田春友,鐘先林,張曉峰,李 輝
(1.中色華鑫濕法冶煉有限公司,剛果(金) 加丹加 利卡西 999059;2.中色華鑫馬本德礦業(yè)有限公司,剛果(金) 加丹加 盧本巴希 999059;3.沈陽有色金屬研究院,遼寧 沈陽 110141)
試驗用礦石采自剛果(金),松裝密度1.18 g/cm3,真密度為2.32 g/cm3,化學成分見表1,銅、鈷物相組成見表2、3。
表1 銅鈷礦的化學組成 %
表2 銅鈷礦的銅物相組成
表3 銅鈷礦的鈷物相組成
試劑:濃硫酸,分析純;焦亞硫酸鈉,工業(yè)級。
試驗設備:旋片真空泵,2XZ-2型,浙江臺州求精真空泵有限公司;強力電動攪拌機,JB90-D型,上海標本模型廠;數顯恒溫磁力攪拌機,85-2B型,蘇州威爾實驗用品有限公司;鼓風電熱恒溫干燥箱,101-1型,上海滬越科學實驗儀器廠;雷磁數顯pH計,pHS-3C型,上海儀電科學儀器廠;電子天平MS 1602 TS型,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;密度儀,BT100型,丹東百特儀器有限公司。
在酸性介質中,銅、鈷氧化物在相同的氧化還原電位條件下共有較大的穩(wěn)定區(qū)域,因此,礦石中的鈷和銅可以同步浸出。常規(guī)酸浸很容易將自由氧化銅和二價鈷氧化物浸出,但三價鈷難以完全浸出,需添加還原劑進行還原。以焦亞硫酸鈉為還原劑,通過控制工藝條件可將銅、鈷同步浸出。浸出主要反應如下:
4CoSO4+Na2SO4+5H2O。
試驗在1 000 mL燒杯中進行。稱取100 g氧化銅鈷礦石,按一定液固體積質量比加入硫酸,開啟攪拌,升溫至預定溫度后,用分液漏斗在燒杯底部滴加300 g/L焦亞硫酸鈉溶液,開始計時,達到反應時間后過濾,濾餅用100 mL水洗滌2次,洗滌液與濾液合并,濾渣干燥,濾液和干燥濾渣分別送分析。
銅和游離硫酸質量濃度采用化學法測定,鈷采用原子吸收光譜法測定。
礦石質量100 g,礦石粒度-74 μm占80%,液固體積質量比3/1,常溫,焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量的1.25倍),攪拌浸出3 h,硫酸加入量對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表4。
表4 硫酸用量對銅、鈷浸出率的影響
由表4看出:隨硫酸用量增加,銅浸出率提高,但提高幅度不大,而鈷浸出率提高幅度相對較大;硫酸用量為14 g(初始質量濃度46.67 g/L)時,銅浸出率94.27%,鈷浸出率71.23%,此時游離酸質量濃度12.94 g/L,對后續(xù)萃取工序影響相對較小。確定硫酸加入量以14 g為宜,即硫酸初始質量濃度為46.67 g/L。
礦石質量100 g,礦石粒度-74 μm占80%,液固體積質量比3/1,常溫,焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量1.25倍),硫酸加入量14 g,浸出時間對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表5。可以看出:浸出時間對銅浸出率影響較小,對鈷浸出率影響較大;浸出3 h,銅、鈷浸出率均趨于穩(wěn)定。綜合考慮能耗和生產效率,確定浸出時間以3 h為宜。
表5 浸出時間對銅、鈷浸出率的影響
礦石質量100 g,礦石粒度-74 μm占80%,液固體積質量比3/1,浸出時間3 h,焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量1.25倍),硫酸加入量14 g,溫度對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表6。
表6 溫度對銅、鈷浸出率的影響
由表6看出:溫度對銅浸出率影響較小,常溫下銅浸出率即達94%;而隨溫度升高,鈷浸出率提高幅度較大,溫度為65 ℃時,鈷浸出率達82.36%。濃硫酸與物料之間的反應熱和太陽熱可維持體系溫度在40~50 ℃之間,而在此條件下,銅、鈷浸出率約為95%和80%,效果較好,故實際生產中無需加熱。
礦石質量100 g,礦石粒度-74 μm占80%,溫度45 ℃,浸出時間3 h,焦亞硫酸鈉加入量1.48 g(理論量1.25倍),硫酸加入量14 g,液固體積質量比對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表7。
表7 液固體積質量比對銅、鈷浸出率的影響
由表7看出:隨液固體積質量比增大,銅、鈷浸出率都先升高后降低。隨液固體積質量比增大,硫酸初始質量濃度降低,浸出強度降低,且浸出液中銅、鈷質量濃度降低,給后續(xù)銅、鈷回收造成困難。綜合考慮,確定液固體積質量比以3/1為宜。
礦石質量100 g,礦石粒度-74 μm占80%,溫度45 ℃,浸出時間3 h,硫酸加入量14 g,液固體積質量比3/1,還原劑焦亞硫酸鈉用量(理論量的倍數)對銅、鈷浸出率的影響試驗結果見表8。
表8 焦亞硫酸鈉加入量對銅、鈷浸出率的影響
由表8看出:隨焦亞硫酸鈉用量增加,銅浸出率變化不大,鈷浸出率有較大幅度提高;焦亞硫酸鈉用量為理論量時,鈷浸出率為67.32%;而焦亞硫酸鈉用量為理論量1.25倍時,鈷浸出率達79.52%,但礦石中的Fe2+有少量浸出,對后續(xù)鈷的回收有一定影響。綜合考慮,確定焦亞硫酸鈉用量為理論量1.25倍。
根據上述條件試驗結果,在45 ℃下,控制液固體積質量比3/1、硫酸初始質量濃度46.67 g/L、焦亞硫酸鈉用量1.48 g(理論量1.25倍),對100 g銅鈷礦石浸出3 h,試驗結果見表9,浸出渣中銅、鈷物相分析結果見表10、11。
表9 綜合驗證試驗結果
表10 浸出渣中銅物相分析結果
表11 浸出渣中鈷物相分析結果
由表9看出:綜合條件下,銅浸出率為94.46%,鈷浸出率為80.42%,浸出效果較好。
剛果(金)的銅鈷氧化礦石通過還原酸浸,銅、鈷被有效轉移到浸出液中。適宜條件下,銅浸出率為94.46%,鈷浸出率為80.42%,銅和鈷得到同步浸出。礦石中的自由氧化銅基本全部浸出,結合氧化銅有部分未浸出,硫化銅中的銅浸出率很低;鈷華、碳酸鈷和脈石中的鈷浸出率較高,硫化鈷中的鈷浸出率很低,但總體浸出效果較好。