酸浸法從剛果（金）低品位氧化銅鈷礦提取銅鈷試驗研究

牛 磊，胡 亮

（湖南有色金屬研究院，湖南 長沙 410100）

銅被廣泛應用于輕工業、電氣行業以及國防工業等領域；鈷在化工、機械、航空和軍事等部門具有廣泛的應用［1］，銅、鈷都是重要的戰略金屬。

我國銅鈷礦產資源短缺，目前對外依存度分別達到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、環境污染小［6，7］。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技術方案。

1 試驗原料與方法

1.1 試驗原料

試驗原料產自剛果（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，主要化學反應如下：

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-0.074 mm占72.0%時，鈷浸出率才能達到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內時，銅和鈷浸出反應尚未結束，銅鈷浸出率明顯偏低。當浸出時間超過1.0 h，銅鈷浸出率基本不變，說明浸出時間超過1.0 h，銅鈷浸出反應已經完全，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，當溫度達到70℃時，鈷浸出率最高達到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加8%硫酸，作為第一段浸出用溶液，其它參數不變，進行兩段浸出，總硫酸用量為19.71%，銅浸出率為90.85%，鈷浸出率為78.41%。

3 結 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。總硫酸用量為19.71%，銅浸出率為90.85%，鈷浸出率為78.41%。