降低銅鈷礦鐵浸出率的研究

鄧永貴

摘 要 本文探討的實驗結果表明在反應溫度80℃、反應pH1.0～1.5、反應停留時間5h、還原劑用量系數為1.3、液固比為4：1條件生產實踐下，鈷的浸出率超過99%、銅的浸出率接近98.5%、鐵的浸出率約40%，噸鈷節省加工成本約850元。

關鍵詞 銅鈷礦；浸出率；鐵；加工成本

中圖分類號 TF816 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）06-0009-03

銅鈷礦來源于非洲剛果（金）[ 1 - 2 ]，目前采用焦亞硫酸鈉還原浸出銅鈷礦[ 3 ]，礦料中的部分高價鐵可以被焦亞硫酸鈉還原溶解為Fe2 +，生產數據顯示某月份浸出液的Fe2 +含量在5.0g/L～5.5g/L，總鐵含量在7g/ L～8g/L。在浸出段，鐵的浸出率高增加硫酸的消耗，在除鐵段，大量的Fe2 +將消耗氧化劑雙氧水，同時增加堿的消耗，從而增加了加工成本。本文研究，在保證有價金屬浸出率的前提下，控制原料中鐵的浸出率，達到降低加工成本。

1 實驗原料與方法

1.1 實驗原料

銅鈷礦化學元素分析見表1所示。

1.2 實驗方法

取100g礦料，液固比4：1調漿，放入恒溫水浴鍋攪拌，當溫度升至設計溫度后，緩慢加入硫酸調節pH值，反應0.5h后，加入定量焦亞硫酸鈉（以鈷為三價、錳為四價，且鈷、錳完成浸出所需的還原劑量為理論用量），用濃硫酸條件過程pH。反應完成后停止攪拌，漿料固液分離。濾餅經洗滌、烘干，濾餅、濾液分析化驗。

2 結果與討論

2.1 銅鈷礦的物相分析

采用MLA礦物自動檢測技術礦物查定和定量測定結果表明：該銅鈷礦物有大量孔雀石（Cu2[CO3]（OH）2），其次為銅鈷硬錳礦（Ba（Mn，Cu，Co） Mn9O20·3H2O）、水鈷礦（CoO（OH））和硅孔雀石（（Cu，Al）2H2Si2O5（OH）4·nH2O），少量赤銅礦（Cu2O）、假孔雀石（Cu5[PO4]2（OH）4）、鈷斜硅銅礦（Co2Cu2[Si2O6]（OH）2）、銅藍（CuS）等；鐵礦物主要為褐鐵礦和少量赤鐵礦等；脈石礦物為大量綠泥石，其次為石英、絹云母、白云石、滑石等。

孔雀石為樣品中數量最多的礦物，其中一定量的孔雀石與褐鐵礦、石英、硅孔雀石等連生，見圖1所示；水鈷礦呈粒狀，見圖2所示，一定量的水鈷礦與褐鐵礦或石英連生。

2.2 實驗研究

本文主要考慮反應溫度、反應時間、還原劑用量等因素對浸出的影響；反應過程pH過低則SO2的溶解度過低導致還原劑利用率低，反之，由于原料中的鈷浸入溶液是耗酸反應，pH過高則不利于反應速度，本文采取還原浸出鈷常用的pH值1.0～1.5；另外，結合生產對浸出液有價金屬濃度的要求，本文研究的液固比定為4：1。

1）反應溫度對銅、鈷的浸出率影響。1.3倍還原劑用量，反應時間5h，反應過程pH值1.0～1.5，不同反應溫度下，按浸出渣計算鈷、銅浸出率，見圖3所示。從圖3可以看出，70℃以前，反應溫度對鈷的浸出率的影響顯著；溫度對銅的浸出率影響趨勢較小，實驗選擇80℃作為實驗反應溫度較為適宜。

2）反應時間對銅、鈷浸出率的影響。1.3倍還原劑用量，反應溫度80℃，反應過程pH值1.0～1.5，不同反應時間下，按浸出渣計算鈷、銅浸出率，見圖4所示。從圖4可以看出，反應時間為4h以前，反應時間對銅、鈷浸出率的影響顯著，4h以后變化趨勢變得平緩，實驗選擇5h作為實驗反應時間較為適宜。

3）還原劑用量系數對銅、鈷、鐵浸出率的影響。反應溫度80℃，反應時間5h，反應過程pH值1.0～1.5，不同還原劑用量下，按浸出渣計算鈷、銅的浸出率，按浸出液計算鐵的浸出率，見圖5所示，浸出液的總鐵和二價鐵含量見圖6所示。

從圖5可以看出，還原劑用量系數為1.2之前對銅、鈷浸出率的影響顯著；鐵的浸出率隨還原劑用量增加趨于線性變化，考慮有價金屬的收率，實驗還原劑用量系數為1.3較適宜。

從圖6可以看出，還原劑用量系數為的增加溶液中的TFe、Fe2 +增加，但在保障有價金屬浸出率的同時，TFe、Fe2 +的含量還是低于生產數據，但Fe2 +/TFe的數據接近生產數據，因此，還原劑用量過大，直接導致溶液中TFe、Fe2 +濃度升高，控制合理的還原劑用量系數才能控制鐵的浸出率。

2.3 生產實踐

根據實驗結果，采用反應溫度80℃、反應pH1.0～1.5、反應停留時間5h、還原用量系數為1.3為生產實踐條件，跟蹤4個生產周期浸出渣、浸出后液的數據如表2所示。

根據表2可以看出：控制合理的還原劑用量，浸出液的Fe2 +平均濃度約為3.5g/L，TFe約為5g/L，鐵的浸出率約40%；按Co2 +平均濃度為20g/L、Fe2 +濃度下降1.5g/L，TFe下降2g/L計，可計算出噸鈷節約的輔料雙氧水、硫酸、純堿消耗減少的量分別為0.22t/ tCo、0.27t/tCo、0.29t/tCo，按目前的市場價格，能節省輔料成本850元/tCo。

2.4 浸出渣的物相分析

采用MLA礦物自動檢測技術礦物查定和定量測定結果表明：該樣品鈷礦物已很少，少量銅藍，大多數為單體，少數連生體或包裹體，有些表面具溶蝕現象，見圖7所示；脈石礦物為大量綠泥石和石英，少量絹云母、滑石等，白云石已變得很少；隨著剛果金含鈷資源的開發，氧化礦中夾帶部分次生礦，導致常壓還原浸出渣中物相有明顯的銅物相，也是浸出渣含銅較高原因。

3 結論與展望

1）在反應溫度80℃、反應pH1.0～1.5、反應停留時間5h、還原劑用量系數為1.3、液固比為4：1的條件下生產實踐，鈷的浸出率超過99%、銅的浸出率接近98.5%，能夠降低浸出液中的TFe、Fe2 +的含量，減少鐵的浸出率，噸鈷節省加工成本約850元。

2）隨著剛果金含鈷資源的開發，氧化礦中夾帶部分次生礦越來越高，將導致浸出渣含鈷、銅升高，常壓還原浸出銅鈷礦的局限性也更加突出。

參考文獻

[1]周應華，江少卿.剛果（金）銅鈷礦業開發形勢[J].地質與勘探，2010，46（3）：525-530.

[2]張春.剛果（金）礦產資源現狀及投資環境分析[J].中國礦業，2008，17（12）：97-102.

[3]樂頌光，等.鈷冶金[M].北京：冶金工業出版社，1987：65-75.