碳酸銅礦中鈷的選擇性浸出

齊美富,陳 瑛

(南昌大學環(huán)境與化學工程學院,江西南昌 330029)

環(huán)境·健康·安全

碳酸銅礦中鈷的選擇性浸出

齊美富,陳 瑛

(南昌大學環(huán)境與化學工程學院,江西南昌 330029)

對碳酸銅礦中銅、鈷浸出過程的反應及行為進行了分析。在大量實驗的基礎上,結(jié)合理論分析,探討了浸出條件對礦樣中鈷選擇性浸出的影響,進而確定了鈷選擇性浸出的實驗室最佳條件為:浸出時間 3 h,浸出溫度 70℃以上,pH為 5,液固體積比為 5∶1,浸出液中添加質(zhì)量濃度為 27.11 g/L的硫酸銅溶液 1.5 mL。實驗結(jié)果表明,該條件下鈷的浸出率可達到 78.37%,銅的浸出率僅為 0.04%,實現(xiàn)了鈷與銅的有效分離,可以優(yōu)先浸出鈷,實現(xiàn)鈷資源的充分利用。

碳酸銅礦;鈷;選擇性浸出

1 實驗材料及方法

1.1 實驗原料

實驗采用的原料為杭州某廠從非洲進口的堿式碳酸銅礦。將原料在 100℃烘干 24 h,冷卻后經(jīng)制樣粉碎機粉碎后,用尼龍篩篩分預處理使粒度小于150μm,采用原子吸收分光光度法和 X射線光譜分析儀對礦樣進行化學組成及微觀結(jié)構(gòu)分析。礦樣的主要化學成分見表 1。

表 1 樣品化學分析結(jié)果 %

采用 X射線光譜分析儀對礦樣分析表明,碳酸銅礦樣中的銅主要以堿式碳酸銅的形式存在,有少量的四氧化三銅及氧化銅存在;鈷主要以堿式碳酸鈷的形式存在,有少量的四氧化三鈷和氧化鈷存在,礦樣的物相分析結(jié)果見表 2。

表 2 樣品物相分析結(jié)果 %

1.2 實驗方法

將預處理后的碳酸銅礦加入 250 mL錐形瓶中,將錐形瓶置于磁力加熱攪拌器之上組成浸出裝置,以自制溫控裝置控制溫度恒定,連續(xù)加入硫酸,以pHS-3G pH計指示浸出液 pH;浸出結(jié)束后,采用真空過濾裝置過濾,測定濾液中的鈷及銅離子濃度來測定鈷和銅的浸出率。

浸出液中 Co2+采用原子吸收分光光度法測定,Cu2+采用原子吸收分光光度法或碘量法測定。

1.3 主要儀器及試劑

PANalyticalAxios型 X射線光譜分析儀,361MC型原子吸收分光光度計,pHS-3G pH計,電熱鼓風恒溫干燥箱,磁力加熱攪拌器,電子天平,密閉式制樣粉碎機,真空過濾器。

98%(質(zhì)量分數(shù))硫酸,濃鹽酸,濃硝酸,冰乙酸,碘化鉀,無水亞硫酸鈉,氟化氫銨,硫代硫酸鈉。

2 鈷選擇性浸出的原理[1-6]

鈷選擇性浸出的原理主要是將堿式碳酸銅礦用硫酸進行漿化酸溶,溫度保持在 60～80℃,使鈷、銅等碳酸鹽及氧化態(tài)盡可能全部溶解。

隨著浸出過程不斷進行,溶液中酸量不斷降低,pH不斷上升,CuSO4,CoSO4發(fā)生水解:

根據(jù)金屬氫氧化物沉淀的 pH的差別[Co(OH)2為 7.5,Cu(OH)2為 5.0],溶液中金屬呈現(xiàn)不同的形態(tài),從而鈷能選擇性的浸出。當pH≥5時,浸出液中的銅含量下降到很低值 (0.002%左右),銅主要呈堿式硫酸銅存在于一段浸出渣中,與此同時,CuSO4與鈷沉淀發(fā)生大量的交互反應,使鈷沉淀被迅速置換出來,而 Cu以沉淀形式存于渣中。

3 實驗結(jié)果及討論

3.1 浸出率的時間效應

準確稱量礦樣 10 g,在 pH為 4.5、溫度為30℃、液固體積比 (以下簡稱液固比)為 5∶1條件下,分別考察不同浸出時間下鈷及銅的浸出率,結(jié)果如圖 1所示。由圖 1可知,鈷及銅的浸出率隨浸出時間增加而不斷提高。當浸出時間為 1 h時,鈷浸出率只有 29%左右,隨著浸出時間的增加,當浸出時間達到 3 h時,鈷浸出率達到 33.5%左右,再提高浸出時間,浸出率曲線只是平緩上升,上升幅度不大。主要原因可能是隨著浸出時間的增加,碳酸銅礦中的鈷與浸出劑在該環(huán)境條件下達到反應的臨界點,溶液中各離子濃度處于一種相對平衡的狀態(tài),因此,浸出時間選擇 3 h左右比較合適。

圖 1 浸出時間對浸出率的影響

3.2 溫度對浸出率的影響

準確稱量礦樣 10 g,在 pH為 4.5、浸出時間為3 h、液固比為 5∶1條件下,分別考察不同浸出溫度條件下鈷及銅的浸出率,浸出結(jié)果如圖 2所示。由圖 2可知,鈷的浸出率隨著溫度的升高而增加,溫度升高對鈷的浸出有利,在 45℃時浸出率只有 30%左右,到 75℃時浸出率已接近 70%左右,溫度升高到 90℃時浸出率達到 70%以上;而銅的浸出率則和鈷的浸出率恰好相反,銅的浸出率隨著溫度升高而降低。其中原因主要是由于隨著溫度的升高,硫酸鈷的溶解度增加,另外在弱酸體系中,Cu2+與Co2+存在置換關系,隨著溫度升高,銅的浸出率升高,但是浸出液中銅離子立即與 Co(OH)2反應,所以,溫度越高,越有利于鈷的選擇性浸出。

圖 2 浸出溫度對浸出率的影響

3.3 pH對浸出率的影響

準確稱量礦樣 10 g,在溫度為 70～90℃、浸出時間為 3 h、液固比為 5∶1條件下,分別考察不同 pH條件下鈷及銅的浸出率,結(jié)果見圖 3所示。從圖 3可看出,隨著 pH的增大,浸出率減小。在 pH為3.5時,鈷的浸出率為 50.34%,而銅的浸出率亦達到了31.82%,鈷的浸出選擇性很差;當 pH增大到 5時,鈷的浸出率減小到 33%左右,而銅的浸出率則降到了 8%左右,鈷的浸出選擇性提高;繼續(xù)增大pH,鈷的浸出率減小,而鈷的浸出選擇性沒有增加。

圖 3 pH對浸出率的影響

3.4 液固比對浸出率的影響

準確稱量礦樣 10 g,在溫度為 70～90℃、浸出時間為 3 h、pH為 5條件下,分別考察不同液固比條件下鈷及銅的浸出率,結(jié)果如圖 4所示。從圖 4可知,隨著液固比的增加,鈷的浸出率增大,但是在液固比增大到 5∶1時,鈷的浸出率增加趨勢趨于平緩;但是隨著液固比的增大,銅的浸出率也隨著增大,為了更利于鈷的選擇性浸出,選擇液固比為 5∶1。

圖 4 不同的液固比對浸出率的影響

3.5 浸出液中 CuSO4添加量對浸出率的影響

準確稱量礦樣 10 g,在溫度為 70～90℃、液固比為 5∶1、pH為 5、浸出時間為 3 h條件下,分別在浸出液中添加配制好的 27.11 g/L的硫酸銅標液0.1,0.5,1.0,1.5,2.0 mL,以考察 Cu2+用量對浸出率的影響,結(jié)果如圖 5所示。從圖 5可知,隨著CuSO4用量的增加,鈷的浸出率增大,并且銅的浸出率減小。CuSO4用量為 1.5 mL時有利于鈷的選擇性浸出,繼續(xù)增加 CuSO4的用量,鈷的選擇性浸出增加不明顯。在浸出液中加入硫酸銅溶液,一方面抑制了碳酸銅礦中銅的浸出,另一方面 Cu2+在弱酸條件下,將堿式硫酸鈷中的鈷離子置換出來,提高了鈷浸出的選擇性。

圖 5 CuSO4用量對浸出率的影響

4 結(jié)論

1)通過在硫酸體系中浸出碳酸銅礦中鈷的實驗,得出鈷可以優(yōu)先選擇性浸出,且具有較好的浸出效果。2)浸出過程的最佳工藝條件為:浸出時間為3 h,浸出溫度 70～90℃,浸出液 pH為 5,液固比為5∶1,浸出液中硫酸銅的添加量為 1.5 mL,在此浸出條件下,鈷的浸出率具有較好的選擇性。3)在硫酸體系中選擇性地浸出鈷,在提取鈷的同時又可以使碳酸銅礦的銅質(zhì)量分數(shù)提高 10%以上,不僅資源得到綜合利用,而且作為銅精礦的碳酸銅,其雜質(zhì)減少,銅產(chǎn)品的質(zhì)量也得到提高。

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Selectively leaching of cobalt from copper carbonate ore

QiMeifu,Chen Ying
(School of Environm ental and Chem ical Engineering,Nanchang University,Nanchang330029,China)

Study of selectively leaching cobalt from copper carbonate ore has been carried out.Reaction and behavior during the copper and cobalt leaching process were analyzed.Effects of the leaching conditions of selectively leaching processwere experimentally investigated and the optimum laboratory conditionswere confirmed as follows:leaching time was 3 h,leaching temperature was above 70 ℃,pH was 5,volume ratio of liquid to solid was 5∶1,and the amount of CuSO4at the mass concentration of 27.11 g/L was 1.5 mL.Results showed that the leaching rate of cobaltwas 78.37%and the leaching rate of copperwas just 0.04%under the above conditions.Effective separation of copper and cobaltwas realized and cobalt can be preferentially leached out so as to achieve the full utilization of resources.

copper carbonate ore;cobalt;selectively leaching

TQ131.21

A

1006-4990(2010)01-0050-03

2009-07-24

齊美富 (1966— ),男,副教授,主要從事污染控制及資源化利用的教學、研究和設計工作。

聯(lián) 系 人:陳瑛

聯(lián)系方式:cing84@163.com