從剛果(金)銅鈷氧化礦中還原酸浸銅和鈷

田春友，鐘先林，張曉峰，李 輝

(1.中色華鑫濕法冶煉有限公司,剛果(金) 加丹加 利卡西 999059；2.中色華鑫馬本德礦業有限公司，剛果(金) 加丹加 盧本巴希 999059；3.沈陽有色金屬研究院,遼寧 沈陽 110141)

1 試驗原料、試劑與設備

試驗用礦石采自剛果(金)，松裝密度1.18 g/cm3，真密度為2.32 g/cm3，化學成分見表1，銅、鈷物相組成見表2、3。

表1 銅鈷礦的化學組成 %

表2 銅鈷礦的銅物相組成

表3 銅鈷礦的鈷物相組成

試劑：濃硫酸，分析純；焦亞硫酸鈉，工業級。

試驗設備：旋片真空泵，2XZ-2型，浙江臺州求精真空泵有限公司；強力電動攪拌機，JB90-D型，上海標本模型廠；數顯恒溫磁力攪拌機，85-2B型，蘇州威爾實驗用品有限公司；鼓風電熱恒溫干燥箱，101-1型，上海滬越科學實驗儀器廠；雷磁數顯pH計，pHS-3C型，上海儀電科學儀器廠；電子天平MS 1602 TS型，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；密度儀，BT100型，丹東百特儀器有限公司。

2 試驗原理與方法

在酸性介質中，銅、鈷氧化物在相同的氧化還原電位條件下共有較大的穩定區域，因此，礦石中的鈷和銅可以同步浸出。常規酸浸很容易將自由氧化銅和二價鈷氧化物浸出，但三價鈷難以完全浸出，需添加還原劑進行還原。以焦亞硫酸鈉為還原劑，通過控制工藝條件可將銅、鈷同步浸出。浸出主要反應如下：

4CoSO4+Na2SO4+5H2O。

試驗在1 000 mL燒杯中進行。稱取100 g氧化銅鈷礦石，按一定液固體積質量比加入硫酸，開啟攪拌，升溫至預定溫度后，用分液漏斗在燒杯底部滴加300 g/L焦亞硫酸鈉溶液，開始計時，達到反應時間后過濾，濾餅用100 mL水洗滌2次，洗滌液與濾液合并，濾渣干燥，濾液和干燥濾渣分別送分析。

銅和游離硫酸質量濃度采用化學法測定，鈷采用原子吸收光譜法測定。

3 試驗結果與討論

3.1 硫酸用量對銅、鈷浸出率的影響

礦石質量100 g，礦石粒度-74 μm占80%，液固體積質量比3/1，常溫，焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量的1.25倍)，攪拌浸出3 h，硫酸加入量對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表4。

表4 硫酸用量對銅、鈷浸出率的影響

由表4看出：隨硫酸用量增加，銅浸出率提高，但提高幅度不大，而鈷浸出率提高幅度相對較大；硫酸用量為14 g(初始質量濃度46.67 g/L)時，銅浸出率94.27%，鈷浸出率71.23%，此時游離酸質量濃度12.94 g/L，對后續萃取工序影響相對較小。確定硫酸加入量以14 g為宜，即硫酸初始質量濃度為46.67 g/L。

3.2 浸出時間對銅、鈷浸出率的影響

礦石質量100 g，礦石粒度-74 μm占80%，液固體積質量比3/1，常溫，焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量1.25倍)，硫酸加入量14 g，浸出時間對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表5。可以看出：浸出時間對銅浸出率影響較小，對鈷浸出率影響較大；浸出3 h，銅、鈷浸出率均趨于穩定。綜合考慮能耗和生產效率，確定浸出時間以3 h為宜。

表5 浸出時間對銅、鈷浸出率的影響

3.3 溫度對銅、鈷浸出率的影響

礦石質量100 g，礦石粒度-74 μm占80%，液固體積質量比3/1，浸出時間3 h，焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量1.25倍)，硫酸加入量14 g，溫度對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表6。

表6 溫度對銅、鈷浸出率的影響

由表6看出：溫度對銅浸出率影響較小，常溫下銅浸出率即達94%；而隨溫度升高，鈷浸出率提高幅度較大，溫度為65 ℃時，鈷浸出率達82.36%。濃硫酸與物料之間的反應熱和太陽熱可維持體系溫度在40～50 ℃之間，而在此條件下，銅、鈷浸出率約為95%和80%，效果較好，故實際生產中無需加熱。

3.4 液固體積質量比對銅、鈷浸出率的影響

礦石質量100 g，礦石粒度-74 μm占80%，溫度45 ℃，浸出時間3 h，焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量1.25倍)，硫酸加入量14 g，液固體積質量比對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表7。

表7 液固體積質量比對銅、鈷浸出率的影響

由表7看出：隨液固體積質量比增大，銅、鈷浸出率都先升高后降低。隨液固體積質量比增大，硫酸初始質量濃度降低，浸出強度降低，且浸出液中銅、鈷質量濃度降低，給后續銅、鈷回收造成困難。綜合考慮，確定液固體積質量比以3/1為宜。

3.5 焦亞硫酸鈉用量對銅、鈷浸出率的影響

礦石質量100 g，礦石粒度-74 μm占80%，溫度45 ℃，浸出時間3 h，硫酸加入量14 g，液固體積質量比3/1，還原劑焦亞硫酸鈉用量(理論量的倍數)對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表8。

表8 焦亞硫酸鈉加入量對銅、鈷浸出率的影響

由表8看出：隨焦亞硫酸鈉用量增加，銅浸出率變化不大，鈷浸出率有較大幅度提高；焦亞硫酸鈉用量為理論量時，鈷浸出率為67.32%；而焦亞硫酸鈉用量為理論量1.25倍時，鈷浸出率達79.52%，但礦石中的Fe2+有少量浸出，對后續鈷的回收有一定影響。綜合考慮，確定焦亞硫酸鈉用量為理論量1.25倍。

3.6 綜合條件試驗

根據上述條件試驗結果，在45 ℃下，控制液固體積質量比3/1、硫酸初始質量濃度46.67 g/L、焦亞硫酸鈉用量1.48 g(理論量1.25倍)，對100 g銅鈷礦石浸出3 h，試驗結果見表9，浸出渣中銅、鈷物相分析結果見表10、11。

表9 綜合驗證試驗結果

表10 浸出渣中銅物相分析結果

表11 浸出渣中鈷物相分析結果

由表9看出：綜合條件下，銅浸出率為94.46%，鈷浸出率為80.42%，浸出效果較好。

4 結論

剛果(金)的銅鈷氧化礦石通過還原酸浸，銅、鈷被有效轉移到浸出液中。適宜條件下，銅浸出率為94.46%，鈷浸出率為80.42%，銅和鈷得到同步浸出。礦石中的自由氧化銅基本全部浸出，結合氧化銅有部分未浸出，硫化銅中的銅浸出率很低；鈷華、碳酸鈷和脈石中的鈷浸出率較高，硫化鈷中的鈷浸出率很低，但總體浸出效果較好。