刚果(金)某铜钴尾矿还原浸出钴.pdf

N O N F E R R O U SM E T A L SE N G I N E E R I N G d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．2 0 9 5 - 1 7 4 4 ．2 0 1 2 ．0 4 ．0 0 2 刚果 金 某铜钴尾矿还原浸出钴 圜张琏鑫 中铁资源集团有限公司，北京1 0 0 0 3 9 摘要采用硫酸作浸出剂，对刚果 金 某尾矿库中的铜钻尾矿加入还原剂进行柱浸试验。研究 还原剂种类、还原剂加入量、造球直径、反应温度、浸出时间等对钻、铜、铁、镁和锰等金属浸出 率的影响，确定浸出最佳条件。在优化条件下，还原剂N a 。S O ，加入量为钴还原理论量的3 ．0 倍， 造球直径为8r f l n l ，常温条件下浸出6 0d ，钻、铜、铁、镁和锰的浸出率分别为8 5 ．9 4 ％，9 2 ．9 3 ％， 3 0 ．4 2 ％，2 1 ．8 4 ％和9 6 ．9 6 ％。优化条件下，钴浸出平均硫酸消耗为3 0 价- 钴。 关键词铜钴尾矿；还原浸出；钴 中图分类号T F 8 1 1 ；T F 8 1 6文献标识码A 文章编号2 0 9 5 - 1 7 4 4 2 0 1 2 0 4 - 0 0 2 8 0 4 非洲刚果 金 、赞比亚、乌干达等国钴资源十分丰富， 主要赋存在砂岩型铜矿中，含钴品位多为O ．5 ％- 2 ．0 ％[ 1 。2 】， 过去选冶回收率不高，铜钴选矿厂废弃尾矿和炼钴厂遗留 下来的炉渣含钻品位都比较高。刚果 金 南部卢本巴西 附近，堆存数百万吨浮选尾矿和表外矿 中部的铜业公司 也有大量的钴铜尾矿 含有一定品位的钴和铜，由于技术 水平和经济因素尚未开发利用。 钴的还原浸出技术前人已经进行了大量研究，某公 司采用F e 作还原剂，用浓盐酸或浓硫酸或两者混合溶 液于6 0 - 9 0 ℃下浸出水钻矿，该法浸出效果较好，但由于 F e ”的引入导致浸出液中杂质含量增大口】。某研究院采用 亚硫酸钠作还原剂还原浸出水钴矿嗍。顾礼丽等采用葡萄 糖母液作还原剂还原三价钴化合物”] 。A ．N ．B a n z a 用过氧 化氢作还原剂，通过氧压浸出回收铜烟灰中的有价金属陋】。 考虑到矿石性质及经济效益，以上工艺技术均不适合刚 果 金 的低品位尾矿资源。如果对矿石进行浮选，由于矿 石大部分是氧化矿，浮选难度也较大。综合考虑，造球一 堆浸工艺处理这些尾矿资源是比较适宜的，采用类似堆浸 的柱浸试验确定还原浸出的最佳工艺条件。 1 实验方法 1 试验原料 采用刚果 金 某地尾矿库中的尾矿为原料，矿石为 氧化矿石，主要矿物为水钻矿钴土矾黑铜矾赤铜矿及 孔雀石。该类矿石氧化率高、贫硫、低铁，基岩以白云岩 及硅质白云岩为主。矿样的化学成分和粒级组成如表1 和 表2 所示。 表1 矿样主要化学成分 ／％ 收稿日期2 0 1 2 0 3 - 1 2 作者简介张琏鑫 1 9 8 5 - ，男，北京市人，助理工程师，硕士 主要从事湿法冶金等方面的研究。 2 8 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y万方数据 1 ．2 基本原理 还原剂存在的条件下，矿石中高价金属迅速被还原 为硫酸可浸的低价金属，由E O M 。。- 。 1 ．2 3 ，E o c o ， ／C o t 2 1 ．8 4 2 ，E 0 ，。， ／F e z 一0 ．7 7 1 可知，还原剂优先与钴和锰反 应，有价金属钴、铜被浸出，通过控制还原剂加入量 可以有效抑制铁的浸出。以N a S O ，为还原剂，化学 反应为M n 0 2 N a 2 S 0 3 H 2 S 0 4 M n S 0 4 N a 2 s 0 4 H 2 0 ； C u O H 2 S 0 4 2 C u S 0 4 H 2 0 ；F 。2 0 3 N 82 S O3 2 H 2 S 0 4 2 F e S 0 4 N 8 2 S 0 4 2 H 2 0 iC 0 2 0 3 N a 2 S 0 3 2 H 2 S 0 4 2 C O S 0 4 N a 2 S 0 4 2 H 2 0 。 1 ．3 试验过程 试验装置如图1 所示，由, ／ 8 0c m 10 0 0c m 的有机 玻璃柱、P V C 高位液箱和P V C 低位液箱 5 0c m 5 0c m 5 0 c m 以及阀门组成。矿石加入黏结剂进行制粒预处理，根 据需要压制成不同直径的球体。浸出剂使用工业硫酸，浓 度为5 0g ／L ，喷淋强度为5 0L ／m 2 ．h ，L 心 2 一天一个循环 。 5 图1 试验装置 1 一高位槽} 2 一阀门；3 一聚乙烯颗粒； 4 一矿石；5 一多孔P V C 板；6 一低位槽 2 试验结果与讨论 2 ．1 还原剂种类对比 在刚果 金 ，还原剂的选择对于降低成本是非常重 要的，在保证还原剂对钴还原率的情况下，尽可能选择价 格低廉、常见易得的物质。对于堆浸工艺，气体还原剂S O 工艺较难操作，所以针对N a S 0 3 ，H O 和F e S O 。三种还原 剂做对比试验。还原剂的加入量为钴还原理论数量的3 ．0 倍，造球直径为8m m ，在常温条件下浸出3 0d ，结果如表 3 所示。 从表3 可以看出，还原剂对铜和镁浸出没有影响，但 对于钻的影响比较大，不加还原剂时钴的浸出率不到1 0 ％， 加入还原剂，3 0d 浸出率可以超过5 0 ％。充分证明了三价 的钴在硫酸体系中很难被浸出，必须被还原成二价钴才 能被硫酸浸出生成C o S O 。。综合对比三种不同的还原剂， F e S O 。的还原效率最高，但是会带入铁从而加重后期的除 铁负担，H o 的还原效率最低，但是铁的浸出率相对也较 低，这是由于H O 对于F e 2 ‘是氧化剂，生成F e “从而抑制 的了铁的浸出。综合考虑成本及还原效率等因素，N a S O ， 是较为适宜的还原剂。 表3 还原剂种类对各金属浸出率的影响 2 ．2 造球粒径对浸出率的影响 造球粒径是影响浸出速度的主要因素之一“ J ，当浸 出的化学反应速度很陕时，矿石粒径主要通过影响溶质的 迁移速率来影响浸出速度。造球粒径越小，其比表面积越 大，反应更加充分，浸出率越高。另一方面，由于堆浸的特 殊性，要求矿石具有良好的渗透性和全矿堆渗透的均匀 性。根据表2 所示，尾矿的粒度很细，测定其渗透率为2 ．2 L ／m 2h ，根本不能满足堆浸的渗透性要求，必须进行造球。 加入黏合剂造球，造球后渗透率均大于1 0 0L ／m 2h 。造 球粒径为4 ，6 ，8 ，1 0m m ，还原剂的加入量为钴还原剂理论 数量的3 ．0 倍，在常温条件下浸出，结果如图2 所示。 琴 ＼ 槲 丑 燃 捂 浸出时间／d 图2 不同造球粒径对钴浸出率的影响 从图2 可以看出，粒径较小，反应速度较快，短时间 内就达到较高的浸出率，但是时间延长，由于球的破碎和 有色金属工程2 0 1 2 年第4 期 2 9 万方数据 陌五霸医覆型旦型塑旦旦竺璺竺兰坠璺墨型型型型鱼 ．． 脱泥，造成矿石的渗透性降低，并形成沟流，浸出率难以 继续提高。造球粒径过大，溶液传质到球内部的反应速度 变慢，浸出时间加长，浸出率低，5 0d 后基本上不能浸出。 造球粒径为8m m 的3 0d 浸出率达到5 5 ．1 2 ％，6 0d 浸出率 达到8 5 ．3 4 ％，效果较好。为了提高工作效率，其他试验浸 出时间均为3 0d ，造球粒径为8m m 。 2 ．3 还原剂用量试验 当加入还原剂，钴和锰率先跟还原剂反应，铁后与 还原剂反应，所以控制还原剂的加入量，可以在保证钴浸 出率的前提下，尽量减少铁的浸出，从而降低除铁的成本。 亚硫酸钠用量分别为钴还原所需理论量的1 ．2 ，1 ．6 ，1 ．8 ，2 ．0 ， 2 ．2 2 ．5 ，3 ．0 ，3 ．5 倍，造球粒径为8m m ，在常温条件下浸出 时间3 0 d ，结果如图3 所示。 掌 ＼ 褂 丑 燃 还原剂用量理论量的倍数 图3 还原剂用量对浸出率的影响 图3 显示，钴的浸出率随还原剂加入量增加而增大， 当还原剂加入倍数超过3 ．0 时，再继续加入还原剂，钴的 浸出率增加不大，但铁浸出率却增大，所以要达到较高的 钴浸出率，抑制铁的浸出，还原剂加入量应控制在钴还原 理论量的3 ．0 倍为宜。 2 ．4 浸出温度对钴浸出率的影响 还原剂亚硫酸钠加入量为钴还原剂理论量的3 ．0 倍， 造球粒径为8m m ，分别在2 5 ，4 0 ，5 5 ，7 0 ℃下浸出3 0d ，结 果如图4 所示。从图4 可以看出，随着温度升高，浸出率不 断升高，当浸出温度为7 0 ℃时，钻的浸出率达到8 0 ．2 3 ％， 略低于图2 中在常温条件下6 0d 的浸出率。同时也可以看 到，铁的浸出率也随温度升高而升高，所以选择低温浸出 有利于抑制铁的浸出。在堆浸过程中，温度是不能控制的， 但是通过滴灌浸出液，可以提高堆内温度约5 ℃嘲，有利 于浸出，提高钴浸出率。 图4 温度对不同金属浸出率的影响 2 ．5 酸耗试验结果 对于刚果 金 ，硫酸的使用量是制约降低成本的重 要因素，有必要进行酸耗试验。尾矿库中矿石性质复杂， 并含有大量的碱性脉石，采用6 ，8 ，1 0m m 三种不同粒径的 球团做试验，在常温条件下，以N a S O ，为还原剂，加入量 为钴还原剂理论量的3 ．0 倍。试验过程中累计酸单耗的变 化与浸出率的关系如图5 所示。 鞯 甾 担 营 浸出率／％ 图5 不同造球粒径钴浸出率与酸耗的关系 图5 显示，浸出初期酸耗量大，硫酸主要跟矿石中碱 性脉石反应，浸出中期比较平稳，浸出酸耗与浸出率的关 系呈类似直线关系，浸出后期酸的利用率较低，酸耗与浸 出率的比值开始增大。综合比较三种不同粒径酸耗与浸出 率的关系，8m m 直径的球团酸利用率较高，说明粒度过 大或者过小都会增大酸耗，影响浸出的经济性。经过计算， 浸出平均酸耗为3 0t ／t 一钴。 下转第3 5 页 3 0 工程技术E n g i n e e r i n gT e c h n o l o g y万方数据 石煤焙烧工序处理。 5 结语 石煤循环流化床低温焙烧发电、烟灰提取 V O ，，灰渣生产建材和矿区回填，提高资源利用效 率，减少生产过程的资源和能源消耗，是资源节约型、 环境友好型的先进工艺。 工艺技术的应用和工业化对我国电力行业、石 煤资源开发及钒产业意义在于1 循环流化床低温 焙烧石煤发电，每吨发热值35 0 0 ～65 0 0k J ／k g 石煤 可发电约8 5 0k W h 电量，开发使用本地区丰富的劣 质煤，可以有效缓解当地电力供应和北煤南运压力； 2 钒在烟灰中富集，烟灰作为发电废物被用来提钒， 上接第3 0 页 2 ．6 最佳条件试验 以N a S O ，作为还原剂，加入量为钴还原剂理论量的 3 ．0 倍，造球粒径为8m m ，常温条件下浸出6 0d ，结果如 表4 所示。 表4 最佳条件下各金属浸出率 ／％ 从表4 可以看到，最佳工艺条件下铜钴尾矿浸出效果 比较好，重现性好，钻的浸出率达8 5 ．9 4 ％，铜的浸出率为 9 2 ．9 3 ％，铁浸出率控制在3 0 ．4 2 ％。这些数据可以为刚果 金 尾矿库中尾矿浸出设计及生产提供基础数据。 3 结论 研究还原剂种类、还原剂加入量、造球粒径、反应温 度、浸出时间等对铜钴尾矿中金属浸出率的影响，还原剂 的种类及加入量对钻和铁的浸出率影响较大。综合比较， N a s O ，是比较理想的还原剂。造球粒径控制在8m m 左右， 不但可提高钴浸出率，而且可以降低酸耗，提高酸利用率。 对于铜钴尾矿浸出工艺，在工业硫酸浓度为5 0g ／L ， 有效降低了提钒成本，使得提钒边界品位有效降低；3 灰渣用于生产建材和回填矿区，有效地解决废渣堆存对 周边生态环境的压力；4 工业化规模巨大，可以大规模 开采使用石煤资源，有利于扭转目前石煤提钒产业规模 小，效益差、环境污染严重的现状。 参考文献 [ 1 ] 1 蔡晋强．石煤提钒在湖南的发展[ J ] 稀有金属与硬质合金， 2 0 0 1 1 4 2 4 7 ，4 9 ． [ 2 ] 漆明鉴．从石煤中提钒现状及前景叽．湿法冶金，1 9 9 9 4 1 - 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