刚果(金)某铜钴尾矿还原浸出钴.pdf
N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G d o i 1 0 .3 9 6 9 /j .i s s n .2 0 9 5 - 1 7 4 4 .2 0 1 2 .0 4 .0 0 2 刚果 金 某铜钴尾矿还原浸出钴 圜张琏鑫 中铁资源集团有限公司,北京1 0 0 0 3 9 摘要采用硫酸作浸出剂,对刚果 金 某尾矿库中的铜钻尾矿加入还原剂进行柱浸试验。研究 还原剂种类、还原剂加入量、造球直径、反应温度、浸出时间等对钻、铜、铁、镁和锰等金属浸出 率的影响,确定浸出最佳条件。在优化条件下,还原剂N a 。S O ,加入量为钴还原理论量的3 .0 倍, 造球直径为8r f l n l ,常温条件下浸出6 0d ,钻、铜、铁、镁和锰的浸出率分别为8 5 .9 4 %,9 2 .9 3 %, 3 0 .4 2 %,2 1 .8 4 %和9 6 .9 6 %。优化条件下,钴浸出平均硫酸消耗为3 0 价- 钴。 关键词铜钴尾矿;还原浸出;钴 中图分类号T F 8 1 1 ;T F 8 1 6文献标识码A 文章编号2 0 9 5 - 1 7 4 4 2 0 1 2 0 4 - 0 0 2 8 0 4 非洲刚果 金 、赞比亚、乌干达等国钴资源十分丰富, 主要赋存在砂岩型铜矿中,含钴品位多为O .5 %- 2 .0 %[ 1 。2 】, 过去选冶回收率不高,铜钴选矿厂废弃尾矿和炼钴厂遗留 下来的炉渣含钻品位都比较高。刚果 金 南部卢本巴西 附近,堆存数百万吨浮选尾矿和表外矿 中部的铜业公司 也有大量的钴铜尾矿 含有一定品位的钴和铜,由于技术 水平和经济因素尚未开发利用。 钴的还原浸出技术前人已经进行了大量研究,某公 司采用F e 作还原剂,用浓盐酸或浓硫酸或两者混合溶 液于6 0 - 9 0 ℃下浸出水钻矿,该法浸出效果较好,但由于 F e ”的引入导致浸出液中杂质含量增大口】。某研究院采用 亚硫酸钠作还原剂还原浸出水钴矿嗍。顾礼丽等采用葡萄 糖母液作还原剂还原三价钴化合物”] 。A .N .B a n z a 用过氧 化氢作还原剂,通过氧压浸出回收铜烟灰中的有价金属陋】。 考虑到矿石性质及经济效益,以上工艺技术均不适合刚 果 金 的低品位尾矿资源。如果对矿石进行浮选,由于矿 石大部分是氧化矿,浮选难度也较大。综合考虑,造球一 堆浸工艺处理这些尾矿资源是比较适宜的,采用类似堆浸 的柱浸试验确定还原浸出的最佳工艺条件。 1 实验方法 1 试验原料 采用刚果 金 某地尾矿库中的尾矿为原料,矿石为 氧化矿石,主要矿物为水钻矿钴土矾黑铜矾赤铜矿及 孔雀石。该类矿石氧化率高、贫硫、低铁,基岩以白云岩 及硅质白云岩为主。矿样的化学成分和粒级组成如表1 和 表2 所示。 表1 矿样主要化学成分 /% 收稿日期2 0 1 2 0 3 - 1 2 作者简介张琏鑫 1 9 8 5 - ,男,北京市人,助理工程师,硕士 主要从事湿法冶金等方面的研究。 2 8 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y万方数据 1 .2 基本原理 还原剂存在的条件下,矿石中高价金属迅速被还原 为硫酸可浸的低价金属,由E O M 。。- 。 1 .2 3 ,E o c o , /C o t 2 1 .8 4 2 ,E 0 ,。, /F e z 一0 .7 7 1 可知,还原剂优先与钴和锰反 应,有价金属钴、铜被浸出,通过控制还原剂加入量 可以有效抑制铁的浸出。以N a S O ,为还原剂,化学 反应为M n 0 2 N a 2 S 0 3 H 2 S 0 4 M n S 0 4 N a 2 s 0 4 H 2 0 ; C u O H 2 S 0 4 2 C u S 0 4 H 2 0 ;F 。2 0 3 N 82 S O3 2 H 2 S 0 4 2 F e S 0 4 N 8 2 S 0 4 2 H 2 0 iC 0 2 0 3 N a 2 S 0 3 2 H 2 S 0 4 2 C O S 0 4 N a 2 S 0 4 2 H 2 0 。 1 .3 试验过程 试验装置如图1 所示,由, / 8 0c m 10 0 0c m 的有机 玻璃柱、P V C 高位液箱和P V C 低位液箱 5 0c m 5 0c m 5 0 c m 以及阀门组成。矿石加入黏结剂进行制粒预处理,根 据需要压制成不同直径的球体。浸出剂使用工业硫酸,浓 度为5 0g /L ,喷淋强度为5 0L /m 2 .h ,L 心 2 一天一个循环 。 5 图1 试验装置 1 一高位槽} 2 一阀门;3 一聚乙烯颗粒; 4 一矿石;5 一多孔P V C 板;6 一低位槽 2 试验结果与讨论 2 .1 还原剂种类对比 在刚果 金 ,还原剂的选择对于降低成本是非常重 要的,在保证还原剂对钴还原率的情况下,尽可能选择价 格低廉、常见易得的物质。对于堆浸工艺,气体还原剂S O 工艺较难操作,所以针对N a S 0 3 ,H O 和F e S O 。三种还原 剂做对比试验。还原剂的加入量为钴还原理论数量的3 .0 倍,造球直径为8m m ,在常温条件下浸出3 0d ,结果如表 3 所示。 从表3 可以看出,还原剂对铜和镁浸出没有影响,但 对于钻的影响比较大,不加还原剂时钴的浸出率不到1 0 %, 加入还原剂,3 0d 浸出率可以超过5 0 %。充分证明了三价 的钴在硫酸体系中很难被浸出,必须被还原成二价钴才 能被硫酸浸出生成C o S O 。。综合对比三种不同的还原剂, F e S O 。的还原效率最高,但是会带入铁从而加重后期的除 铁负担,H o 的还原效率最低,但是铁的浸出率相对也较 低,这是由于H O 对于F e 2 ‘是氧化剂,生成F e “从而抑制 的了铁的浸出。综合考虑成本及还原效率等因素,N a S O , 是较为适宜的还原剂。 表3 还原剂种类对各金属浸出率的影响 2 .2 造球粒径对浸出率的影响 造球粒径是影响浸出速度的主要因素之一“ J ,当浸 出的化学反应速度很陕时,矿石粒径主要通过影响溶质的 迁移速率来影响浸出速度。造球粒径越小,其比表面积越 大,反应更加充分,浸出率越高。另一方面,由于堆浸的特 殊性,要求矿石具有良好的渗透性和全矿堆渗透的均匀 性。根据表2 所示,尾矿的粒度很细,测定其渗透率为2 .2 L /m 2h ,根本不能满足堆浸的渗透性要求,必须进行造球。 加入黏合剂造球,造球后渗透率均大于1 0 0L /m 2h 。造 球粒径为4 ,6 ,8 ,1 0m m ,还原剂的加入量为钴还原剂理论 数量的3 .0 倍,在常温条件下浸出,结果如图2 所示。 琴 \ 槲 丑 燃 捂 浸出时间/d 图2 不同造球粒径对钴浸出率的影响 从图2 可以看出,粒径较小,反应速度较快,短时间 内就达到较高的浸出率,但是时间延长,由于球的破碎和 有色金属工程2 0 1 2 年第4 期 2 9 万方数据 陌五霸医覆型旦型塑旦旦竺璺竺兰坠璺墨型型型型鱼 .. 脱泥,造成矿石的渗透性降低,并形成沟流,浸出率难以 继续提高。造球粒径过大,溶液传质到球内部的反应速度 变慢,浸出时间加长,浸出率低,5 0d 后基本上不能浸出。 造球粒径为8m m 的3 0d 浸出率达到5 5 .1 2 %,6 0d 浸出率 达到8 5 .3 4 %,效果较好。为了提高工作效率,其他试验浸 出时间均为3 0d ,造球粒径为8m m 。 2 .3 还原剂用量试验 当加入还原剂,钴和锰率先跟还原剂反应,铁后与 还原剂反应,所以控制还原剂的加入量,可以在保证钴浸 出率的前提下,尽量减少铁的浸出,从而降低除铁的成本。 亚硫酸钠用量分别为钴还原所需理论量的1 .2 ,1 .6 ,1 .8 ,2 .0 , 2 .2 2 .5 ,3 .0 ,3 .5 倍,造球粒径为8m m ,在常温条件下浸出 时间3 0 d ,结果如图3 所示。 掌 \ 褂 丑 燃 还原剂用量理论量的倍数 图3 还原剂用量对浸出率的影响 图3 显示,钴的浸出率随还原剂加入量增加而增大, 当还原剂加入倍数超过3 .0 时,再继续加入还原剂,钴的 浸出率增加不大,但铁浸出率却增大,所以要达到较高的 钴浸出率,抑制铁的浸出,还原剂加入量应控制在钴还原 理论量的3 .0 倍为宜。 2 .4 浸出温度对钴浸出率的影响 还原剂亚硫酸钠加入量为钴还原剂理论量的3 .0 倍, 造球粒径为8m m ,分别在2 5 ,4 0 ,5 5 ,7 0 ℃下浸出3 0d ,结 果如图4 所示。从图4 可以看出,随着温度升高,浸出率不 断升高,当浸出温度为7 0 ℃时,钻的浸出率达到8 0 .2 3 %, 略低于图2 中在常温条件下6 0d 的浸出率。同时也可以看 到,铁的浸出率也随温度升高而升高,所以选择低温浸出 有利于抑制铁的浸出。在堆浸过程中,温度是不能控制的, 但是通过滴灌浸出液,可以提高堆内温度约5 ℃嘲,有利 于浸出,提高钴浸出率。 图4 温度对不同金属浸出率的影响 2 .5 酸耗试验结果 对于刚果 金 ,硫酸的使用量是制约降低成本的重 要因素,有必要进行酸耗试验。尾矿库中矿石性质复杂, 并含有大量的碱性脉石,采用6 ,8 ,1 0m m 三种不同粒径的 球团做试验,在常温条件下,以N a S O ,为还原剂,加入量 为钴还原剂理论量的3 .0 倍。试验过程中累计酸单耗的变 化与浸出率的关系如图5 所示。 鞯 甾 担 营 浸出率/% 图5 不同造球粒径钴浸出率与酸耗的关系 图5 显示,浸出初期酸耗量大,硫酸主要跟矿石中碱 性脉石反应,浸出中期比较平稳,浸出酸耗与浸出率的关 系呈类似直线关系,浸出后期酸的利用率较低,酸耗与浸 出率的比值开始增大。综合比较三种不同粒径酸耗与浸出 率的关系,8m m 直径的球团酸利用率较高,说明粒度过 大或者过小都会增大酸耗,影响浸出的经济性。经过计算, 浸出平均酸耗为3 0t /t 一钴。 下转第3 5 页 3 0 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y万方数据 石煤焙烧工序处理。 5 结语 石煤循环流化床低温焙烧发电、烟灰提取 V O ,,灰渣生产建材和矿区回填,提高资源利用效 率,减少生产过程的资源和能源消耗,是资源节约型、 环境友好型的先进工艺。 工艺技术的应用和工业化对我国电力行业、石 煤资源开发及钒产业意义在于1 循环流化床低温 焙烧石煤发电,每吨发热值35 0 0 ~65 0 0k J /k g 石煤 可发电约8 5 0k W h 电量,开发使用本地区丰富的劣 质煤,可以有效缓解当地电力供应和北煤南运压力; 2 钒在烟灰中富集,烟灰作为发电废物被用来提钒, 上接第3 0 页 2 .6 最佳条件试验 以N a S O ,作为还原剂,加入量为钴还原剂理论量的 3 .0 倍,造球粒径为8m m ,常温条件下浸出6 0d ,结果如 表4 所示。 表4 最佳条件下各金属浸出率 /% 从表4 可以看到,最佳工艺条件下铜钴尾矿浸出效果 比较好,重现性好,钻的浸出率达8 5 .9 4 %,铜的浸出率为 9 2 .9 3 %,铁浸出率控制在3 0 .4 2 %。这些数据可以为刚果 金 尾矿库中尾矿浸出设计及生产提供基础数据。 3 结论 研究还原剂种类、还原剂加入量、造球粒径、反应温 度、浸出时间等对铜钴尾矿中金属浸出率的影响,还原剂 的种类及加入量对钻和铁的浸出率影响较大。综合比较, N a s O ,是比较理想的还原剂。造球粒径控制在8m m 左右, 不但可提高钴浸出率,而且可以降低酸耗,提高酸利用率。 对于铜钴尾矿浸出工艺,在工业硫酸浓度为5 0g /L , 有效降低了提钒成本,使得提钒边界品位有效降低;3 灰渣用于生产建材和回填矿区,有效地解决废渣堆存对 周边生态环境的压力;4 工业化规模巨大,可以大规模 开采使用石煤资源,有利于扭转目前石煤提钒产业规模 小,效益差、环境污染严重的现状。 参考文献 [ 1 ] 1 蔡晋强.石煤提钒在湖南的发展[ J ] 稀有金属与硬质合金, 2 0 0 1 1 4 2 4 7 ,4 9 . 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