鈷白合金和水鈷礦聯(lián)合高壓酸浸的工藝研究

陳 亮

(英德佳納金屬科技有限公司, 廣東 英德 513056)

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試驗研究

鈷白合金和水鈷礦聯(lián)合高壓酸浸的工藝研究

陳 亮

(英德佳納金屬科技有限公司, 廣東 英德 513056)

對鈷白合金和水鈷礦聯(lián)合高壓酸浸的工藝進行了研究。鈷白合金首先在常壓下進行一段浸出，一段浸出渣和水鈷礦在加壓下聯(lián)合浸出，考察了影響浸出的各種因素。試驗結(jié)果表明：加壓浸出較佳反應(yīng)條件為溫度160 ℃，硫酸濃度為2.5 mol/L，液固比為6，反應(yīng)時間為4 h，攪拌速度300 r/min，鈷白合金和水鈷礦質(zhì)量比為1∶4。在此浸出條件下，鈷、銅的浸出率分別達到99.9%和99.92%。

高壓酸浸； 鈷白合金； 水鈷礦

我國是鈷資源貧乏的國家，鈷資源主要特點是貧礦多、富礦少，缺少單獨的鈷礦床，鈷主要在鎳、銅、鐵等礦脈中以共生元素的形式存在，故鈷主要是作為鎳、銅和鐵礦山的副產(chǎn)物回收，原生鈷資源極少[1]。因此，開發(fā)海外鈷資源對我國經(jīng)濟的發(fā)展具有戰(zhàn)略的、全局性的意義，是有色金屬工業(yè)發(fā)展主要的、必然的選擇。目前我國已從國外大量進口鈷精礦，如水鈷礦，以及有色金屬冶煉中間產(chǎn)品，如鈷白合金。

水鈷礦浸出采用加還原劑酸浸法，這種工藝對設(shè)備及環(huán)境要求都比較友好，因此為大多數(shù)廠家所采用。鈷白合金是以鈷、銅、鐵為主要成分的冶煉中間產(chǎn)品，它是熔煉氧化鈷礦和鈷精礦的富銅產(chǎn)品之一。為提取白合金中的有價金屬鈷和銅，通常采用浸出法將合金中的鈷和銅轉(zhuǎn)入溶液，目前所采用的浸出方法有：氧壓酸浸法[2-3]，加氧化劑酸浸法[4]等。上述方法大多都存在一些不足和欠缺，如加氧化劑酸浸法，需消耗大量氧化劑，生產(chǎn)成本高；氧壓酸浸法需通入氧氣，既增加了生產(chǎn)成本，且對設(shè)備控制精度要求高，存在一定的風(fēng)險性。

基于水鈷礦的強氧化性，鈷白合金的還原性，利用兩礦聯(lián)合浸出，即可滿足水鈷礦還原分解所需還原劑，又可以滿足白合金氧化分解所需的氧化劑，實現(xiàn)資源綜合利用。本文提出采用常壓預(yù)浸出，浸出渣和水鈷礦聯(lián)合高壓酸浸的工藝，并研究了高壓酸浸過程中各主要影響因素對鈷、銅浸出率的影響。

1 試驗

1.1 試驗原料

本試驗所用原料鈷白合金和水鈷礦均由非洲進口，經(jīng)過球磨機細(xì)磨并過200目篩，其主要化學(xué)成分如表1和表2所列。

表1 白合金金屬成分 %

表2 水鈷礦金屬成分 %

1.2 試驗原理與方法

常壓預(yù)浸出過程主要發(fā)生以下反應(yīng)：

(1)

(2)

(3)

高壓酸浸過程主要發(fā)生以下反應(yīng)[5]：

(4)

(5)

(6)

(7)

白合金經(jīng)球磨并過200目篩后，控制浸出溫度、浸出時間、硫酸濃度、液固比等試驗條件先進行預(yù)浸出。預(yù)浸出結(jié)束后，預(yù)浸合格礦漿轉(zhuǎn)入加壓釜中，按一定質(zhì)量比加入水鈷礦，加蓋密封，待升溫至設(shè)定溫度時開始計時，在浸出過程中保持?jǐn)嚢柁D(zhuǎn)速恒定，浸出結(jié)束后通水冷卻并卸壓啟釜，將浸出渣用水淋洗烘干。浸出液和浸出渣分別送樣分析，浸出率按渣計。

1.3 分析方法

采用原子吸收光譜分析溶液及渣中的Co、Cu、Fe。

2 結(jié)果討論

2.1 常壓預(yù)浸出

常壓預(yù)浸出的目的是為了減少和避免在加壓釜內(nèi)合金浸出過程產(chǎn)生氫氣所造成的麻煩以及完成銅鈷與鐵分離時酸平衡的要求，在合金粉漿化過程中加入一定量的濃硫酸進行常壓預(yù)浸是必要的。在浸出溫度90 ℃，浸出時間6 h，硫酸濃度2 mol/L，液固比為10∶1的反應(yīng)條件下，鈷、鐵的浸出率分別為81.8%和84.71%，銅基本上不浸出，浸出渣化學(xué)成分如表3所示。

表3 浸出渣金屬成分含量 %

2.2 加壓浸出

2.2.1 反應(yīng)溫度對浸出過程的影響

在硫酸濃度1 mol/L，反應(yīng)時間6 h，液固比6∶1，攪拌速度450 r/min，白合金和水鈷礦質(zhì)量比為1∶9的條件下進行溫度對浸出效果的影響試驗，結(jié)果如圖1所示。

圖1 浸出溫度對浸出率的影響

從圖1中可以看出，鈷、銅的浸出率隨著反應(yīng)溫度的升高變化不大，而鐵的浸出率隨溫度升高而降低，有利于減少下段除鐵工序的負(fù)荷。綜合考慮三者的浸出效果和能耗的損失，選擇浸出反應(yīng)溫度為160 ℃，此時鈷、銅和鐵的浸出率分別為71.96%，96.78和44.81%。

2.2.2 硫酸濃度對浸出過程的影響

在溫度160 ℃，時間6 h，液固比6∶1，攪拌速度450 r/min，白合金和水鈷礦質(zhì)量比為1∶9的條件下進行硫酸濃度對浸出效果的影響試驗，結(jié)果如圖2所示。

圖2 硫酸濃度對浸出效果的影響

從圖2中可以看出，鈷、銅浸出率隨硫酸濃度的增加而升高，當(dāng)硫酸濃度為2.5 mol/L時，鈷、銅浸出率分別達到93.11%和99.3%，繼續(xù)提高硫酸濃度將會增加下段凈化工序成本并對設(shè)備的防腐蝕提出更高要求，故選擇2.5 mol/L為適宜的硫酸濃度。

2.2.3 水鈷礦和白合金配比對浸出過程的影響

在溫度160 ℃，時間6 h，液固比6∶1，攪拌速度450 r/min，硫酸濃度2.5 mol/L的條件下進行水鈷礦和白合金配比對浸出效果的影響試驗，結(jié)果如圖3所示。

圖3 白合金和水鈷礦質(zhì)量比對浸出效果的影響

從圖3中可以看出，鈷、銅浸出率隨白合金和水鈷礦質(zhì)量比的提高而升高，當(dāng)質(zhì)量比為1∶4時達到最大值，繼續(xù)增加質(zhì)量比鈷、銅浸出率有所下降，此時鈷、銅浸出率分別為99.96%和99.98%，故選擇白合金和水鈷礦質(zhì)量比1∶4為適宜值。

2.2.4 反應(yīng)時間對浸出過程的影響

從生產(chǎn)角度上考慮，縮短反應(yīng)時間有利于提高生產(chǎn)率和降低成本，在溫度160 ℃、硫酸濃度2.5 mol/L，液固比6∶1，攪拌速度450 r/min，白合金和水鈷礦的質(zhì)量比為1∶4條件下進行反應(yīng)時間對浸出效果的影響試驗，結(jié)果如圖4所示。

圖4 反應(yīng)時間對浸出效果的影響

從圖4中可以看出，縮短反應(yīng)時間對鈷、銅浸出率影響不大，反應(yīng)時間4 h和6 h條件下鈷浸出率均大于99.9%，銅浸出率均大于99.7%。因為在高溫高壓條件下，反應(yīng)過程的動力學(xué)條件得到很大改善，加快了浸出速度，大大縮短了浸出時間，提高了生產(chǎn)效率。因此，選擇合適的反應(yīng)時間為4 h。

2.2.5 攪拌速度對浸出過程的影響

在溫度160 ℃，時間4 h，硫酸濃度2.5 mol/L，液固比6∶1，白合金和水鈷礦的質(zhì)量比為1∶4條件下進行攪拌速度對浸出效果的影響試驗，結(jié)果如圖5所示。

圖5 攪拌速度對浸出效果的影響

從圖5中可以看出，攪拌速度對鈷、銅浸出率影響不大，攪拌速度從450 r/min減至300 r/min，鈷浸出率均大于99.9%，銅浸出率均大于99.7%。為減少動力能源消耗，選擇合適的攪拌速度為300 r/min。

2.2.6 綜合試驗

通過對影響浸出各因素的考察，綜合考慮經(jīng)濟、能耗等原因，選擇最佳浸出條件：溫度160 ℃，時間4 h，硫酸濃度2.5 mol/L，液固比6∶1，攪拌速度300 r/min，白合金和水鈷礦的質(zhì)量比為1∶4，試驗結(jié)果：鈷、銅的浸出率分別為99.9%、99.92%，渣含鈷、銅均小于0.1%，終酸1.4 mol/L，為降低下段凈化成本，可將高壓酸浸液作為一段浸出液浸出鈷白合金。

3 結(jié)論

(1)采用兩礦聯(lián)合浸出，以水鈷礦為氧化劑，白合金為還原劑進行聯(lián)合浸出的工藝是完全可行的。

(2)一段常壓浸出在浸出溫度90 ℃，浸出時間6 h，硫酸濃度2 mol/L，液固比為10∶1的反應(yīng)條件下，鈷、鐵的浸出率分別為81.8%和84.71%，銅基本上不浸出。

(3)二段聯(lián)合加壓浸出在溫度160 ℃，時間4 h，硫酸濃度2.5 mol/L，液固比6∶1，攪拌速度300 r/min，白合金和水鈷礦的質(zhì)量比為1∶4的條件下，鈷、銅的浸出率分別為99.9%、99.92%，渣含鈷、銅均小于0.1%。

[1] 黃勝，張磊，王海北. 復(fù)雜硫化鈷礦加壓浸出工藝研究[J] . 有色金屬(冶煉部分), 2010,(1):2-4.

[2] 楊坤，張春生. 加壓浸出脫除鈷白合金中銅和鈷的研究[J]. 有色金屬設(shè)計,2014,41(2):37-41.

[3] 王振文，江培海，許飛. 高硅鈷白合金加壓浸出工藝研究[J]. 礦冶,2013,22(2):67-70.

[4] 王含淵，江培海，張寅生.鈷白合金濕法冶金工藝研究[J]. 礦冶, 1997,6(1):67-69.

[5] 崔學(xué)仲，曹祥瑞，彭淑媛. 自鎳銅轉(zhuǎn)爐渣中回收鈷[J] . 有色金屬(冶煉部分), 1982,(1):34-39.

中國6年撥付172億元人民幣支持重金屬污染治理

中國國務(wù)院新聞辦公室公布《〈國家人權(quán)行動計劃(2012～2015年)〉實施評估報告》。報告顯示，2010～2015年，中央財政撥付172億元人民幣資金支持重金屬污染治理。

報告說，環(huán)境執(zhí)法和責(zé)任追究力度不斷加強。全國環(huán)保系統(tǒng)積極創(chuàng)新監(jiān)管執(zhí)法方式模式，相繼開展環(huán)保專項行動和環(huán)保大檢查，嚴(yán)懲環(huán)境違法和環(huán)境污染犯罪，進一步健全了生態(tài)環(huán)境損害賠償制度。

重金屬污染得到有效治理。2014年，全國鉛、汞、鎘、鉻和類金屬砷五種重點重金屬污染物排放總量比2007年下降20%，重金屬污染事件自2010～2011年的平均每年10余起下降到2012～2015年的平均每年不到3起。

水污染治理能力得到提升。2015年4月，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》。全國地表水劣Ⅴ類水質(zhì)比例自2001年的35.7%下降到2015年的8.8%。2015年，338個地級及以上城市集中式飲用水水源取水量達標(biāo)率為97.1%。

空氣污染治理力度加大。2011～2015年，化學(xué)需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物四項污染物排放量，分別下降12.9%、13.0%、18.0%和18.6%。

2015年，全國所有地級及以上城市已全部實施新環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。全國338個地級及以上城市全部具備PM2.5等六項指標(biāo)監(jiān)測能力。

同時，2011～2015年，天然林資源保護工程投資達898億元人民幣，約108萬平方公里的天然林得到有效保護。截至2014年年底，全國城市綠化覆蓋率為40.22%。截至2015年年底，中國森林覆蓋率為21.66%。

Study on simultaneous acid pressure leaching of Co white alloy and heterogenite

CHEN Liang

The process of simultaneous acid pressure leaching of Co white alloy and heterogenite was investigated in this paper. The Co white alloy first was leached at atmospheric pressure, then, the leaching residue and heterogenite combined leaching in pressurized, the various factors influencing the leaching were investigated. The test results showed that the better reaction conditions during the process of pressure leaching are reaction temperature of 160 ℃, sulphuric acid concentration of 2.5 mol/L, liquid-solid ratio of 6, reaction time of 6 h, stirring rate of 300 r/min, mass ratio of Co white alloy to heterogenite of 1∶4. Under this reaction conditions, leaching rates of Co and Cu are 99.9% and 99.92%, respectively.

acid pressure leaching; Co white alloy; heterogenite

陳 亮(1985—)，男，湖南衡陽人，工程師，碩士研究生，主要從事濕法冶金及再生資源回收利用的研究工作。

2015-09-21

TF816

B

1672-6103(2016)04-0075-04