铜钴硫化物精矿氧压浸出工艺研究.pdf

铜钴硫化物精矿氧压浸出工艺研究 ① 兰玮锋 （江西江钨钴业有限公司，江西 赣州 341000） 摘 要 对铜钴硫化物精矿进行了氧压浸出工艺研究。 结果表明，在温度 180 ℃、氧分压 600 kPa、液固比 4、反应时间 2 h 的浸出条 件下，铜浸出率 99％，钴浸出率 98.5％，硫浸出率 98％。 氧压浸出工艺具有铜钴浸出率高、浸出过程硫酸根平衡较好、不产生明显过 剩硫酸、浸出后液易于处理等优点。 关键词 铜钴硫化物； 氧压浸出； 铜； 钴 中图分类号 TF815文献标识码 Adoi10.3969／ j.issn.0253-6099.2018.04.029 文章编号 0253-6099（2018）04-0115-03 Oxygen Pressure Leaching of Cu-Co Sulfide Concentrate LAN Wei-feng （Jiangxi Jiangwu Cobalt Industry Co Ltd， Ganzhou 341000， Jiangxi， China） Abstract An experiment was conducted for oxygen pressure leaching of Cu-Co sulfide concentrate at a temperature of 180 ℃， with partial pressure of oxygen at 600 kPa， liquid-solid mass ratio at 4. After 2 hours of reaction， leaching rates of copper， cobalt and sulfur were 99％， 98.5％ and 98％， respectively. It is shown that the oxygen pressure leaching process can result in a high copper and cobalt leaching rates and a good sulfate radical balance without an obvious excess of sulfuric acid. Besides， the leaching solution is easy for further treatment. Key words Cu-Co sulfide concentrate； oxygen pressure leaching； copper； cobalt 独立的钴矿物较少，多伴生于铜钴矿、砷钴矿、黄 铁矿矿床和镍钴矿中［1］。 对于硫铜钴矿，通过选矿富 集得到的精矿铜钴分离效果不太理想，存在铜钴互含 的问题。 为了实现金属的综合回收利用，对冶炼工艺 提出了更高的要求［2-3］。 铜钴硫化矿的冶炼方法主要 有硫酸化焙烧-浸出、加压浸出、微生物浸出、氨浸、火 法冶炼等［2-5］。 目前，工业上常采用硫酸化焙烧-浸出 工艺处理钴硫精矿以及铜钴硫化物精矿。 由于环保审 查要求日益严格，小型沸腾焙烧工艺新建项目难以通 过环评审批，因此湿法浸出工艺逐渐成为处理此类矿 物的研究热点。 加拿大的科明科公司开发了 CESL 加 压浸出铜钴精矿的技术，浸出液送萃取-电积系统生产 铜和钴，浸出渣中主要含 S 和 Fe2O3，经浮选后回收贵 金属和硫［6］。 加压浸出具有可处理复杂多金属硫化 矿、同时提取多种有价金属、金属提取率高、浸出与除 铁过程合二为一等优势。 本文拟采用氧压浸出-萃取 工艺处理铜钴硫化物精矿，考察浸出温度、氧分压、初 始矿浆浓度、浸出时间等因素对铜、钴浸出的影响，以 获得合理的氧压浸出工艺参数。 1 实验原料与方法 1.1 实验原料 实验原料为铜钴硫化物精矿，其主要化学成分见表1。 表 1 铜钴硫化物精矿主要化学成分（质量分数） ／ ％ CuCoNiSFeSiO2MgAl 32.68.650.5225.1910.377.112.050.25 1.2 实验方法 氧压浸出实验在 2 L 立式衬钛加压釜中进行。 将 铜钴硫化物精矿按一定比例加水浆化后注入釜中，并 通入少量氧气，密闭升温至浸出温度后，通入氧气并将 总压调整至实验需要值，开始计时。 到达设定的反应 时间后，通冷却水冷却釜体至 70 ℃以下，取出物料过 滤分离后，取样分析。 ①收稿日期 2018-01-05 作者简介 兰玮锋（1974-），男，陕西咸阳人，工程师，长期从事冶金技术研究及管理工作。 第 38 卷第 4 期 2018 年 08 月 矿矿 冶冶 工工 程程 MINING AND METALLURGICAL ENGINEERING Vol.38 №4 August 2018 万方数据 1.3 实验基本原理 在氧化气氛下，加压浸出过程主要发生如下反应 4CuFeS2＋ 2H2SO4＋ 17O2���� 4CuSO4＋ 2Fe2（SO4）3＋ 2H2O 2Cu2S ＋ 5O2＋ 2H2SO4����4CuSO4＋ 2H2O CoS ＋ 2O2����CoSO4 4FeS2＋ 2H2O ＋ 15O2���� 2H2SO4＋ 2Fe2（SO4）3 在酸度较低时，铁离子水解生成赤铁矿，产生硫 酸，反应如下 2Fe2（SO4）3＋ 3H2O����Fe2O3＋ 3H2SO4 2 实验结果与分析 2.1 浸出温度的影响 矿样 200 g，氧分压 600 kPa，总压 1 600 kPa，液固 比 4，反应时间 2 h，浸出温度对氧压浸出效果的影响 如图 1 所示。 浸出温度／℃ 100 98 96 94 92 90 160170180190200 浸出率／ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ Cu Co S 图 1 浸出温度对氧压浸出效果的影响 实验结果表明，温度提高，铜、钴、硫浸出率升高， 但温度过高，水蒸汽压明显升高。 当温度为 180 ℃时， 铜、钴浸出率可分别达到99.05％、98.63％。 因此，建议 反应温度 180 ℃。 2.2 氧分压的影响 浸出温度 180 ℃，其他条件不变，氧分压分别为 400、500、600 kPa，对应总压分别为 1 400、1 500、1 600 kPa，氧分压条件实验结果如图 2 所示。 氧分压／kPa 100 99 98 97 96 95 400450500550600650 浸出率／ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ Cu Co S 图 2 氧分压对氧压浸出效果的影响 实验结果表明，提高氧分压有利于铜、钴的浸出。 初步推荐氧分压 600 kPa。 2.3 液固比的影响 氧分压 600 kPa，其他条件不变，液固比条件实验 结果如图 3 所示。 液固比 100 99 98 97 96 95 23456 浸出率／ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ Cu Co S 图 3 液固比对氧压浸出效果的影响 实验结果表明，液固比对铜钴浸出率的影响较小， 但是降低液固比，浸出液终点酸度和金属离子浓度随 之增大。 考虑到后续萃取工序的需求以及全流程的酸 平衡，推荐液固比为 4。 2.4 反应时间的影响 液固比 4，其他条件不变，反应时间条件实验结果 如图 4 所示。 反应时间／min 100 90 80 70 60 50 40 30 0306090120 浸出率／ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ● ▲ ■ ●▲ ■● ▲ Cu Co S 图 4 反应时间对氧压浸出效果的影响 实验结果表明，随着反应时间延长，铜钴浸出率逐 渐增加。 当反应时间延长至2 h，铜钴浸出率可分别达 到 99.05％、98.63％。 建议反应时间 2 h。 2.5 验证实验 优化实验条件为矿样 200 g，浸出温度 180 ℃，氧 分压 600 kPa，总压 1 600 kPa，液固比 4，反应时间 2 h。 在优化条件下进行了 3 组平行实验，结果表明，实验结 果稳定，平均浸出率分别为 Cu 99％，Co 98.5％，S 98％。 浸出渣和浸出液主要成分见表 2。 浸出液中含 Cu 67.21 g／ L，Co 18.67 g／ L，Ni 1.07 g／ L， H2SO412 g／ L，而绝大 部分铁进入浸出渣中，目前尚无经济有效方法回收。 611矿 冶 工 程第 38 卷 万方数据 浸出液中和后进入萃取工序提铜，萃余液除杂后萃取 分离回收镍和钴。 表 2 浸出液和浸出渣主要化学成分 元素浸出液／ （gL -1 ）浸出渣／ ％ Cu67.211.19 Co18.670.48 Fe0.4237.96 SiO226.61 Al0.050.84 Ni1.070.06 Mg0.886.15 H2SO412 3 结 论 1） 氧压浸出单因素实验结果表明，在一定范围 内，提高反应温度、氧分压和延长反应时间均有利于提 高铜、钴浸出率，液固比对铜钴浸出率影响不明显。 2） 通过单因素实验，得出氧压浸出最佳工艺条件 为温度 180 ℃，氧分压 600 kPa，液固比 4，反应时间 2 h。 在此条件下，铜浸出率 99％，钴浸出率 98.5％，硫 浸出率 98％。 3） 通过实验可知，氧压浸出工艺适于处理铜钴硫 化物精矿，它具有铜钴浸出率高、浸出过程硫酸根平衡 较好、不产生明显过剩硫酸、浸出后液易于处理等优点。 参考文献 ［1］ 李美娜. 低品位铜钴矿多金属的综合回收［D］. 长春吉林大学化 学学院，2017. ［2］ 叶龙刚，李 云，唐朝波，等. 铜钴伴生硫化矿火法冶炼过程钴的 分配计算［J］. 有色金属（冶炼部分）， 2014（2）5-8. ［3］ 梁新星，胡 磊，欧阳全胜. 铜钴矿研究进展及发展趋势［J］. 湖 南有色金属， 2014，30（3）42-45. ［4］ 王光辉. 从富钴铜转炉渣中回收铜、钴的研究［D］. 沈阳东北大 学材料与冶金学院，2011. ［5］ 汪 恂，龚文琪. 微生物学在浸矿技术中的应用研究［J］. 武汉理 工大学学报， 2005（3）56-58. ［6］ 刘大星，蒋开喜，王成彦. 铜湿法冶金技术的现状及发展趋势［J］. 有色冶炼， 2000（4）1-5. 引用本文 兰玮锋. 铜钴硫化物精矿氧压浸出工艺研究［J］. 矿冶工程， 2018，38（4）115-117. �������������������������������������������������������������������������������������������������� （上接第 114 页） 一是矿区原生混合菌种对矿浆环境的耐受性较高，二 是该工艺过程充分激活了微生物浸矿直接作用和间接 作用的协同效应。 参考文献 ［1］ 周吉奎. 三类生物冶金微生物菌种的选育及其与矿物作用研 究［D］. 长沙中南大学资源加工与生物工程学院， 2004. ［2］ 陈勃伟，温建康. 生物冶金中混合菌的作用［J］. 金属矿山， 2008 （4）13-17. ［3］ 刘红昌，聂珍媛，马亚龙，等. 金属硫化矿微生物作用过程中界面 硫化学形态转化及硫活化机制研究［J］. 矿物岩石地球化学通 报， 2017，36（S）653-654. ［4］ 刘丽君，刘双江，姜成英. 嗜热微生物及在高温生物冶金过程中的 应用［J］. 微生物学通报， 2016，43（5）1101-1112. ［5］ 刘海英，李崇德. 某低品位钼矿浮选工艺研究［J］. 有色金属（选 矿部分）， 2013（1）35-39. ［6］ 俞 娟，杨洪英，陈燕杰，等. 低品位钼精矿的钼提取研究［J］. 东 北大学学报（自然科学版）， 2011，32（8）1141-1144. ［7］ 周根茂，曾毅君，孟 舒. 用碱法从低品位难选辉钼矿中浸出钼的 试验研究［J］. 湿法冶金， 2015，34（6）466-469. ［8］ 卢 涛，魏德洲，沈岩柏，等. 胶硫钼矿型难选钼矿的微生物浸出 试验研究［J］. 中国矿业大学学报， 2016，45（1）157-142. ［9］ 邹 平，周兴龙，张文彬，等. 低品位硫化铜矿生物柱浸过程细菌 种群结构及演替规律［J］. 过程工程学报， 2009，9（1） 88-94. ［10］ Yaghobi Moghaddam M， Shafaei S Z， Noaparast M， et al. 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