阅读说明：本技术 利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置及方法 (Experimental device and method for reinforcing copper sulfide ore leaching by using seawater-based solution ) 是由 尹升华 王雷鸣 周根茂 吴爱祥 陈勋 严荣富 陈威 宋庆 于 2020-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置及方法,属于硫化铜矿浸出技术领域。该装置包括储液罐、出液阀门、回流液阀门、搅拌电机、搅拌叶片、离子溶液罐、海水储罐、液体流量计、汇流阀门、pH传感器、氧化还原电位传感器、Cu<Sup>2+</Sup>离子传感器、Fe<Sup>3+</Sup>离子传感器、水浴控温层、导流直管、固定板、固定螺栓、反应柱顶板、数据集成计算机、反应柱、多孔隔板、排液阀门、集液罐、蠕动泵、入水口、水浴控温仪和出水口。该装置结构简单、可视化程度高,为揭示Fe<Sup>3+</Sup>、Cu<Sup>2+</Sup>等关键离子对浸出的影响机制提供了有效装置与方法,为工业海基水溶液强化硫化铜矿浸出提供良好借鉴。(The invention provides an experimental device and method for strengthening copper sulfide ore leaching by using a seawater-based solution, and belongs to the technical field of copper sulfide ore leaching. The device comprises a liquid storage tank, a liquid outlet valve, a reflux valve, a stirring motor, stirring blades, an ionic solution tank, a seawater storage tank, a liquid flowmeter, a confluence valve, a pH sensor, an oxidation-reduction potential sensor and Cu 2+ Ion sensor and Fe 3+ The device comprises an ion sensor, a water bath temperature control layer, a flow guide straight pipe, a fixing plate, a fixing bolt, a reaction column top plate, a data integration computer, a reaction column, a porous partition plate, a liquid discharge valve, a liquid collection tank, a peristaltic pump, a water inlet, a water bath temperature control instrument and a water outlet. The device has simple structure and high visualization degree, and is used for revealing Fe 3+ 、Cu 2+ The influence mechanism of plasma key ions on leaching is provided withThe effect device and the method provide good reference for strengthening the leaching of the copper sulfide ore by the industrial sea-based aqueous solution.)

利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置及方法

技术领域

本发明涉及硫化铜矿浸出技术领域，特别是指一种利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置及方法。

背景技术

我国硫化铜矿资源禀赋性差，矿物组成复杂，黄铜矿、辉铜矿等多种有价矿物共生伴生现象普遍，铜平均品位仅约1.45％，全球约有20％铜矿依赖溶浸开采技术。然而，当前制约硫化铜矿浸出的主要有两点：一是浸出过程中反应过程缓慢且复杂、钝化现象显著，铜浸出效率不佳，最新研究探索外加FeCl₃溶液、CuCl₂溶液等对硫化铜矿浸出环境，包括溶液pH、氧化还原电位(ORP)、温度等因素，可对浸出过程进行有效调节；二是浸出过程中需要消耗大量工业用水，在干旱缺水地区运作难度大且成本高，最新研究探索采用海水基溶液、盐溶液或净化海水替代工业纯净水，可有效强化硫化铜矿浸出。

所谓海水基溶液，是指以海水为基底溶液，依据研究与工业应用需求，在海水中靶向地添加离子溶液或去除某类离子，最终获得一种以海水为基底且含有关键阴阳离子(包括Fe³⁺、Cu²⁺、Cl^-等)的溶浸液。通过对该类溶浸液化学组分的靶向改变，进而实现对溶浸液氧化还原电位、反应活化能等制约反应速率因素的有效调控，最终实现对浸出过程的显著强化，这是国内外硫化铜矿强化浸出研究的重要热点和难点。

当前，基于海水基溶液强化硫化铜浸出的装置与方法研究方兴未艾，多集中于以下两类：一是基于小型可控搅拌反应器的浸出反应动力学研究，该类装置是利用搅拌器、反应器和传感器构建小型反应监测装置，实现海水基溶液浸出过程中的温度、pH和ORP实时显示，但考察对象通常为单一矿物(比如辉铜矿、黄铜矿等)，矿石尺度局限于-200目以下(颗粒直径小于0.075mm)甚至更低，通常仅适应于浸出动力学研究，无法适应块矿浸出反应研究；二是基于扩大柱浸装置的海水基溶液强化浸出研究，此类柱浸装置有多种，但对环境温度、溶液pH值、氧化还原电位、离子浓度难以进行综合检测，并且对溶浸液组分难以控制、无法超前调控且监测难，更无法制备海水基溶液和考察其影响机制。综上，现有装置存在可适矿石尺度小、监测能力差、可视化程度低、且已有方法难以有效制备海水基溶液等难题，仍缺乏海水基溶液强化硫化铜矿浸出装置与方法，难以满足海水基溶液浸出过程调控与机制研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置及方法，探索出一种基于氧化还原电位、pH值、离子浓度、温度等关键参数原位实时监测，配置海水基溶液并干预调节其内部离子组分来获得理想溶浸液，实现利用海水基溶液强化浸出硫化铜矿的有效方法，最终能够为工业硫化铜矿浸出提供参考。

该装置包括海水基溶液制备系统、喷淋循环系统、水浴控温系统及数据采集可视化系统，其中，海水基溶液制备系统包括储液罐、出液阀门、回流液阀门、搅拌电机、搅拌叶片、离子溶液罐、海水储罐、液体流量计和汇流阀门，喷淋循环系统包括导流直管、固定板、固定螺栓、反应柱顶板、反应柱、多孔隔板、排液阀门、集液罐和蠕动泵，水浴控温系统包括水浴控温层、入水口、水浴控温仪和出水口，数据采集可视化系统包括pH传感器、氧化还原电位传感器、Cu²⁺离子传感器、Fe³⁺离子传感器和数据集成计算机；储液罐底部安装出液阀门，储液罐上部安装回流液阀门与汇流阀门，离子溶液罐与海水储罐底部均布设液体流量计，搅拌电机固定于储液罐上方，下方与搅拌叶片连接并深入储液罐内部，固定螺栓与反应柱顶板配合将固定板与反应柱连接固定，导流直管由固定板固定，导流直管下端正对反应柱，反应柱内侧设置多孔隔板，反应柱底部安装排液阀门，排液阀门下端正对集液罐，集液罐经蠕动泵与储液罐相连，储液罐、反应柱和集液罐外部安装水浴控温层，水浴控温层下部设有入水口，上部设有出水口，水浴溶液经水浴控温仪调节温度和蠕动泵循环泵送，pH传感器、氧化还原电位传感器、Cu²⁺离子传感器和Fe³⁺离子传感器的探头固定于储液罐和集液罐内侧底部，采集的电信号均汇至数据集成计算机。

离子溶液罐为并联结构，数量不少于3个，装有某种、某浓度的离子溶液和酸液；海水储罐中为未处理海水。

离子溶液罐与海水储罐中的溶液经液体流量计和汇流阀门进入储液罐，搅拌电机带动搅拌叶片旋转，对溶液进行均质化搅拌，获得海基水溶液。

pH传感器、氧化还原电位传感器、Cu²⁺离子传感器和Fe³⁺离子传感器需浸没在集液罐与储液罐内部溶液界面以下。

反应柱由水浴控温仪和水浴控温层配合来调控反应柱内部温度。

液体流量计控制不同离子溶液的添加量；数据集成计算机显示集液罐中海水基溶液离子组成与浸出环境。

应用该发明的方法，包括步骤如下：

S1：硫化铜矿浸出实验开始前，将储液罐、集液罐、离子溶液罐、海水储罐、反应柱内液体排空并进行干燥；在反应柱内进行矿石筑堆并对反应柱进行密闭；

S2：启动水浴控温仪和蠕动泵，利用水浴控温层对储液罐、集液罐和反应柱进行预热、调温至目标温度；

S3：根据研究需求，将FeCl₃溶液、CuCl₂溶液、H₂SO₄溶液等离子溶液分别置于离子溶液罐内部，将海水置于海水储罐内部；

S4：利用液体流量计，将一定量海水由海水储罐注入储液罐，启动搅拌电机带动搅拌叶片旋转；当储液罐达到目标温度并保持恒定后，利用pH传感器、氧化还原电位传感器、Cu²⁺离子传感器和Fe³⁺离子传感器分别测定溶液pH值、氧化还原电位、Cu²⁺浓度、Fe³⁺浓度；

S5：将离子储液罐中某种或几种离子溶液经由液体流量计注入储液罐，通过数据集成计算机对溶液环境进行定量化表征；进行数据反馈，再次调节液体流量计，获得理想的海水基溶液，而后关闭液体流量计，避免对后续海水基溶液化学组成产生意外扰动；

S6：利用蠕动泵将储液罐中的海基水溶液泵送至导流直管，均匀地喷淋至反应柱内部矿堆上表面，浸矿富液经多孔隔板和排液阀门流出至集液罐，利用pH传感器、氧化还原电位传感器、Cu²⁺离子传感器、Fe³⁺离子传感器、数据集成计算机实现实验数据记录和显示；

S7：集液罐内海水基溶液经蠕动泵送至储液罐再次参与硫化铜矿浸出反应，形成海水基溶液闭路循环。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，可以实现通过调控海水基溶液离子组分调控矿石浸出过程，实现氧化还原电位、pH值、离子浓度、温度等关键因素的精准监测，为深入揭示海水基溶液中Cu²⁺、Fe³⁺等关键离子与浸出反应的关联机制，提供了有效研究装置与方法。该种利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置与方法，具有可视化程度高、可操作性强、设备成本低等突出优势，为工业硫化铜矿强化浸出提供良好借鉴。

附图说明

图1为本发明实验装置的结构示意图；

图2为本发明实验装置中海水基溶液制备系统的三维结构示意图。

其中：1-储液罐，2-出液阀门，3-回流液阀门，4-搅拌电机，5-搅拌叶片，6-离子溶液罐，7-海水储罐，8-液体流量计，9-汇流阀门，10-pH传感器，11-氧化还原电位传感器，12-Cu²⁺离子传感器，13-Fe³⁺离子传感器，14-水浴控温层，15-导流直管，16-固定板，17-固定螺栓，18-反应柱顶板，19-数据集成计算机，20-反应柱，21-多孔隔板，22-排液阀门，23-集液罐，24-蠕动泵，25-入水口，26-水浴控温仪，27-出水口。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置及方法。

如图1所示，该装置包括海水基溶液制备系统、喷淋循环系统、水浴控温系统及数据采集可视化系统，其中，海水基溶液制备系统包括储液罐1、出液阀门2、回流液阀门3、搅拌电机4、搅拌叶片5、离子溶液罐6、海水储罐7、液体流量计8和汇流阀门9，喷淋循环系统包括导流直管15、固定板16、固定螺栓17、反应柱顶板18、反应柱20、多孔隔板21、排液阀门22、集液罐23和蠕动泵24，水浴控温系统包括水浴控温层14、入水口25、水浴控温仪26和出水口27，数据采集可视化系统包括pH传感器10、氧化还原电位传感器11、Cu²⁺离子传感器12、Fe³⁺离子传感器13和数据集成计算机19；储液罐1底部安装出液阀门2，储液罐1上部安装回流液阀门3与汇流阀门9，离子溶液罐6与海水储罐7底部均布设液体流量计8，固定螺栓17与反应柱顶板18配合将固定板16与反应柱20连接固定，导流直管15由固定板16固定，导流直管15下端正对反应柱20，反应柱20内侧设置多孔隔板21，反应柱20底部安装排液阀门22，排液阀门22下端正对集液罐23，集液罐23经蠕动泵24与储液罐1相连，搅拌电机4固定于储液罐1上方，下方与搅拌叶片5连接并深入储液罐1内部，储液罐1、反应柱20和集液罐23外部安装水浴控温层14，水浴控温层14下部设有入水口25，上部设有出水口27，水浴溶液经水浴控温仪26调节温度和蠕动泵27循环泵送，pH传感器10、氧化还原电位传感器11、Cu²⁺离子传感器12和Fe³⁺离子传感器13的探头固定于储液罐1和集液罐23内侧底部，采集的电信号均汇至数据集成计算机19。

如图2所示，本发明的利用海水基溶液强化硫化铜矿浸出实验装置中海水基溶液制备系统的三维结构示意图。储液罐1外侧设置一水浴控温层14、入水口25和出水口27，控制海水基溶液温度；离子溶液罐6和海水储罐7下方液体流量计8可调节流量；离子溶液罐6中的离子溶液与海水储罐7中的海水，经汇流阀门9进入储液罐1；搅拌叶片5位于储液罐1内溶液液面以下，在搅拌电机4带动下搅拌获得海水基溶液，并经出液阀门2进入喷淋循环系统，浸出反应后溶液经蠕动泵24泵至回流液阀门3再次回流到储液罐。

该装置实际应用过程如下：

S1：装置清洗排空与安设。硫化铜矿浸出实验开始前，将储液罐1、集液罐23、离子溶液罐6、海水储罐7、反应柱20内液体排空并进行干燥；自上而下布设离子溶液罐6、海水储罐7、储液罐1、反应柱20和集液罐23，在反应柱20内倾倒矿石开展筑堆，而后将反应柱20进行密闭准备预热；

S2：装置预热并达到目标温度。启动蠕动泵24将水泵送至储液罐1、集液罐23和反应柱20的水浴控温层14，实现水浴循环，随后启动水浴控温仪26对储液罐1、反应柱20和集液罐23进行预热，调温直至达到目标温度；

S3：海水基溶液组分确定。根据研究需求，将一定质量分数的FeCl₃溶液、CuCl₂溶液、H₂SO₄溶液等离子溶液分别添加至离子溶液罐6，此外，将海水添加至海水储罐7；

S4：海水基溶液制备。利用液体流量计8，将海水储罐7中一定量海水作为基底注入储液罐1，离子储液罐6中某种或几种离子溶液作为添加剂注入储液罐1；启动搅拌电机4带动搅拌叶片5旋转，使溶液离子浓度分布均质化，当储液罐1达到目标温度并保持恒定；

S5：理想海水基溶液获取。利用pH传感器10、氧化还原电位传感器11、Cu²⁺离子传感器12和Fe³⁺离子传感器13分别测定溶液pH值、氧化还原电位、Cu²⁺浓度、Fe³⁺浓度；通过数据集成计算机19对溶液环境进行定量化表征，基于数据反馈调节液体流量计8，改变海水基溶液离子组成，最终获得理想的海水基溶液，而后关闭液体流量计8；

S6：海水基溶液喷淋过程。利用蠕动泵24将储液罐1中的理想海基水溶液泵送至导流直管15，均匀地喷淋至反应柱20内部矿堆上表面，海基水溶液与矿石反应后获得浸矿富液，并在重力、毛细作用力作用下向下运移至反应柱20底部，浸矿富液经多孔隔板21和排液阀门22流出至集液罐23；

S7：浸出过程参数分析。利用pH传感器10、氧化还原电位传感器11、Cu²⁺离子传感器12、Fe³⁺离子传感器13、数据集成计算机19分析集液罐23中溶液组分，记录并实时显示实验数据，实现浸出过程与效率有效调控与分析；

S8：集液罐23内海水基溶液经蠕动泵24泵送至储液罐1,再次参与反应柱20内的硫化铜矿石浸出反应，形成海水基溶液的闭路循环，直至达到目标铜浸出率等指标；

S9：浸出实验结束后，关闭蠕动泵24，调节固定螺栓17，取下导流直管15和固定板16，排空反应柱20、储液罐1、集液罐23内的溶浸液和杂质，以备后续重复利用。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。