剛果（金）某銅鈷礦酸浸試驗研究

鄭 偉，蘭 川，王桂樓，田全寶，李 旭

（北方礦業有限責任公司，北京 100053）

贊比亞-剛果（金）銅鈷礦帶是世界上第三大銅鈷帶［1］，其中衍生礦鈷資源，也占據世界首位，接近世界總量的70%左右。隨著動力電池對鈷金屬需求量的增加，國內鈷資源相對稀少，均需要從海外進口大量金屬鈷，因此，對銅鈷礦的研究有著積極重要意義。

隨著剛果（金）高品位氧化礦開采量減少，低品位礦也得到了相應的開發和利用。針對低品位難處理的銅鈷礦，處理工藝主要有焙燒-浸出法［2］，浮選-浸出法等。浮選-浸出法主要處理一些品位較低氧化礦和難選氧化礦。氧化銅鈷礦濕法浸出主要是酸浸［3-6］。此次研究采用攪拌浸出，分析不同礦漿液固比、終點pH值、反應時間、反應溫度、還原劑亞硫酸鈉用量等因素對硫酸還原浸出銅鈷礦漿過程浸出率的影響。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

試驗原料為剛果（金）某低品位銅鈷礦氧化礦，礦石密度2.66 g/cm3，礦石中銅礦主要以孔雀石、硅孔雀石、微量黃銅礦、斑銅礦和自然銅。鈷礦物主要是水鈷礦，少量硫銅鈷礦。化學成分和主要化學物相分析見表1和表2。

表1 原礦礦石化學組成 %

表2 主要化學物相分析 %

由表1和表2可見，該銅鈷礦主要以氧化礦為主。

1.2 試驗器材

數顯恒速攪拌器、1 000 mL量筒、10 mL量筒、2 000 mL燒杯、500 mL燒杯、玻璃棒、抽濾瓶、電子天平、pH計、移液管、樣瓶若干、烘箱、濾紙、濃硫酸（98%）、雷磁氧化還原電位計、pH試紙等。

1.3 試驗原理

浸出工藝是在銅鈷精礦礦漿中加入硫酸，從而使礦石中的銅、鈷等有價金屬溶解硫酸中，是整個濕法冶金工藝得以實現的基礎。生產上一般采用硫酸浸出，添加還原劑一般采用SO2、Na2SO3等。添加還原劑的目的是將三價鈷還原成二價鈷，從而將鈷浸出，提高金屬鈷的浸出率。

氧化銅鈷礦加硫酸浸出的主要原理如式（1）、式（2）［7］：

實際生產中常采用SO2，大部分廠區都相應地配建有硫酸廠，生產硫酸的同時提供SO2。實驗室中一般采用亞硫酸鈉，原理如式（3）～式（5）［8］：

2 結果與討論

2.1 礦漿液固比對銅鈷浸出率的影響

取礦樣500 g，磨礦至產品粒度為-0.074 mm占70%，溫度為50℃，控制終點pH值為1.7，反應時間4 h。還原劑用量亞硫酸鈉為金屬鈷理論值的1.5倍，調節礦漿液固比分別為2∶1、3∶1、4∶1和5∶1，考察液固比對銅鈷浸出率的影響。結果如圖1所示。

圖1 液固比對銅鈷浸出率的影響

由圖1可以看出，浸出礦漿的液固比越高，金屬銅、鈷的浸出效率越高。溶液液固比越高，溶液中溶質越少，攪拌更充分，浸出反應更完全。考慮到實際工業生產情況，液固比取4∶1。

2.2 終點pH對銅鈷浸出率的影響

取礦樣500 g，調節礦漿液固比4∶1，磨礦至產品粒度-0.074 mm占70%，溫度為50℃，反應時間4 h，還原劑亞硫酸鈉用量為金屬鈷的1.5倍，考察終點pH對銅鈷浸出率的影響。結果如圖2所示。

圖2 終點pH對銅鈷浸出率的影響

由圖2可知，銅、鈷浸出率都隨著pH的增加而降低，當終點pH在由1.51增大到1.7時，銅的浸出率由95.59% 降低到95.57%，鈷的浸出率由82.64%降低到82.57%，整個浸出率變化不大，但酸耗由57.04 kg/t降至55.53 kg/t。當pH增大到2.0時，浸出率明顯降低，銅浸出率僅為93.1%，鈷浸出率僅為77.2%。礦石酸耗隨著pH的增大而降低，為保證銅、鈷較高的浸出率，同時降低礦石酸耗，浸出終點pH選定為1.7。

2.3 磨礦細度對銅鈷浸出率的影響

取礦樣500 g，溫度為50℃，控制終點pH值為1.7，反應時間4 h。還原劑用量亞硫酸鈉為金屬鈷理論值的1.5倍，調節礦漿液固比分別為4∶1，考察磨礦細度對銅鈷浸出率的影響。結果如圖3所示。

圖3 磨礦細度占比對銅鈷浸出率的影響

由圖3可以看出，磨礦細度對鈷的浸出率影響較大，對銅浸出率影響較小。產品粒度-0.074 mm占比由50%增加到70%時，銅浸出率由94.1%增加到95.42%，鈷的浸出率由72.32%增加到82.28%。當產品粒度占比由70%增加到80%時，銅、鈷浸出率升幅較小，趨于平穩。因此，綜合考慮物料消耗等方面因素，磨礦細度-0.074 mm 占比70%左右為宜。

2.4 反應時間對銅鈷浸出率的影響

取礦樣500 g，調節礦漿液固比4∶1，磨礦至產品粒度為-0.074 mm占70%，溫度為50℃，控制終點pH為1.7。還原劑亞硫酸鈉用量為金屬鈷的1.5倍，考察反應時間對銅鈷浸出率的影響。結果如圖4所示。

圖4 反應時間對銅鈷浸出率的影響

由圖4可見，銅浸出速度較快，0.5 h浸出率到90%。反應時間對鈷的浸出率影響較大。鈷隨著反應時間的延長，浸出率逐漸升高。為保證鈷的浸出率，反應時間取4 h為宜。

2.5 反應溫度對銅鈷浸出率的影響

取礦樣500 g，調節礦漿液固比4∶1，磨礦至產品粒度為-0.074 mm占70%，還原劑亞硫酸鈉用量為金屬鈷的1.5倍，控制終點pH值為1.7，溫度采用恒溫水浴，調節不同溫度梯度，考察溫度對銅鈷浸出率的影響。結果如圖5所示。

圖5 溫度對銅鈷浸出率的影響

由圖5可見，銅的浸出率受溫度變化影響較小，鈷的浸出率隨著溫度的升高而升高。一般礦企相對應建有硫酸廠，可利用蒸氣提高浸出礦漿反應溫度，經濟節能環保。實際生產過程中，銅鈷礦石的加酸浸出過程添加濃硫酸自然放熱以及太陽能，礦漿溫度可保持在40～50℃，滿足鈷浸出率要求。

2.6 還原劑用量對銅鈷浸出率的影響

取礦樣500 g，調節礦漿液固比4∶1，磨礦至產品粒度為-0.074 mm占70%，溫度為50℃，控制終點pH值為1.7，考察還原劑用量對銅鈷浸出率的影響。結果如圖6所示。

圖6 Na2SO3用量對銅鈷浸出率的影響

由圖6可見，還原劑用量對銅的浸出率影響較小。金屬鈷的浸出率隨著還原劑的用量逐漸增加。在實際工業生產中，還原劑Na2SO3用量建議在金屬鈷理論1.5倍。

2.7 綜合條件試驗驗證

綜合上述條件試驗結果，取礦石500 g，調配礦漿液固比4∶1，反應時間4h，浸出溫度為50℃，終點pH值1.7左右，礦石粒度-0.074 mm占比70%，還原劑亞硫酸鈉用量為金屬鈷的1.5倍，試驗結果見表3。

表3 綜合試驗條件結果 %

由表3可見，在綜合條件下，銅的平均浸出率為95.61%，鈷的平均浸出率為82.39%，浸出效果理想。

3 結論

1.剛果（金）該銅鈷礦中銅鈷主要以氧化物形態存在。

2.礦石粒度、浸出溫度、浸出時間、礦漿濃度、還原劑的加入量以及硫酸的加入量等是該銅鈷礦石浸出的影響因素和控制條件，其中溫度、還原劑用量和硫酸用量對鈷浸出影響較大。

3.銅鈷礦，采用硫酸浸出，在礦石粒度-0.074 mm占比70%，終點pH值1.7，Na2SO3用量為金屬鈷所需要理論量的1.5倍，礦漿液固比為4∶1，浸出溫度為50℃，浸出時間為4 h的條件下，銅、鈷浸出率分別為95.61%和82.39%，浸出效果比較理想。