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        酸浸法從剛果(金)低品位氧化銅鈷礦提取銅鈷試驗研究

        2020-12-28 07:04:16磊,胡
        湖南有色金屬 2020年6期
        關(guān)鍵詞:效果影響

        牛 磊,胡 亮

        (湖南有色金屬研究院,湖南 長沙 410100)

        銅被廣泛應(yīng)用于輕工業(yè)、電氣行業(yè)以及國防工業(yè)等領(lǐng)域;鈷在化工、機(jī)械、航空和軍事等部門具有廣泛的應(yīng)用[1],銅、鈷都是重要的戰(zhàn)略金屬。

        我國銅鈷礦產(chǎn)資源短缺,目前對外依存度分別達(dá)到90%和70%以上[2]。剛果(金)銅鈷資源豐富,銅儲量和鈷儲量分別占全球2.7%和50%以上,是我國銅鈷資源重要來源地。

        鈷常與銅共生,銅鈷礦是鈷金屬的主要來源[3]。銅鈷礦常見的處理方式有浮選法、火法以及濕法冶金[4,5],濕法冶金處理投資少、成本低、環(huán)境污染?。?,7]。本試驗采用濕法工藝研究了剛果(金)低品位氧化銅鈷礦開發(fā)技術(shù)方案。

        1 試驗原料與方法

        1.1 試驗原料

        試驗原料產(chǎn)自剛果(金)低品位氧化銅鈷礦,主要礦物成分為石英、綠泥石、滑石、白云石及少量的黑云母和白云母。有價金屬為銅和鈷,其中含銅1.37%,鈷0.265%。礦石成分和礦物組成見表1和表2。

        表1 低品位銅鈷氧化礦化學(xué)成分 %

        表2 低品位銅鈷氧化礦礦物組成 %

        1.2 試驗原理及方法

        該低品位氧化銅鈷礦的有價金屬銅、鈷主要以氧化物的形式存在,少量以硫化物形式存在。其中氧化形式的鈷以二價、三價存在,而三價鈷無法完全溶于酸中,需要在浸出過程中加入還原劑,主要化學(xué)反應(yīng)如下:

        試驗方法:向100 g低品位氧化銅鈷礦礦粉中加入硫酸溶液和還原劑,攪拌反應(yīng)一定時間,固液分離。探索硫酸用量、浸出時間、液固比、磨礦粒度、浸出溫度和還原劑用量對銅和鈷的浸出率影響。

        2 試驗結(jié)果與討論

        2.1 硫酸用量對銅鈷浸出率影響

        100 g礦粉(-0.074 mm占76.5%),液固比2∶1,加入一定量的硫酸,常溫下浸出3.0 h。硫酸用量對銅鈷浸出效果影響如圖1所示。

        圖1 硫酸用量對銅鈷浸出效果影響

        由圖1可見,隨著硫酸用量增加,銅和鈷浸出率快速上升。硫酸用量超過一定水平,銅鈷浸出率緩慢上升直到基本不變。但銅鈷對硫酸需求不一致,硫酸用量超過15%,銅浸出率基本不變,而鈷需要硫酸用量超過20%,鈷浸出率基本不變。

        硫酸用量較高時,浸出液中殘酸濃度會偏高,對銅萃取和沉鈷造成不利影響,因此硫酸用量為15%為宜。

        2.2 礦粉粒度對銅鈷浸出率影響

        原礦磨礦至不同的粒度。取100 g磨后礦粉,液固比2∶1,加入15%的硫酸,常溫下浸出3.0 h。礦粉粒度對銅鈷浸出效果影響如圖2所示。

        圖2 礦粉粒度對銅鈷浸出效果影響

        由圖2可見,礦粉粒度對銅浸出率影響不大,在-0.074 mm粒度超過55%時,銅浸出就基本不變。而礦粉粒度對鈷浸出影響較大,當(dāng)-0.074 mm占72.0%時,鈷浸出率才能達(dá)到50.76%。因此礦粉粒度以-0.074 mm占72.0%為宜。

        2.3 液固比對銅鈷浸出率影響

        100 g礦粉(-0.074 mm占72%),在不同液固比下,加入15%的硫酸,常溫下浸出3.0 h。液固比對銅鈷浸出效果影響如圖3所示。

        圖3 液固比對銅鈷浸出效果影響

        由圖3可見,液固比對銅浸出率影響較小,隨著液固比增加,銅浸出率略有下降;而液固比對鈷浸出率影響較大,主要因為較小的液固比時硫酸水化過程中溫度上升,有利于鈷浸出,因此液固比1.5∶1為宜。

        2.4 浸出時間對銅鈷浸出率影響

        100 g礦粉(-0.074 mm占72%),液固比1.5∶1,加入15%的硫酸,常溫下浸出一定時間。浸出時間對銅鈷浸出效果影響如圖4所示。

        圖4 浸出時間對銅鈷浸出效果影響

        由圖4可見,浸出時間1.0 h內(nèi)時,銅和鈷浸出反應(yīng)尚未結(jié)束,銅鈷浸出率明顯偏低。當(dāng)浸出時間超過1.0 h,銅鈷浸出率基本不變,說明浸出時間超過1.0 h,銅鈷浸出反應(yīng)已經(jīng)完全,因此浸出時間以1.0 h為宜。

        2.5 還原劑用量對銅鈷浸出率的影響

        100 g礦粉(-0.074 mm占72.0%),液固比1.5∶1,加入15%的硫酸和一定量亞硫酸鈉,在常溫下浸出1.0 h。還原劑用量對銅鈷浸出效果影響如圖5所示。

        圖5 還原劑對銅鈷浸出效果影響

        由圖5可見,隨著還原劑用量的增加,鈷浸出率增加。還原劑對銅浸出率略有影響,隨著還原劑用量增加銅浸出率略有下降。當(dāng)還原劑用量為2.0%以上時,鈷浸出率上升明顯減緩,變化很小。在沒有還原劑情況下,銅浸出率最高達(dá)87.29%。為了降低還原劑對銅的不利影響,還原劑以2%為宜。

        2.6 浸出溫度對銅鈷浸出率影響

        100 g礦粉(-0.074mm占72%),液固比1.5∶1,加入15%的硫酸和2%還原劑,在一定溫度下浸出1.0 h。浸出溫度對銅鈷浸出效果影響如圖6所示。

        圖6 浸出溫度對銅鈷浸出效果影響

        由圖6可見,浸出溫度對銅浸出率影響較小,隨著浸出溫度的上升而略有下降。而鈷浸出率隨著浸出溫度上升而上升,當(dāng)溫度達(dá)到70℃時,鈷浸出率最高達(dá)到71.51%,但此時銅浸出率明顯降低只有81.87%。為了保證銅浸出率,浸出溫度不宜超過50℃,此時銅浸出率87.52%,鈷浸出率63.27%。

        2.7 兩段浸出試驗

        浸出溫度升高和還原劑用量增加對銅浸出造成不利影響。為了保證銅浸出效果,采用兩段浸出工藝,第一段常溫浸出提取銅和部分鈷,第二段高溫浸出提鈷。

        第一段:硫酸用量15%,液固比1.5∶1,在常溫下浸出1.0 h。第一段常溫浸出,渣率93.7%,銅浸出率為87.70%,鈷浸出率為49.84%。

        第二段:一段浸出渣液固比1.5∶1,加入一定硫酸和2%還原劑,在50℃下浸出1.0 h。

        兩段浸出試驗對銅鈷浸出效果影響如圖7所示。

        圖7 兩段浸出對銅鈷浸出效果影響

        由圖7可知,采用兩段浸出工藝,第二段硫酸用量由0上升至20%,銅浸出率由87.70%上升至91.13%,而鈷的浸出率由49.84%上升至79.61%。說明采用兩段浸出工藝,可以有效提高鈷的浸出率。此時第一段硫酸用量為原礦量的15%,第二段硫酸用量為一段渣量的12.5%,合計為原礦量的26.71%。

        為降低硫酸用量,將第二段浸出液返回并補(bǔ)加8%硫酸,作為第一段浸出用溶液,其它參數(shù)不變,進(jìn)行兩段浸出,總硫酸用量為19.71%,銅浸出率為90.85%,鈷浸出率為78.41%。

        3 結(jié) 論

        采用酸浸法可以從剛果(金)低品位氧化銅鈷礦中有效提取銅和鈷。試驗研究結(jié)果表明:

        1.一段酸浸工藝,在礦粉粒度-0.074 mm占72%,液固比1.5∶1,15%的硫酸和2%還原劑,在50℃下浸出 1.0 h。銅浸出率 87.52%,鈷浸出率63.27%。

        2.浸出溫度上升和還原劑用量增加會造成銅浸出率降低,但可以明顯提升鈷的浸出率。

        3.采用兩段酸浸工藝,第一段常溫浸出提取銅和部分鈷,第二段高溫浸出提鈷??偭蛩嵊昧繛?9.71%,銅浸出率為90.85%,鈷浸出率為78.41%。

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