楊永強 孫留根 楊瑋嬌 張正陽

(礦冶科技集團有限公司，北京 100160)

焙燒—酸浸工藝是處理硫化銅精礦的主要技術(shù)之一，尤其是在工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、電力資源不足、工人技術(shù)水平較低、加壓浸出技術(shù)及火法煉銅技術(shù)難以在當(dāng)?shù)赝茝V應(yīng)用的非洲剛果(金)地區(qū)。很多中資企業(yè)如中鐵資源、華剛礦業(yè)、華友鈷業(yè)等，已經(jīng)建成焙燒—酸浸工藝處理硫化銅精礦的冶煉廠，并生產(chǎn)多年。隨著浮選精礦成分復(fù)雜性的增加，焙燒—酸浸工藝處理難度也增大，銅鈷浸出效果出現(xiàn)波動，浸出率降低，導(dǎo)致浸出渣中仍含有3%～5%的銅和1%～2%的鈷。由于浸出渣中有價金屬銅鈷含量較高，直接丟棄至尾渣庫，會造成銅鈷損失，十分可惜，若返回焙燒，勢必增大生產(chǎn)成本，同時也會稀釋焙燒爐內(nèi)銅鈷含量，造成產(chǎn)能降低，若直接堆存，則需要有足夠的場地，會影響到生產(chǎn)物料的正常周轉(zhuǎn)，進而影響正常生產(chǎn)，因此，如何有效處置此類含銅鈷浸出渣，已成企業(yè)需要迫切解決的難題。

加壓浸出技術(shù)具有金屬綜合回收率高、反應(yīng)時間短、不產(chǎn)出二氧化硫等眾多優(yōu)點[1]，為此，本文研究借鑒硫化銅精礦、黃銅礦精礦、多金屬硫化礦、硫化渣等含銅物料加壓浸出工藝處理的實踐與經(jīng)驗[2-12]，對此類銅鈷浸出渣進行了加壓浸出試驗研究。

1 試驗原理

試驗用銅鈷浸出渣，是硫化銅鈷精礦經(jīng)硫酸化焙燒，再經(jīng)硫酸浸出得到的。浸出渣中的銅、鈷主要賦存于硫銅鈷礦殘余、銅硫化物和鐵酸鹽中。采用純氧加壓方式對銅鈷渣進行強化浸出，強力氧化破壞含銅鈷礦物，使殘留其中的銅、鈷易于浸出。

加壓浸出過程的主要反應(yīng)為：

Co2CuS4+7.5O2+H2O = CuSO4+2CoSO4+

H2SO4

(1)

CuS+2O2= CuSO4

(2)

CoS+2O2= CoSO4

(3)

CuFe2O4+H2SO4= CuSO4+Fe2O3+H2O

(4)

CoFe2O4+H2SO4= CoSO4+Fe2O3+H2O

(5)

MeO+H2SO4= MeSO4+H2O

(6)

Fe2(SO4)3+3H2O = Fe2O3+3H2SO4

(7)

2 試驗

試驗原料為剛果(金)某銅鈷冶煉廠的銅鈷渣，渣中的銅、鈷主要以硫銅鈷礦殘余、銅硫化物和鐵礦物包裹等形式存在，浸出渣粒度-74 μm含量占81.78%，主要化學(xué)成分見表1。所用硫酸為分析純，氧氣和高純空氣均為工業(yè)級。

表1 銅鈷渣主要成分

定量稱取硫化銅鈷渣，按照設(shè)定的試驗條件，常溫下在2 L燒杯內(nèi)攪拌調(diào)漿0.5 h后，將調(diào)配均勻的礦漿裝入2 L GSHA-2高壓釜內(nèi)。密封后電加熱升溫到設(shè)定溫度，通入純氧并控制純氧分壓，恒溫反應(yīng)一定時間后，開始冷卻降溫，降溫至70 ℃且高壓釜表壓示數(shù)為0后開啟高壓反應(yīng)釜，取出礦漿。將礦漿過濾，用去離子水洗滌浸出渣兩次。浸出渣烘干后分析測定主要金屬含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 探索試驗結(jié)果與討論

為研究加壓時氧濃度對銅鈷渣浸出的影響，分別采用氧氣與高純空氣為氧化介質(zhì)進行加壓探索試驗。固定試驗條件為：銅鈷渣150 g、液固比6∶1、初始硫酸濃度100 g/L、常溫調(diào)漿時間0.5 h、加壓浸出溫度180 ℃、氧氣/高純空氣分壓0.8 MPa、加壓浸出時間4 h，試驗結(jié)果見表2。

表2 氣相氧化介質(zhì)對銅鈷礦渣加壓浸出的影響

由表2可知，純氧加壓浸出效果比高純空氣加壓浸出效果好很多，銅和鈷更易于浸出，大部分的鐵也能夠抑制到浸出渣中。因此，后續(xù)試驗選擇純氧為介質(zhì)進行加壓浸出。

3.2 加壓浸出時間的影響

固定試驗條件：銅鈷渣150 g、液固比6∶1、初始硫酸濃度100 g/L、常溫調(diào)漿時間0.5 h，加壓浸出溫度180 ℃、氧氣分壓0.6 MPa，加壓浸出時間為1～4 h時的試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 加壓浸出時間對銅鈷渣浸出的影響Fig.1 Effects of pressure leaching time on leaching of copper cobalt slag

從圖1可以看出，加壓浸出時間由1 h延長至3 h時，銅浸出率由84.22%提高至96.39%，鈷浸出率由65.26%提高至97.74%，鐵浸出率則由16.03%降低至7.82%。繼續(xù)延長加壓浸出時間，銅、鈷和鐵的浸出率沒有明顯變化。綜合考慮，加壓時間選擇3 h為宜。

3.3 加壓浸出溫度的影響

固定試驗條件：銅鈷渣150 g、液固比6∶1、初始硫酸濃度100 g/L、常溫調(diào)漿時間0.5 h、加壓浸出時間3 h、氧氣分壓0.6 MPa，加壓浸出溫度為150～190 ℃時的試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 加壓浸出溫度對銅鈷渣浸出的影響Fig.2 Effects of pressure temperature on leaching of copper cobalt slag

從圖2可以看出，加壓浸出溫度由150 ℃提高至170 ℃時，銅鈷浸出率增幅較大，銅浸出率由77.04%增加至93.86%，鈷浸出率由59.90%增加至87.32%，鐵浸出率由18.78%降低至8.84%，當(dāng)加壓浸出溫度提高至180 ℃時，銅鈷浸出率仍有增大趨勢，分別達到97.74%和96.39%，鐵浸出率進一步下降至7.82%，繼續(xù)升高浸出溫度，銅鈷鐵的浸出率變化均不大，因此加壓浸出溫度選擇180 ℃比較合理。

3.4 純氧分壓的影響

固定試驗條件：銅鈷渣150 g、液固比6∶1、初始硫酸濃度100 g/L、常溫調(diào)漿時間0.5 h、加壓浸出時間3 h、加壓浸出溫度為180 ℃，氧氣分壓不同時的試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 氧分壓對加壓浸出的影響Fig.3 Effects of oxygen partial pressure on pressure leaching

從圖3可以看出，氧分壓由0升高至0.1 MPa時，銅鈷渣中銅的浸出率由65.23%上升至96.47%，鈷浸出率由54.60%上升至97.83%，鐵浸出率由26.20%降低至8.58%，繼續(xù)增加氧分壓，銅、鈷、鐵的浸出率變化均不大，氧分壓選擇0.1 MPa比較合適。

3.5 綜合條件試驗

根據(jù)條件試驗的試驗結(jié)果確定綜合條件試驗的試驗條件為：銅鈷渣150 g、液固比6∶1、初始硫酸濃度100 g/L、常溫調(diào)漿時間0.5 h、加壓浸出時間3 h、加壓浸出溫度為180 ℃、氧氣分壓0.1 MPa，共開展了兩組試驗，試驗結(jié)果見表3。

表3 綜和條件試驗結(jié)果Table 3 Results of comprehensive tests /%

由表3可知，在綜合試驗條件下，銅、鈷的浸出分別高于96.5%、98%，鐵浸出率低于8.3%，試驗結(jié)果的重現(xiàn)性及穩(wěn)定性均好。

4 結(jié)論

1)采用純氧加壓浸出硫化銅鈷精礦經(jīng)焙燒—酸浸得到的浸出渣，可實現(xiàn)比較理想的浸出效果。

2)最佳浸出工藝條件為：液固比6∶1、初始硫酸濃度100 g/L、常溫調(diào)漿0.5 h、加壓浸出溫度180 ℃、加壓浸出時間3 h、氧氣分壓0.1 MPa，在此條件下，銅和鈷的浸出率分別高于96.5%和98%，鐵的浸出率低于8.3%。