Beneficiation of Oxidized Copper Ores

7.2.4 Beneficiation of Oxidized Copper Ores

The  reserves  of  oxidized  copper  ore  are  small,generally  located  in  the  oxidation  section  of  the upper  part  of  the  deposit,and  the  physical  and  chemical  conditions  experienced  are  extremely complex,so  the  ore  properties   are   also   extremely   complex.In  recent  years,the   separation   of oxidized copper ores has gradually developed towards the refractory oxidized copper ores with low grade,high  sliming  and  high  oxidation  rate.

7.2.4.1  The   Floatability  of  Oxidized  Copper   Minerals

Malachite    Cu₂(OH)₂CO₃contains    57.5%Cu    and    has     good    floatability.It    can    be     directly collected  by  fatty  acids(such  as  oleic  acid,etc.)and  their  soaps  or  hydroxamic  acid.Malachite can also be treated by sulphidization flotation,in which the mineral is activated by sodium sulfide and   then   collected    by   high    -grade   xanthate.Addition    of   ammonium    sulfate   can   promote sulfuration.

Cuprite Cu₂O contains  88.8%of Cu  and and has  similar floatability to that of malachite.

Azurite    Cu₃(CO₃)₂(OH)₂contains    55.3%of   Cu    and    has    similar    floatability    to    that    of malachite.The  only  difference  is  that  it  has  better  floatability  than  malachite  when  collected  by  fatty  acids  and their  soaps,but needs  a  longer  activating time in  sulphidization  flotation.

Chrysocolla(Cu,Al)₂H₂Si₂O₅(OH)₄·nH₂O     contains     36.2%Cu      and     has     poor      floatability because of its strong hydrophilic surface.The main reason is that they are colloidal minerals with unstable composition and occurrence.The collector adsorption film can only form inside the pores of the mineral surface and is quite unstable.

Copper   sulfate   pentahydrate   CuSO₄·5H₂O   and   atacamite   Cu₂(OH)₃Cl   are   soluble   minerals and are easy to dissolve in pulp and completely lost in tailings during flotation.The dissolution of these minerals can increase the concentration of copper ion in pulp and destroy the selectivity of flotation  process,increasing  reagent  consumption.

Brochanit  CuSO₄·3Cu(OH)₂has  little  solublility  and  is  difficult  to  float,lost  in  tailings.

7.2.4.2  The  Beneficiation  Methods  for  Oxidized  Copper  Ore

Flotation is the first choice for the beneficiation of oxidized copper ore,in which various flotation reagents  are  the  key.Because  the  floatability  of  most  oxidized  minerals  is  generally  poor,it  is difficult  to  achieve  good  results  by  direct  flotation.Sulfurization  flotation  is  then  used.However,  flotation   of   some   minerals   such   as   azurite,atacamite,and   chrysocolla   is   not   satisfactory.For minerals that can’t be recovered by single flotation,the combination of chemical beneficiation and flotation  is  mainly  used.But  this  method  leads  to  great  environmental  pollution  and  high  energy consumption.So  its  development  is  limited.

The beneficiation methods for oxidized copper ore is described as follows:(1)Sulfurization  flotation  using  xanthate  as  collector.This  method  uses  sodium  sulfide  or  other sulfurizing  agent  such  as  sodium  hydrosulfide  to  activate  oxidized  minerals,and  the  xanthate collectors  are  of  high-grade.This   method   is   applied  to  copper  carbonates,such  as  malachite, azurite,etc.,or  cuprite.Chrysocolla  is  difficult  to  be  sulfurized  without  pretreatment.

(2)Direct   flotation  using   fatty   acid   as   collector.When   fatty   acids   and   soaps   are  used   as collectors,gangue  depressant  such  as  water  glass  and phosphate,and pH regulator  such  as  sodium carbonate as well are usually needed.This method can only be applied to copper oxide ore whose gangue  is  not  carbonate.When  there  are  a  large  number  of  iron  and  manganese  minerals  in  the gangue,the  flotation  results  will  deteriorate.

(3)Leaching  and  precipitation  flotation.This  method  uses  acid,usually  sulfuric  acid,to  leach copper  oxides  which  is  hard  to  float  but  easy  to  dissolve.Then  the  copper  is  replaced  by  iron powder and precipitate as metal,followed by flotation to recover copper.This method is applied to refractory minerals such as chrysocolla,or other refractory copper oxide with high sliming but low separation  index.

(4)Segregation  and  flotation.This  method  is  to  mix  the  crushed  ore  with  0.1%-1.0%salt  and  0.5%-2.0%pulverized     coal,and       roast     them      at      about      900℃,resulting      in      the      segregation      of copper  as  metal  on  the  surface  of  coal  particles.The  roasted  sands  are  ground  after  cooling  and  collected  by  flotation  to  obtain  copper  concentrate.This  method  is  applied  to  refractory  copper  oxide minerals with much sliming and can give satisfactory results.

(5)Biological   method.This   method   uses    microbial    leaching,where    some    components    of metallic minerals are oxidized or reduced by bacteria and their metabolites,and useful components are separated from raw materials in the soluble or precipitated form.This method can make full use of  mineral  resources  by   dealing  with   low-grade  copper  ore  or  even  tailings.This  method   can reduce the investment cost because it can directly leach the low-grade copper ore of below 20mm, reducing  corresponding  transportation,crushing  and  grinding  cost.It  also  has  advantages  of  little environment  pollution   and  no  waste  water  discharge,and  the  sulfur  produced   can  be  used  to prepare   sulfuric  acid.One  of  its  disadvantages  is  the  long  period  oxidation  of  minerals   by bacteria,and  the  difficulty  in  rapid  large-scale  bacteria  cultivation,which  limited  its  industrial

utilization.

7.2.5  Extraction  of  Copper

7.2.5.1       Pyrometallurgy

Pyrometallurgy  is  a  traditional  method  of  copper  smelting,which  is  mainly  used  to  treat  copper sulfide.More  than  80%of  the  world’s  copper  is  smelted  by  fire.The  pyrometallurgical  process  is shown  in  Fig.7.2,in  which  matte  is  a  melt  mainly  composed  of  copper,iron  and  sulfur

7.2.5.2        Hydrometallurgy

Hydrometallurgy is a new copper  smelting method,which is mainly used to treat oxidized copper ores.The  process   is  mild,but  is  restricted  by   solvent  price,corrosiveness,mineral   composition, and  so  on.Its  process  is   shown  in  Fig.7.3.

(1)Dissolution:the  raw  materials  of  copper  ore  are  leached  by  acid  or  treated  by  bacteria  to  obtain  soluble  copper  salt.In  order  to  improve  the  effect  and  speed  of  acid  leaching,sometimes the ore is roasted to activate in advance.

(2)Electrolysis:the  purified  soluble  copper   salt  are  directly  electrolyzed  to  obtain  electrolytic copper  products.