刚果（金）某硫化铜钴精矿沸腾焙烧试验研究.pdf

刚果（金）某硫化铜钴精矿沸腾焙烧试验研究 ① 李 鑫１， 周 韫２， 王含渊１ （１．中铁资源集团有限公司， 北京 １０００３９； ２．长沙矿冶研究院有限责任公司， 湖南 长沙 ４１００１２） 摘 要 针对刚果（金）某铜钴矿选矿所得硫化铜钴精矿进行了沸腾焙烧试验研究。 研究表明，在焙烧温度 ６２０ ℃、空气线速度 ０􀆱 ４３ ｍ／ ｓ、风矿比 ３．３３ ｍ３／ ｋｇ 的条件下，硫化铜钴精矿焙烧效果较好。 焙砂和焙烧烟尘酸浸试验结果进一步验证了最佳焙烧条件， 焙砂铜、钴、铁浸出率分别为 ９６．４３％，８７．０６％和 １０．８９％，焙烧烟尘铜、钴、铁浸出率分别为 ９６．３２％，８４．０２％和 １７．１２％。 试验研究结 果为该类型铜钴矿选冶联合工艺选择及后期工业化应用提供了实验数据与技术支持。 关键词 硫化铜钴精矿； 沸腾焙烧； 铜； 钴 中图分类号 ＴＦ０４６文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１５．０２．０３２ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１５）０２－０１２９－０３ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ Ｂｅｄ Ｒｏａｓｔｉｎｇ ｏｆ Ｃｏｐｐｅｒ⁃ｃｏｂａｌｔ Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｆｒｏｍ Ｃｏｎｇｏ ＤＲＣ ＬＩ Ｘｉｎ１， ＺＨＯＵ Ｙｕｎ２， ＷＡＮＧ Ｈａｎ⁃ｙｕａｎ１ （１．Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３９， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｃｈａｎｇｓｈａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ＆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００１２， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ⁃ｃｏｂａｌｔ ｓｕｌｆｉｄｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｆｔｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ⁃ｃｏｂａｌｔ ｏｒｅｓ ｆｒｏｍ Ｃｏｎｇｏ ＤＲＣ． Ｉｔ ｉｓ ｓｕｇｇｅｓｔｅｄ ｔｈａｔ ａ ｂｅｔｔｅｒ ｅｆｆｅｃｔ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ⁃ｃｏｂａｌｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ａｔ ａ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ６２０ ℃， ｗｉｔｈ ｌｉｎｅａｒ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ａｉｒ ａｔ ０．４３ ｍ／ ｓ， ａｉｒ／ ｏｒｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ３．３３ ｍ３／ ｋｇ． Ｔｈｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ａｃｉｄ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｔｅｓｔ ｏｆ ｃａｌｃｉｎｅ ａｎｄ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｄｕｓｔ ｔｅｓｔｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｌｅａｃｈｉｎｇ ｒａｔｅｓ ｏｆ Ｃｕ， Ｃｏ， Ｆｅ ｒｅａｃｈｅｄ ９６．４３％， ８７．０６％， １０．８９％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃａｌｃｉｎｅ， ａｎｄ ９６．３２％， ８４􀆱 ０２％， １７．１２％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｄｕｓｔ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔ ｃａｎ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｏｍｅ ｓｏｒｔ ｏｆ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｓｕｃｈ ｃｏｐｐｅｒ⁃ｃｏｂａｌｔ ｓｕｌｆｉｄｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｉｎ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃｏｐｐｅｒ⁃ｃｏｂａｌｔ ｓｕｌｆｉｄｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ； ｆｌｕｉｄｉｚｅｄ ｂｅｄ ｒｏａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｃｏｐｐｅｒ； ｃｏｂａｌｔ 刚果（金） 某铜钴矿含铜 ３．２２％、钴 ０．０４５％、硫 ０􀆱６６％、铁１．７５％。 其中矿石中硫化铜占总铜的 ４０􀆱３７％， 氧化铜和自然铜占 ５９．６３％；硫化钴占总钴的 ２０％，氧 化钴占 ６２．２２％，硅酸盐中钴占 １７．７８％。 通过“先浮硫 化铜钴矿后浮氧化铜钴矿”的选矿流程试验，分别得 到含铜 ４４．８％、含钴 ０．１４％、含硫 １４．５％的硫化铜钴精 矿和含铜 ８．０８％、含钴 ０．１８６％的氧化铜钴精矿。 随着湿法炼铜技术的发展，湿法炼铜工艺在铜冶 炼行业所占比例日益提高，采用湿法工艺处理硫化矿 的趋势日益增大，其中硫化矿焙烧⁃浸出⁃萃取⁃电积工 艺已经得到了很好的工艺应用［１－４］。 本试验重点考察 焙烧温度、风矿比和线速度对硫化铜钴精矿焙烧效果 的影响。 １ 试验原料及方法 １．１ 试验原料 试验原料为选矿扩大试验所得的硫化铜钴精矿， 其化学成分分析结果见表 １。 表 １ 硫化铜钴精矿主要化学成分分析结果（质量分数） ／ ％ ＣｕＣｏＮｉＦｅＭｎＯＣａＯ ４４．８０．１４０．０２１９．０２０．０１３０．９ ＭｇＯＡｌ２Ｏ３ＳｉＯ２ＳＣ ２．６８２．７９１０．４１４．５１．６５ 粒度分析结果见表 ２。 ①收稿日期 ２０１４－１１－０８ 作者简介 李 鑫（１９７３－），男，甘肃金昌人，博士，高级工程师，主要从事矿产资源开发与有色金属冶金研究。 第 ３５ 卷第 ２ 期 ２０１５ 年 ０４ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３５ №２ Ａｐｒｉｌ ２０１５ 表 ２ 硫化铜钴精矿粒级分布 ＋０．０７５ ｍｍ－０．０７５＋０．０４５ ｍｍ －０．０４５＋０．０３８ ｍｍ－０．０３８ ｍｍ ３．１％１１．０４％７．３％７８．５６％ １．２ 试验方法 焙烧试验在 Φ１５０ ｍｍ 外热式沸腾炉系统中进行。 试验时，首先加入冷焙砂，然后开炉升温，待炉温达到 预定温度时开始鼓风、投料，定时采样，测定相关数据。 ２ 结果与讨论 ２．１ 焙烧温度对沸腾焙烧效果的影响 焙烧探索试验表明，当沸腾层温度达到 ５９０ ℃时， 硫化铜精矿才能点火反应。 因此，进行沸腾焙烧试验 时，先通过外部加热使沸腾层温度达到 ６００ ℃，再开始 投料试验。 根据物料的差热差重曲线，选择 ４ 个温度 点进行焙烧温度条件试验。 焙烧温度试验所得焙砂和 烟尘分析结果见表 ３。 表 ３ 不同焙烧温度条件下沸腾焙烧试验结果 焙烧温 度／ ℃ 焙烧矿产 出率／ ％ 烟尘率 ／ ％ 焙砂品位／ ％烟尘品位／ ％Ｓ／ ％ ＣｕＣｏＦｅＣｕＣｏＦｅ焙砂 烟尘 烟气 ＳＯ２ ／ ％ ６２０１２１．０９１６．１４ ３８．３８ ０．１０２ ７．２１ ２８．７５ ０．１３６ ８．９０９．８９６．５８０．６４ ６６０１１９．４２１８．１４ ３９．３３ ０．１０９ ７．５６ ３０．３５ ０．１４４ ８．５１８．５８８．０００．８２ ７００１１４．３３２２．０１ ４１．９０ ０．１１６ ７．８４ ３０．４６ ０．１４８ ８．４９７．８７７．５３１．０４ ７４０１００．４６１５．７１ ４６．９０ ０．１４３ ８．８６ ３９．５１ ０．１４５ ９．５８４．１２６．５６２．５１ 由表 ３ 可知，随着焙烧温度升高，焙烧矿产出率随 之下降，焙烧矿产品的铜、钴、铁品位随之升高，烟气中 的 ＳＯ２浓度随之升高，说明产出矿中的硫酸盐大量分 解产生 ＳＯ２，焙烧效果逐渐变差。 在浸出温度 ６０ ℃，浸出时间 ３ ｈ，浸出搅拌速度 ４００ ｒ／ ｍｉｎ，浸出液固比为焙砂 ８∶１、烟尘 ６∶１时，不同焙 烧温度下得到的焙砂、焙烧烟尘搅拌酸浸试验结果分 别见图１ 和图２。 由图１ 和图２ 可以看出，当焙烧温度 为 ６６０ ℃时，焙砂和焙烧烟尘中铜、钴、铁的综合浸出 指标较好。 当焙烧温度为 ６２０ ℃时，焙砂和焙烧烟尘 图 １ 不同沸腾焙烧温度下焙砂酸浸试验结果 图 ２ 不同沸腾焙烧温度下焙烧烟尘酸浸试验结果 的铜浸出率与焙烧温度 ６６０ ℃时较为接近，但钴浸出 率略差，铁浸出率较高。 当焙烧温度在 ７００ ℃以上时， 铜、钴浸出率下降，浸出效果变差。 因此，选择焙烧温 度 ６６０ ℃较为适宜。 ２．２ 空气线速度对沸腾焙烧效果的影响 根据事先测定的硫化铜钴精矿冷模流态化曲线， 选择空气线速度 ０．４３、０．４７、０．５２ ｍ／ ｓ 进行焙烧试验， 焙烧试验所得焙砂和焙烧烟尘分析结果见表 ４。 表 ４ 不同空气线速度条件下沸腾焙烧试验结果 线速度 ／ （ｍｓ －１ ） 焙烧矿产 出率／ ％ 烟尘率 ／ ％ 焙砂品位／ ％烟尘品位／ ％Ｓ／ ％ ＣｕＣｏＦｅＣｕＣｏＦｅ焙砂 烟尘 烟气 ＳＯ２ ／ ％ ０．４３１１９．４２１８．１４ ３９．３３ ０．１０９ ７．５６ ３０．３５ ０．１４４ ８．５１ ８．５８８．０００．８２ ０．４７１２０．４６２１．２３ ３８．９１ ０．１１２ ７．３３ ３０．１２ ０．１２５ ８．３７ ９．００８．０００．７０ ０．５２１２０．８７２２．８９ ３９．２４ ０．１１１ ７．２６ ３０．９４ ０．１３２ ８．７５ ８．９０８．０００．６７ 由表 ４ 可知，在不同空气线速度条件下，焙烧矿产 出率基本相同，随着空气线速度增大，烟尘率随之升 高，烟气中的 ＳＯ２浓度随之下降，说明在保证半酸化效 果较好的前提下，尽量选择小的空气线速度为宜。 不同空气线速度下得到的焙砂、烟尘搅拌酸浸试 验结果分别见图３ 和图４。 由图３ 和图４ 可以看出，在 空气线速度为 ０．４３ ｍ／ ｓ 时，虽然铁浸出率稍高，但此 时铜、钴浸出率均高于其它线速度下的铜、钴浸出率。 因此，选择空气线速度 ０．４３ ｍ／ ｓ 进行焙烧较为适宜。 图 ３ 不同空气线速度下焙砂酸浸试验结果 ０３１矿 冶 工 程第 ３５ 卷 图 ４ 不同空气线速度下焙烧烟尘酸浸试验结果 ２．３ 风矿比对沸腾焙烧效果的影响 选择风矿比 ４．０５、３．３３、２．７５、１．５４ ｍ３／ ｋｇ 进行焙烧 试验，焙烧试验所得焙砂和焙烧烟尘的分析结果见 表 ５。 表 ５ 不同风矿比条件下沸腾焙烧试验结果 风矿比 ／（ｍ３ ｋｇ －１ ） 焙烧矿产 出率／ ％ 烟尘率 ／ ％ 焙砂品位／ ％烟尘品位／ ％Ｓ／ ％ ＣｕＣｏＦｅＣｕＣｏＦｅ焙砂 烟尘 烟气 ＳＯ２ ／ ％ １．５４１００．８８１６．００ ４５．９３ ０．１４３ ９．３２ ３４．９４ ０．１５０ ９．０７ ５．４８８．４４３．８９ ２．７５１２１．２９１７．０３ ３９．０３ ０．１０８ ７．１８ ３０．５８ ０．１４０ ８．７１ ８．９０８．７００．９５ ３．３３１１９．４２１８．１４ ３９．３３ ０．１０９ ７．５６ ３０．３５ ０．１４４ ８．５１ ８．５８８．０００．８２ ４．０５１１８．４４１７．１０ ３９．２４ ０．１１２ ７．３９ ３０．６１ ０．１４５ ８．６１ ８．７０８．８５０．７２ 由表 ５ 可知，随着风矿比增大，焙烧矿产出率先升 后降，烟气中 ＳＯ２浓度随之下降，烟尘率相差不大。 风 矿比为 ２．７５～４．０５ ｍ３／ ｋｇ 时，烟尘率和产出矿铜、钴、 铁品位结果相近，但烟气中 ＳＯ２浓度逐渐减小；风矿比 为 １．５４ ｍ３／ ｋｇ 时，焙烧矿产出率较小，焙烧产出矿增 重不大，烟尘中 ＳＯ２浓度却达到 ３．８９％，初步判断风矿 比为 １．５４ ｍ３／ ｋｇ 时的焙烧半酸化效果不好。 因此，不 同风矿比的焙烧效果要根据焙烧产出矿的酸浸结果 确定。 不同风矿比条件下得到的焙砂、烟尘搅拌酸浸试 验结果分别见图５ 和图６。 从图５ 和图６ 可以看出，风 矿比为 １．５４ ｍ３／ ｋｇ 时，焙砂和焙烧烟尘的铜浸出率均 较低，铁浸出率均较高，说明在小风矿比情况下，半酸 化焙烧效果较差。 在其它风矿比条件下，焙砂和烟尘 的铜浸出率均较高，铁浸出率均较低。 综合考虑，选择 风矿比 ３．３３ ｍ３／ ｋｇ 较为适宜。 图 ５ 不同风矿比条件下焙砂酸浸试验结果 图 ６ 不同风矿比条件下焙烧酸浸试验结果 ３ 结 论 沸腾焙烧试验表明，焙烧温度、空气线速度和风矿 比对焙烧效果影响较大。 在焙烧温度 ６２０ ℃、空气线 速度 ０．４３ ｍ／ ｓ 和风矿比 ３．３３ ｍ３／ ｋｇ 的条件下，硫化铜 钴精矿焙烧效果较好。 焙砂、焙烧烟尘酸浸试验结果 进一步验证了最佳焙烧条件，焙砂铜、钴、铁浸出率分 别为 ９６．４３％，８７．０６％和 １０．８９％，焙烧烟尘铜、钴、铁浸 出率分别为 ９６．３２％，８４．０２％和 １７．１２％。 参考文献 ［１］ 陈光耀，李显华，邹 魁． 铜精矿焙烧浸出的探索试验［Ｊ］． 有色 金属科学与工程，２０１１（５）４５－４８． ［２］ 孙留根，王 云，刘大学． 铜钴精矿焙烧浸出试验研究［Ｊ］． 有色 金属（冶炼部分），２０１２（８）３７－４１． ［３］ 王 军，王成彦，王 忠． 复杂铜精矿沸腾焙烧扩大试验研究［Ｊ］． 有色矿冶，２０１１（１）５４－５６． ［４］ 刘忠胜，邢 飞，段英楠． 某铜钴金矿硫酸化焙烧试验研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１４，３４（５）１１２－１１６． １３１第 ２ 期李 鑫等 刚果（金）某硫化铜钴精矿沸腾焙烧试验研究