摘要：采用沸騰焙燒工藝處理國外某含鈷銅精礦，考察該礦石沸騰焙燒最佳工藝技術參數(shù)。結果顯示，最佳沸騰焙燒溫度630 ℃，空氣氣氛，氣料比2.2 m3/kg（工況），物料停留時間6～7 h，焙砂產率為76.70 %，粉塵產率為33.11 %。連續(xù)沸騰焙燒產生的混合砂經硫酸浸出，銅、鈷浸出率分別為96.58 %、89.57 %；煙氣中氧氣濃度為2.95 %，SO2濃度為60 900 mg/m3，CO濃度為2 130 mg/m3?；厥辗蹓m在重力收塵、旋風收塵、布袋收塵的相對產率分別為52.52 %、31.62 %、15.86 %。粉塵中銅、鈷金屬相對含量分別為19.34 %、13.53 %。試驗結果為該含鈷銅精礦的沸騰焙燒工業(yè)設計提供了可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

關鍵詞：含鈷銅精礦；沸騰焙燒；焙燒溫度；氣料比；焙砂；浸出

[中圖分類號：TF81 文章編號：1001-1277（2025）04-0054-05 文獻標志碼：A doi：10.11792/hj20250411 ]

引言

銅和鈷是科技發(fā)展不可或缺的重要有色金屬［1-2］。在自然界中，銅主要存在于硫化礦和氧化礦中；而鈷則多以伴生礦物形式出現(xiàn)在這些礦石中［3］，其在三元電池、航空航天等高新技術領域擁有廣闊的應用前景［4］。中國雖然擁有豐富的有色金屬礦產資源，但可工業(yè)利用的礦產資源儲量卻相對匱乏［5］。盡管如此，中國的粗銅消費量已超過全球消費量的一半，鈷的消費量亦居世界首位［6］。全球的銅鈷復雜共伴生礦產資源主要集中在非洲地區(qū)，這些資源大多分布在贊比亞及剛果（金）邊界的沉積物型層狀銅礦床中，這一區(qū)域也被稱為“非洲銅鈷礦帶”［7］。

目前，銅和鈷的提煉方法主要分為火法冶煉和濕法冶煉兩大類。濕法冶煉的主要流程為氧化預處理（針對硫化礦）—酸浸—萃取—電積［7-14］。沸騰焙燒工藝是氧化預處理工業(yè)應用中的關鍵技術，它廣泛應用于各種硫化礦的處理，如金精礦沸騰焙燒［15］、原礦沸騰焙燒［16-17］、鋅精礦沸騰焙燒［18-19］及硫精礦沸騰焙燒［20］等。本文旨在研究含鈷銅精礦的沸騰焙燒工藝，通過試驗確定獲得銅、鈷最佳浸出效果的沸騰焙燒工藝參數(shù)，以期為沸騰焙燒工藝的工業(yè)設計提供堅實的數(shù)據(jù)支持。

1試驗原料

試驗原料為國外某含鈷銅精礦，其化學成分分析結果如表1所示，礦物組成分析結果如表2所示。

含鈷銅精礦金屬礦物主要為黃銅礦，其次為硫銅鈷礦、斑銅礦、輝銅礦、銅藍。黃銅礦相對含量為33.93 %，以中細粒為主；斑銅礦相對含量為3.55 %，是相對含量最高的次生硫化銅礦物，普遍呈微細粒分布；輝銅礦與銅藍合計相對含量為1.44 %，輝銅礦嵌布粒度多為0.01～0.074 mm。

含鈷銅精礦中，主要的鈷礦物包括硫銅鈷礦和少量的輝鈷礦，以及部分含鈷黃銅礦。硫銅鈷礦相對含量為7.17 %，主要以中細粒形式存在，含銅8.88 %，含鈷高達91.30 %；輝鈷礦作為次要的鈷礦物，其相對含量僅為0.04 %，呈微細粒分布，含鈷0.34 %；少量含鈷黃銅礦嵌布于黃銅礦中，其相對含量為11.20 %，占黃銅礦總量的33 %，含鈷8.36 %。

硫物相、碳物相分析結果如表3、表4所示。

2試驗設備及方法

2.1試驗設備

試驗設備形象聯(lián)系圖如圖1所示。試驗采用螺旋給料機作為給料裝置，羅茨鼓風機作為鼓風設備，并配備外置空氣加熱裝置以對供風進行預熱處理。爐膛底部、爐膛及爐頂外部均設有加熱裝置，以維持設定的溫度條件。沸騰焙燒爐配置了3個溫度檢測點，包括空氣氣室溫度、焙燒爐膛風帽上部溫度及爐頂溫度的檢測。爐頂設有煙氣收集孔，同時在爐頂和爐底分別安裝了壓力檢測裝置。焙燒過程中產生的粉塵通過重力收塵器、旋風收塵器及布袋收塵器進行回收處理。焙燒煙氣則通過堿液循環(huán)噴淋系統(tǒng)進行吸收。

2.2試驗方法

研究所用物料加料裝置為螺旋給料機，其加料速度可進行調節(jié)，以確保物料均勻地加入沸騰爐中。試驗啟動階段，利用熱空氣（溫度450 ℃）點燃礦石。在試驗過程中，通過風冷和爐壁外部加熱的方式對沸騰焙燒溫度進行控制，溫度精確度可達±15 ℃。

單爐沸騰焙燒條件試驗時，物料以連續(xù)給料方式進行給料，且在試驗過程中不進行排料，直至試驗結束統(tǒng)一進行排料。加料過程條件統(tǒng)一設定為：加料時間5 h，加料速度1.2 kg/h，加料總質量6 kg。試驗結束后，所獲得的混合粉塵（包括重力粉塵、旋風粉塵、布袋粉塵）與焙砂分別采用酸浸處理，酸浸條件為：初始酸度22 g/L，液固比4∶1，浸出溫度70 ℃，終止pH值1.1～1.2，浸出時間6 h。

在連續(xù)沸騰焙燒試驗中，所得粉塵、溢流砂及混合砂采用酸浸和水浸2種方式進行浸出。酸浸條件與單爐沸騰焙燒條件相同，水浸條件為：液固比4∶1，浸出時間4 h。

3結果與討論

3.1單爐沸騰焙燒試驗

3.1.1沸騰焙燒溫度

沸騰焙燒溫度選擇580 ℃、600 ℃、630 ℃、650 ℃、670 ℃，沸騰焙燒時間3.5 h（加料結束后繼續(xù)沸騰時間），沸騰焙燒氣氛為空氣，工況風量2.0 m3/h。試驗結果如圖2所示。

由圖2可知：當沸騰焙燒溫度低于630 ℃時，焙砂和粉塵中銅、鈷浸出率均隨溫度升高而增加。當沸騰焙燒溫度為630 ℃時，焙砂中銅、鈷浸出率分別達到97.29 %和85.78 %，同時焙砂產率為58.37 %，酸浸渣產率為44.00 %；粉塵中銅、鈷浸出率分別為94.87 %和74.56 %，粉塵酸浸渣產率為55.40 %。沸騰焙燒溫度超過630 ℃后，銅、鈷浸出率均下降。較低沸騰焙燒溫度導致礦石氧化不充分，而較高沸騰焙燒溫度易生成鐵酸銅，均不利于浸出。因此，630 ℃為最佳沸騰焙燒溫度。

3.1.2沸騰焙燒時間

由于加料時間固定，沸騰焙燒時間主要考察保溫沸騰時間，選擇保溫沸騰時間0.5 h、1.5 h、2.5 h、3.5 h、5.5 h，沸騰焙燒溫度630 ℃，沸騰焙燒氣氛為空氣，工況風量2.0 m3/h。試驗結果如圖3所示。

由圖3可知：當沸騰焙燒時間低于2.5 h時，焙砂中銅、鈷浸出率隨沸騰焙燒時間的縮短而降低，主要原因是沸騰焙燒時間不足導致銅精礦硫酸化反應不完全，部分粉塵殘留在焙砂中。沸騰焙燒時間為2.5 h時，焙砂中銅、鈷浸出率分別達到97.10 %、86.75 %。延長沸騰焙燒時間后，焙砂中銅、鈷浸出率無明顯提升，表明銅精礦的沸騰焙燒時間不應少于2.5 h。由于試驗中的沸騰焙燒時間為加料結束后的時間，而加料過程中部分物料已開始反應，加料時間為5 h，假設物料平均反應時間為2.5 h，因此沸騰焙燒過程中物料的最佳停留時間應不少于5 h。試驗結果表明，延長沸騰焙燒時間對焙燒效果無顯著影響，故連續(xù)沸騰焙燒試驗中物料停留時間應不少于6 h。

3.2連續(xù)沸騰焙燒試驗

3.2.1氣料比

進行氣料比試驗時，必須確保系統(tǒng)處于連續(xù)出料狀態(tài)，以溢流砂和粉塵為試樣。針對特定沸騰爐的尺寸，工況風量2.8～3.0 m3/h，給料速度1.35～1.6 kg/h，沸騰焙燒溫度630 ℃，物料停留時間6～7 h。試驗開始前，向系統(tǒng)中加入5 kg爐底料，該爐底料為前期試驗產物。氣料比試驗參數(shù)如表5所示，試驗結果如圖4所示。

由圖4可知：隨著氣料比的提高，溢流砂及粉塵中銅、鈷浸出率提高，當氣料比提高至2.2 m3/kg，溢流砂中銅浸出率為97.02 %，粉塵中銅浸出率為96.17 %。對比單爐沸騰焙燒試驗結果，說明氣料比為2.2 m3/kg時已經達到最佳沸騰焙燒效果。因此，連續(xù)沸騰焙燒試驗氣料比為2.2 m3/kg。

3.2.2連續(xù)試驗

沸騰焙燒溫度630 ℃，物料停留時間6～7 h，空氣氣氛，給料速度1.35 kg/h，氣料比2.2 m3/kg，工況風量3.0 m3/h，試驗開始時先添加5 kg爐底料（該爐底料為前期試驗獲得焙砂），然后添加含鈷銅精礦，沸騰焙燒時間為720 min，取最后80 min獲得的溢流砂及粉塵作為試驗浸出對象，并將兩種產品按照獲得的質量比例混合形成混合砂，該混合砂的浸出效果為連續(xù)試驗結果，試驗結果如表6所示。

忽略試驗前加入的爐底料與試驗后產生的爐膛砂質量差異，計算連續(xù)沸騰焙燒產品產率，結果如表7所示。

將沸騰焙燒640～720 min后產出的溢流砂、粉塵及二者按一定質量比混合形成的混合砂作為原料開展酸浸及水浸試驗，試驗結果如表8所示，煙氣成分檢測結果如表9所示。

由表6～9可知：沸騰焙燒溫度630 ℃，氣料比2.2 m3/kg，物料停留時間6～7 h，焙砂產率為76.70 %，粉塵產率為33.11 %。連續(xù)沸騰焙燒產生的混合砂經過硫酸浸出，銅、鈷浸出率分別為96.58 %、89.57 %；混合砂水浸時，銅、鈷浸出率分別為87.63 %、87.03 %。連續(xù)沸騰焙燒過程中煙氣中氧氣濃度為2.95 %，SO2濃度為60 900 mg/m3，CO濃度為2 130 mg/m3。

3.2.3粉塵金屬量

在連續(xù)沸騰焙燒過程中，粉塵的回收主要采用重力除塵、旋風除塵及布袋除塵相結合的方式。粉塵中金屬相對含量分析結果如表10所示。

由表10可知：連續(xù)沸騰焙燒過程中，52.52 %的粉塵通過重力除塵裝置回收，其中，銅、鈷相對含量分別為13.13 %、10.01 %；31.62 %的粉塵通過旋風除塵裝置回收，其中，銅、鈷相對含量分別為5.04 %、2.83 %；15.86 %的粉塵通過布袋除塵裝置回收，其中，銅、鈷相對含量分別為1.17 %、0.69 %。

4結論

1）國外某含鈷銅精礦采用沸騰焙燒處理，最佳沸騰焙燒溫度630 ℃，空氣氣氛，氣料比2.2 m3/kg（工況），物料停留時間6～7 h，焙砂產率為76.70 %，粉塵產率為33.11 %。連續(xù)沸騰焙燒產生的混合砂經過硫酸浸出，銅、鈷浸出率分別為96.58 %、89.57 %；沸騰焙燒過程產生的煙氣中O2濃度為2.95 %，SO2濃度為60 900 mg/m3，CO濃度為2 130 mg/m3。

2）在連續(xù)沸騰焙燒過程中，52.52 %的粉塵通過重力除塵裝置被回收，其銅、鈷相對含量分別為13.13 %和10.01 %；31.62 %的粉塵通過旋風除塵裝置回收，銅、鈷相對含量分別為5.04 %和2.83 %；剩余15.86 %的粉塵通過布袋除塵裝置回收，銅、鈷相對含量分別為1.17 %和0.69 %。

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Experimental study on fluidized bed roasting of cobalt?bearing copper concentrate

Li Jian

（Changchun Gold Research Institute Co.， Ltd.）

Abstract： This study investigates the fluidized bed roasting process for treating a cobalt?bearing copper concentrate from overseas， focusing on investigating the key technical parameters of the ore during fluidized bed roasting. Results demonstrate that the optimal fluidized bed roasting conditions include a temperature of 630 °C， air atmosphere， gas?to?feed ratio of 2.2 m3/kg （operational）， and material retention time of 6-7 h. Under these conditions， the roasting slag yield reaches 76.70 %， with a dust generation rate of 33.11 %. Subsequent sulfuric acid leaching of the mixed slag after continuous fluidized bed roasting achieves leaching rates of 96.58 % for copper and 89.57 % for cobalt. Flue gas analysis reveals an oxygen contentration of 2.95 %， SO? concentration of 60 900 mg/m3， and CO concentration of 2 130 mg/m3. Relative productivity of recovered dust via gravity， cyclone， and bag filter systems are 52.52 %， 31.62 %， and 15.86 %， respectively.The relative metal contents of copper and cobalt in the dust account for 19.34 % and 13.53 %，respectively. These results provide solid data for the industrial?scale fluidized bed roasting design of cobalt?bearing concentrates.

Keywords： cobalt?bearing copper concentrate; fluidized bed roasting; roasting temperature; gas?to?feed ratio; roas?ting slag; leaching

收稿日期：2024-09-20；修回日期：2024-11-12

基金項目：國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFC2904500）

作者簡介：李?。?986—），男，高級工程師，從事貴金屬冶煉研究工作；E?mail：472263019@qq.com