[科普中国]-硫砷铜矿

简介

硫砷铜矿分子式：Cu3AsS4。硫砷铜矿是铜和砷的硫化物，属硫盐矿物，可成为重要的铜矿石。硫砷铜矿比较重，具有金属光泽，灰色晶体和块体。是中温热液铜矿床的特征矿物，与黄铜矿、黄铁矿等共生。可作为制取砷和铜的原料。

主要产地为：秘鲁的摩洛科洽（Morococha）、基鲁必加（Quiruvilca）、佩斯科山（Cerro de Pasco）、智利、阿根廷、菲律宾的吕宋岛、美国等。硫砷铜矿也为台湾金瓜石产铜之主要矿石。福建上杭县紫金山金铜矿区有硫砷铜矿。此外在辽宁省和安徽省铜矿床中。也有硫砷铜矿的报道。

硫砷铜矿为铜矿的一种，也可以作为氧化砷的来源。 硫砷铜矿经过提炼电解生成铜，富有延展性，高电传导率，用于制造电线发电机，电器用品和铸造货币等1。

硫砷铜矿浸出技术随着高品位、易处理铜矿资源的日益枯竭，低品位难处理铜矿资源特别是含砷硫化矿的开发越来越受到重视。如果采用传统的火法冶炼工艺或火法和化学浸出相结合的工艺处理此类铜矿，将产生大量的废气、废水，若不进行处理将会带来一系列的环保、安全问题。生物湿法浸出技术以其成本低、污染小、操作简单等优点受到青睐，特别适合低品位难处理矿石。低品位铜矿的“生物浸出—萃取—电积工艺”已经在智利的Colorado、Quabrada Blanca、Escondida、Zaldiver，中国的紫金山铜矿、德兴铜矿等矿区得到成功应用。随着全球环境要求日趋苛刻，立法日趋完善，势必对铜精矿中砷含量提出更高的要求，相应处理成本也将越来越高。因此，开展含砷铜矿综合利用技术研究，无论从扩大资源储量范围，还是从提高选冶经济效益、环境保护等方面，都具有十分重要的意义。

硫砷铜矿是典型的含砷硫化铜矿，既含有价金属铜，又含有害元素砷。硫砷铜矿的化学性质稳定，在有效回收铜的同时又能减少有害元素砷对环境的污染是此类矿产资源研究的主要内容2。

硫砷铜矿的稳定性硫砷铜矿是铜与砷的硫化物，属硫盐矿物，是重要的铜矿石，同时也是制取砷的原料。硫砷铜矿的化学性质稳定，在自然条件下的氧化速率比砷黝铜矿、黄铜矿等难氧化的硫化矿还要慢，因此，Watling把硫砷铜矿和黄铜矿一起归为最难处理的硫化矿物。硫砷铜矿在不添加氧化剂的空气中几乎不能氧化，因为静置在空气中的硫砷铜矿表面会形成一层含氧化合物和多硫化合物的钝化膜，进而影响其进一步的氧化分解。在水溶液中，硫砷铜矿的氧化速度也很慢，Fantauzzi与Musu证实了硫砷铜矿浸没在水中24h后表面没有发生任何变化，Elsener等模拟无菌酸性矿坑水环境下硫砷铜矿的溶解，仅发现只有微量的铜溶解2。

化学浸出鉴于硫砷铜矿的性质，通常采用化学浸出技术从硫砷铜矿中回收有价金属，主要分为酸性条件和碱性条件下的浸出。

酸性条件下的浸出硫砷铜矿在酸性介质中不太稳定，但化学反应的速度非常慢，只有在强氧化剂（如Fe3+、Cl2、双氧水）存在的条件下才可能发生有意义的氧化溶解。在含铁离子的酸性介质中，铜一般会优先溶解出来，在硫砷铜矿表面形成一层缺铜的硫化物层，钝化了硫砷铜矿的进一步氧化溶解。

Dutrizac和MacDonald在硫酸铁/硫酸溶液体系中浸出天然的硫砷铜矿和人造的硫砷铜矿，硫砷铜矿溶解速率为10－6～10－7mol/（m2·s），反应速率与Fe3+ 浓度强相关（相关系数0．55），与H+ 浓度弱相关，认为该反应为表面控制反应，活化能为55．6kJ/mol，这与Padilla等研究结果相似；同时还发现，浸出过程中有单质硫产生，其中一半被氧化为硫酸根，另一半可能在表面形成一层钝化硫膜。

硫砷铜矿在酸性溶液中浸泡后表面有一层厚度1nm的多硫层，这个多硫层非常稳定，成为控制溶解反应的动力学决定性因素。研究了Cl2/HCl酸性体系下硫砷铜矿的浸出，发现其浸出动力学呈现两个不同的阶段：初始快速溶解阶段，铜呈线性溶出，同时表面产生了含硫的钝化层，大大降低了第二阶段的反应速度；第二阶段呈非线性慢速溶解。在含硫酸的酸性介质条件下，Ag2SO4和HgSO4可以催化硫砷铜矿的浸出，铜的浸出率可从8%分别提高至94%和45%2。

碱性条件下的浸出与酸性溶液反应体系相比，在碱性溶液中硫砷铜矿的氧化浸出速度较快，但是在浸出过程中，其表面也会形成一层不影响氧化溶解的多孔状含铜氧化膜，可能产生CuO、Cu2S、AsO42－、氢氧化物等产物。第一次利用电化学的方法系统地研究天然硫砷铜矿在碱性介质中的氧化过程，提出电极表面发生两步反应：第一步产生表面产物，第二步产生可溶物3。

总结与展望硫砷铜矿对选冶生产系统具有重要的影响，其化学性质稳定，在自然环境中氧化速度慢，传统浸出工艺溶出速率慢，浸出过程砷形态及稳定性不明。

生物浸出工艺由于其工艺简单、成本低等优势而被应用于硫砷铜矿的浸出研究中。中、低温细菌浸出硫砷铜矿较难取得理想的效果，而高温菌在提高铜浸出率的同时，使有害元素砷以沉淀形式固定在浸出渣中，将是硫砷铜矿有效浸出和去除砷害的清洁途径。今后需加强耐砷基因工程菌的选育和驯化，提高细菌浸出效率，缩短浸出周期；进一步加强硫砷铜矿细菌浸出机理和氧化钝化膜方面的研究，找出浸出限速步骤和表面钝化的原因。同时，加强极端条件下硫砷铜矿浸出研究，将电化学和微波技术应用于浸矿时矿物表面形态变化的研究中1。