%，且高品位铜矿发现率持续下降，这使得低品位黄铜矿(CuFeS₂)的开发成为关键。黄铜矿作为最主要的原生铜矿物(占全球储量的70%)，通常以浸染状低品位矿石形式存在，其中硅酸盐脉石矿物占比超过95%。传统浮选-火法冶炼工艺对低品位矿石经济性差，而原位/堆浸技术虽成本较低，但铜回收率通常仅70-80%，且受脉石矿物影响显著。

澳大利亚莫纳什大学(Monash University)等机构的研究人员针对含铁层状硅酸盐脉石矿物在黄铜矿酸浸过程中的干扰机制展开研究。通过设计三组对照实验：黄铜矿分别与鲕绿泥石(Fe²⁺₅Al(Si,Al)₄O₁₀(OH,O)₈)、铁蛇纹石-鲕绿泥石混合矿石及黄铁矿在0.1 m Fe₂(SO₄)₃+0.3 m H₂SO₄溶液中50°C浸出43天，结合同步辐射μXANES、FIB-SEM等先进表征技术，系统揭示了脉石矿物溶解对浸出体系的复杂影响。相关成果发表在《Applied Geochemistry》上。

研究主要采用以下方法：(1)设计三组不同矿物组合的浸出实验；(2)利用ICP-OES和UV-Vis分析浸出液离子浓度；(3)采用同步辐射μXANES测定硫形态；(4)通过SEM/FIB-SEM观察非晶硅残渣(ASR)形貌；(5)结合XRD和电子探针(EMPA)分析矿物组成。

研究结果方面：

1. 脉石矿物溶解特征：含铁层状硅酸盐(鲕绿泥石等)的溶解导致浸出液pH升高(0.5→1.4)、Eh降低(671.5→506.9 mV)，并释放大量Si(最高98.4 mm)、Al(126 mm)等元素。HCh模拟显示硅浓度远超石英溶解度，证实层状硅酸盐快速溶解主导硅释放。

2. 非晶硅残渣(ASR)特性：SEM和FIB-SEM显示ASR具有多孔结构(图4-5)，能包裹黄铜矿颗粒并吸附Cu(II)。EDS显示ASR化学组成高度不均，局部富集Al、Fe等元素，形成微观异质性。

3. 硫形态分布：μXANES首次在ASR中检测到S⁰和SO₃^2-等中间价态硫(图6)，证实ASR孔隙可作为微反应器维持非平衡态反应。相较纯黄铜矿-黄铁矿体系(仅检出S^2-和SO₄^2-)，含硅酸盐体系硫形态更复杂。

4. 铜回收率影响：含铁蛇纹石-鲕绿泥石混合矿石体系铜回收率最高(10.6%)，但仍显著低于工业需求，主要归因于ASR对铜颗粒的屏蔽作用及局部化学环境改变。

研究结论指出，含铁层状硅酸盐脉石的溶解会通过三种机制阻碍铜回收：(1)形成多孔ASR屏蔽铜矿物；(2)改变溶液pH/Eh条件；(3)产生硫形态复杂性。该发现对原位浸出工艺优化具有重要指导意义：在评估矿床可浸性时，需重点考虑鲕绿泥石等反应性硅酸盐的丰度及化学组成。未来研究可针对ASR孔隙调控、浸出剂配方优化等方向深入探索，以提高低品位黄铜矿资源的回收效率。