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刚果（金）某氧化铜钴矿浸出试验研究 ① 杨 玮， 王 倩， 王 刚 （西安建筑科技大学 资源工程学院，陕西 西安 710055） 摘 要 刚果（金）某地“铜高钴低”氧化铜钴矿含铜 2.52％、含钴 0.12％，铜氧化率为 94.60％，采用酸性浸出工艺回收该矿中的铜、 钴。 结果表明，在矿物－0.074 mm 粒级含量占 80％、液固比 2∶1、一次性添加硫酸量为 150 kg／ t 的条件下常温浸出 2 h，铜、钴浸出率 分别达到 93.80％和 94.97％，吨矿耗酸量为 62.19 kg（折合吨铜耗酸量为 2.82 t）。 利用常温酸浸工艺处理该氧化铜钴矿，可有效回 收铜、钴，可为经济开发类似矿山提供参考。 关键词 氧化铜钴矿； 酸浸； 浸出率； 酸耗； 铜； 钴 中图分类号 TF111文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253－6099.2019.06.018 文章编号 0253－6099（2019）06－0075－03 Leaching Test of a Copper⁃Cobalt Oxide Ore in Congo（DRC） YANG Wei， WANG Qian， WANG Gang （School of Resources Engineering， Xi′an University of Architecture and Technology， Xi′an 710055， Shaanxi， China） Abstract A kind of high⁃copper and low⁃cobalt copper⁃cobalt oxide ore in Congo（DRC） contains 2.52％ Cu and 0.12％ Co， with the copper oxidation rate at 94.60％. An acid leaching process was adopted in the test to recover the Cu and Co therein. With the feeding minerals at a sizing of 80％ －0.074 mm and liquid⁃solid ratio of 2∶1， the leaching process at room temperature for 2 h by a single addition of sulfuric acid at 150 kg／ t results in leaching rates of Cu and Co reaching 93.80％ and 94.97％ respectively， with the acid consumption per ton of ore at 62.19 kg （equivalent to 2.82 t sulfuric acid per ton of copper）. It is shown that Cu and Co can be effectively recovered from such kind of copper⁃cobalt oxide ore by adopting an acid leaching process at normal temperature， which can be of a reference for the development of similar mines in an economic way. Key words copper⁃cobalt oxide； acid leaching； leaching rate； acid consumption； Cu； Co 铜是人类最早使用的金属之一，被广泛应用于轻 工业、电气行业以及国防工业等领域；钴作为一种稀缺 的小金属，是极为重要的战略储备原料［1］；钴通常与 铜共生，铜钴矿是钴金属的主要来源［2］。 随着易处理 硫化铜矿不断减少，氧化铜矿日益成为铜钴金属的主 要来源［3］。 目前氧化铜矿常见的处理方式有浮选法、 火法以及湿法冶金［4－5］。 对于嵌布粒度细、矿泥含量 高的矿石，即使细磨处理，浮选效果仍不佳［6－8］；火法 冶金处理存在造渣剂耗量大、后续处理工艺繁杂的问 题；而湿法冶金处理投资少、成本低、环境污染小［9－10］， 因此目前大多数的氧化铜矿采用湿法冶金工艺处理。 刚果（金）地区有着极为丰富的铜钴矿资源，多数为地 表氧 化 矿， 埋 藏 较 浅， 品 位 高， 回 收 工 艺 流 程 简 单［11－13］。 本文针对刚果（金）某地氧化铜钴矿，研究了 酸浸过程中硫酸用量、浸出时间等条件对浸出效果和 酸耗量的影响。 1 试 验 1.1 原料性质 试验所用原料来自刚果（金）某地区氧化铜钴矿， 原矿化学成分分析结果见表 1，矿物组成见图 1，铜、钴 化学物相分析结果分别见表 2 和表 3。 表 1 原矿化学成分（质量分数） ／ ％ Au1）Ag1）CuCoTFeS K2OSiO2Al2O3MgO 0.090.982.520.121.790.540.5779.861.812.89 1） 单位为 g／ t。 ①收稿日期 2019－05－29 基金项目 国家自然科学基金（51474169）；陕西省工业科技攻关项目（2016GY－154）；陕西省教育厅重点实验室科研计划项目（18JS061） 作者简介 杨 玮（1971－），男，河南灵宝人，教授，主要从事选矿、湿法冶金及资源综合回收技术研究工作。 通讯作者 王 倩（1995－），女，陕西宝鸡人，硕士研究生，主要从事湿法冶金及稀贵金属提取分离研究工作。 第 39 卷第 6 期 2019 年 12 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.39 №6 December 2019 万方数据 102030405070608090 2 / θ SiO2 Mg, Fe, Al6Si, Al4O10OH8 Fe2O3 KAl2Si3AlO10OH, F2 ■ ● ◆ ★ ■■■ ■ ■ ■■■ ■■ ● ● ●●●● ● ● ● ● ● ●● ◆ ◆ ◆◆ ◆ ◆◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆ ◆◆◆ ◆ ◆◆ ★ ★ ★ ★★ ★ ★★★ ★ ★ ★ ★ ★ ★★ ★★ ★ ★ ★ 图 1 原矿矿物组成分析结果 表 2 铜物相分析结果 类别含量／ ％分布率／ ％ 氧化相中铜2.38494.60 硫化相中铜0.0261.03 结合相中铜0.114.37 总量2.52100.00 表 3 钴物相分析结果 类别含量／ ％分布率／ ％ 氧化相中钴0.07865.00 硫化相中钴0.03125.83 脉石中钴0.0119.17 总量0.12100.00 由表1 可知，该试样中铜品位 2.52％，钴品位 0.12％， 是主要的有价元素；根据 GB／ T 252832010 综合评价 标准可知，原矿中金、银等其他金属含量过低，均未达 到国家回收标准，没有回收价值。 由图 1 分析得知，石 英含量 85.40％，斜绿泥石含量 4.30％，赤铁矿含量 0.74％，白云母含量 9.56％，石英、绿泥石含量高，容易 泥化。 由表 2 可知，铜主要分布于氧化相中，硫化铜以 及结合铜含量很少。 从表 3 可知，钴在氧化相中分布 率占 65％，在硫化相中占 25.83％。 总体来看，该矿石 含铜高、含钴低，铜钴氧化率较高，属于典型的氧化铜 钴矿，与多数刚果（金）地区氧化铜钴矿性质基本一 致，而原矿中二氧化硅含量很高，属于酸性脉石矿物， 适宜采用酸性浸出［14］。 1.2 试验方法及设备 每次试验称取 80 g 矿样，在 RK／ ZQM－15050 型 球磨机中进行细磨，考虑到样品容易泥化，粒度太细会 造成沉淀时间长，液固难以分离，因此将磨矿细度定为 －0.074 mm 粒级占 80％。 浸出试验在烧杯中进行，常 温浸出，浸出液固比为 2∶1，选用 98％的浓硫酸作为浸 出剂。 利用 JJ－1 精密增力电动搅拌器进行搅拌浸出， 并实时监测矿浆电位以及矿浆 pH 值的变化情况。 浸出结束后，静置沉淀、过滤浸出液，对浸渣进行 3 次洗涤后再过滤、烘干、称重并制样，化验浸液与渣 中铜、钴品位，计算浸出率；取一定量的浸出液，利用酸 碱滴定，记录浸液中剩余硫酸量，并根据公式（1） ～ （2）计算试验过程中的酸耗，原矿中铜高钴低，因此只 对试验过程中的铜以及原矿的酸耗进行计算，作为浸 出效率主要的衡量参数。 GM＝ mH2SO4－ m′H2SO4 m0 （1） GM铜＝ mH2SO4－ m′H2SO4 V βl铜 （2） 式中 GM为吨矿酸耗，kg／ t；mH2SO4、m′H2SO4分别为浸出时 加入的硫酸量以及浸出结束后剩余的硫酸量，g；m0为 浸出矿样量，g；GM铜为吨铜酸耗量，t／ t铜；V 为浸出液体 积，L；βl铜为浸出液中铜品位，g／ L。 该氧化铜钴矿还处于初步勘探开采阶段，主要是 通过条件试验确定矿石酸耗量以及浸出效率，为该矿 石开采建厂提供基本的数据参考。 由于此矿石属于氧 化型矿石，泥化现象严重，浸出时液固比过高，会降低 浸出液中金属品位并且增加设备生产的投资成本；若 液固比过低也会增加浸出矿浆的粘度，不利于铜钴的 浸出，因此，在参考相关文献的基础之上，确定试验过 程中的液固比为 2∶1。 原矿中铜、钴氧化率较高，金属氧化物的简单酸浸 过程中，升高浸出温度，金属氧化物在酸液中的稳定性 也相应增加，不利于铜、钴的浸出［14］。 与此同时，虽然 硫化相钴浸出率受温度影响较大，但原矿中钴含量不 高，加入硫酸进行搅拌浸出时会提供一定的钴浸出热 量。 考虑到矿浆加热会消耗较多能量并增加设备生产 投资成本，结合生产地刚果（金）地区实际情况，研究 决定浸出试验在常温下进行。 2 试验结果及讨论 2.1 加酸方式对浸出结果的影响 试验条件矿浆液固比 2 ∶1，浸出时间 6 h。 第 1 组多次加酸使矿浆 pH 值稳定在 1.5～2.0，直至酸浸结 束时总加酸量为 63.11 kg／ t，第 2 组在浸出开始时加入 硫酸量为 63.11 kg／ t。 表 4 为不同加酸方式下的浸出 试验结果。 表 4 加酸方式对铜、钴浸出的影响 加酸 方式 浸渣品位／ ％渣计浸出率／ ％ 铜钴铜钴 吨矿酸耗 ／ （tt －1 矿） 吨铜酸耗 ／ （tt －1 铜） 一次添加0.250.019 290.3684.050.050 62.32 多次添加0.220.009 991.5891.830.049 72.13 从表 4 可知，多次添加硫酸浸出时，钴浸出率比一 次添加硫酸浸出时的浸出率提高 7.78 个百分点，多次 67矿 冶 工 程第 39 卷 万方数据 添加提高了硫酸的选择性以及对钴的作用效果，除此 之外，2 组试验中，铜、钴的浸渣品位、酸耗量以及铜浸 出率均无太大差别，且考虑到在浸出过程中不容易控 制矿浆 pH 值，而一次性添加足量硫酸操作简单，因此 后续试验均选用一次添加硫酸的加酸方式进行浸出。 2.2 硫酸初始用量对浸出的影响 采用一次性添加硫酸的方式，其他条件不变，硫酸 用量对铜、钴浸出率的影响如图 2 所示，酸耗的变化情 况如图 3 所示。 铜 钻 硫酸用量／kg t-1 ■ 100 95 90 85 80 75 70 65 50100150200250300 浸出率／ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ 图 2 硫酸用量对铜、钴浸出率的影响 硫酸用量／kg t-1 100 80 60 40 20 0 4.0 3.2 2.4 1.6 0.8 0.0 50100150200250300 吨矿酸耗量／kg t-1 吨铜酸耗量／t t-1 ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ 铜 吨矿酸耗量 吨铜酸耗量 ■ ▲ 图 3 不同硫酸用量下酸耗的变化情况 从图 2 可知，随着硫酸用量不断增加，铜、钴浸出 率随之升高。 当硫酸用量由 50 kg／ t 增加到 100 kg／ t 时，铜、钴浸出率从88.14％、81.26％迅速增长至92.62％、 92.13％，硫酸用量为 150 kg／ t 时，铜、钴浸出率达到 93.00％和 93.21％；继续增加硫酸用量，浸出率增幅不 明显，原矿中可溶性铜、钴已基本完全浸出。 从图 3 可 见，硫酸用量增加，酸耗不断增加，结合铜、钴浸出率来 看，当硫酸用量超过 200 kg／ t 后，铜、钴浸出率下降，但 硫酸消耗量却急剧增加，说明有其他贱金属浸出。 考 虑到药剂以及设备的成本投入，硫酸用量最优值为 150 kg／ t。 2.3 酸浸时间对铜、钴浸出的影响 矿浆液固比为 2 ∶1，硫酸用量为 150 kg／ t，浸出时 间对铜、钴浸出率以及矿浆电位的影响分别见图 4 和 图 5。 铜 钻 酸浸时间／h ■ 100 95 90 85 80 75 70 65 1023456 浸出率／ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ ■ ▲ 图 4 酸浸时间对铜、钴浸出率的影响 酸浸时间／h ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■■ ■ ■ ■ 600 520 440 360 280 1023456 矿浆电位／mV 图 5 浸出过程中矿浆电位随浸出时间的变化 由图 4 可见，浸出时间从 0.5 h 增加至 2 h 时，铜、 钴浸出率分别从 86.39％、84.09％增长至 91.97％、90.12％， 且从矿浆电位的变化来看，前 2 h 矿浆电位波动较大， 说明铜、钴金属还在不断进行反应。 浸出时间延续至 6 h，电位变化趋于平稳，浸出率的变化与电位变化保 持一致，铜、钴浸出基本结束。 综合考虑铜、钴的浸出 速率以及工作效率，确定浸出时间为 2 h。 2.4 综合浸出试验 根据以上条件试验结果可知，该氧化铜矿酸浸的 最佳条件为浸出温度为常温，磨矿粒度为－0.074 mm 粒级占 80％，浸出液固比为 2 ∶1，一次加入硫酸量为 150 kg／ t，浸出时间 2 h。 在最佳条件下取原矿 160 g， 进行综合条件验证试验，浸出结束后，可得到浸渣 138.35 g，化验并计算渣中铜品位为 0.17％，计算得铜 为浸出率 93.80％；渣中钴品位 0.006 4％，钴浸出率为 94.97％；吨矿酸耗量为 62.19 kg，生产 1 t 铜需消耗硫 酸 2.82 t。 3 结 论 刚果（金）某氧化铜钴矿的最佳浸出工艺条件为 常温浸出，硫酸加入量 150 kg／ t，原矿磨矿细度－0.074 mm 粒级占 80％，浸出时间 2 h，浸出液固比 2 ∶1，在此 条件下，铜、钴浸出率可分别达到 93.80％和 94.97％，吨 矿酸耗量为 62.19 kg，生产 1 t 铜需消耗硫酸 2.82 t。 该 工艺可经济有效地回收铜、钴。（下转第 84 页） 77第 6 期杨 玮等 刚果（金）某氧化铜钴矿浸出试验研究 万方数据 用量、Al⁃Ca 合金用量增加，钛收得率呈先升高后降低 的变化趋势。 2） 采用 Al⁃Ca 合金替代部分铝粉进行了高钛铁 制备，可有效降低高钛铁中的铝杂质含量。 3） 采用添加一定 TiO2的 3CaF2⁃CaO 渣体为精炼 剂，可有效去除高钛铁的铝杂质，并能起到一定脱氧 作用。 参考文献 ［1］ 肖翔鸿，刘名扬，罗发应. 铝热法冶炼高钛铁工艺试验［J］. 钢铁 钒钛， 2001（4）47－51. ［2］ 周进华. 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