碳酸铜矿中钴的选择性浸出

齐美富,陈 瑛

(南昌大学环境与化学工程学院,江西南昌 330029)

环境·健康·安全

碳酸铜矿中钴的选择性浸出

齐美富,陈 瑛

(南昌大学环境与化学工程学院,江西南昌 330029)

对碳酸铜矿中铜、钴浸出过程的反应及行为进行了分析。在大量实验的基础上,结合理论分析,探讨了浸出条件对矿样中钴选择性浸出的影响,进而确定了钴选择性浸出的实验室最佳条件为:浸出时间 3 h,浸出温度 70℃以上,pH为 5,液固体积比为 5∶1,浸出液中添加质量浓度为 27.11 g/L的硫酸铜溶液 1.5 mL。实验结果表明,该条件下钴的浸出率可达到 78.37%,铜的浸出率仅为 0.04%,实现了钴与铜的有效分离,可以优先浸出钴,实现钴资源的充分利用。

碳酸铜矿;钴;选择性浸出

1 实验材料及方法

1.1 实验原料

实验采用的原料为杭州某厂从非洲进口的碱式碳酸铜矿。将原料在 100℃烘干 24 h,冷却后经制样粉碎机粉碎后,用尼龙筛筛分预处理使粒度小于150μm,采用原子吸收分光光度法和 X射线光谱分析仪对矿样进行化学组成及微观结构分析。矿样的主要化学成分见表 1。

表 1 样品化学分析结果 %

采用 X射线光谱分析仪对矿样分析表明,碳酸铜矿样中的铜主要以碱式碳酸铜的形式存在,有少量的四氧化三铜及氧化铜存在;钴主要以碱式碳酸钴的形式存在,有少量的四氧化三钴和氧化钴存在,矿样的物相分析结果见表 2。

表 2 样品物相分析结果 %

1.2 实验方法

将预处理后的碳酸铜矿加入 250 mL锥形瓶中,将锥形瓶置于磁力加热搅拌器之上组成浸出装置,以自制温控装置控制温度恒定,连续加入硫酸,以pHS-3G pH计指示浸出液 pH;浸出结束后,采用真空过滤装置过滤,测定滤液中的钴及铜离子浓度来测定钴和铜的浸出率。

浸出液中 Co2+采用原子吸收分光光度法测定,Cu2+采用原子吸收分光光度法或碘量法测定。

1.3 主要仪器及试剂

PANalyticalAxios型 X射线光谱分析仪,361MC型原子吸收分光光度计,pHS-3G pH计,电热鼓风恒温干燥箱,磁力加热搅拌器,电子天平,密闭式制样粉碎机,真空过滤器。

98%(质量分数)硫酸,浓盐酸,浓硝酸,冰乙酸,碘化钾,无水亚硫酸钠,氟化氢铵,硫代硫酸钠。

2 钴选择性浸出的原理[1-6]

钴选择性浸出的原理主要是将碱式碳酸铜矿用硫酸进行浆化酸溶,温度保持在 60～80℃,使钴、铜等碳酸盐及氧化态尽可能全部溶解。

随着浸出过程不断进行,溶液中酸量不断降低,pH不断上升,CuSO4,CoSO4发生水解:

根据金属氢氧化物沉淀的 pH的差别[Co(OH)2为 7.5,Cu(OH)2为 5.0],溶液中金属呈现不同的形态,从而钴能选择性的浸出。当pH≥5时,浸出液中的铜含量下降到很低值 (0.002%左右),铜主要呈碱式硫酸铜存在于一段浸出渣中,与此同时,CuSO4与钴沉淀发生大量的交互反应,使钴沉淀被迅速置换出来,而 Cu以沉淀形式存于渣中。

3 实验结果及讨论

3.1 浸出率的时间效应

准确称量矿样 10 g,在 pH为 4.5、温度为30℃、液固体积比 (以下简称液固比)为 5∶1条件下,分别考察不同浸出时间下钴及铜的浸出率,结果如图 1所示。由图 1可知,钴及铜的浸出率随浸出时间增加而不断提高。当浸出时间为 1 h时,钴浸出率只有 29%左右,随着浸出时间的增加,当浸出时间达到 3 h时,钴浸出率达到 33.5%左右,再提高浸出时间,浸出率曲线只是平缓上升,上升幅度不大。主要原因可能是随着浸出时间的增加,碳酸铜矿中的钴与浸出剂在该环境条件下达到反应的临界点,溶液中各离子浓度处于一种相对平衡的状态,因此,浸出时间选择 3 h左右比较合适。

图 1 浸出时间对浸出率的影响

3.2 温度对浸出率的影响

准确称量矿样 10 g,在 pH为 4.5、浸出时间为3 h、液固比为 5∶1条件下,分别考察不同浸出温度条件下钴及铜的浸出率,浸出结果如图 2所示。由图 2可知,钴的浸出率随着温度的升高而增加,温度升高对钴的浸出有利,在 45℃时浸出率只有 30%左右,到 75℃时浸出率已接近 70%左右,温度升高到 90℃时浸出率达到 70%以上;而铜的浸出率则和钴的浸出率恰好相反,铜的浸出率随着温度升高而降低。其中原因主要是由于随着温度的升高,硫酸钴的溶解度增加,另外在弱酸体系中,Cu2+与Co2+存在置换关系,随着温度升高,铜的浸出率升高,但是浸出液中铜离子立即与 Co(OH)2反应,所以,温度越高,越有利于钴的选择性浸出。

图 2 浸出温度对浸出率的影响

3.3 pH对浸出率的影响

准确称量矿样 10 g,在温度为 70～90℃、浸出时间为 3 h、液固比为 5∶1条件下,分别考察不同 pH条件下钴及铜的浸出率,结果见图 3所示。从图 3可看出,随着 pH的增大,浸出率减小。在 pH为3.5时,钴的浸出率为 50.34%,而铜的浸出率亦达到了31.82%,钴的浸出选择性很差;当 pH增大到 5时,钴的浸出率减小到 33%左右,而铜的浸出率则降到了 8%左右,钴的浸出选择性提高;继续增大pH,钴的浸出率减小,而钴的浸出选择性没有增加。

图 3 pH对浸出率的影响

3.4 液固比对浸出率的影响

准确称量矿样 10 g,在温度为 70～90℃、浸出时间为 3 h、pH为 5条件下,分别考察不同液固比条件下钴及铜的浸出率,结果如图 4所示。从图 4可知,随着液固比的增加,钴的浸出率增大,但是在液固比增大到 5∶1时,钴的浸出率增加趋势趋于平缓;但是随着液固比的增大,铜的浸出率也随着增大,为了更利于钴的选择性浸出,选择液固比为 5∶1。

图 4 不同的液固比对浸出率的影响

3.5 浸出液中 CuSO4添加量对浸出率的影响

准确称量矿样 10 g,在温度为 70～90℃、液固比为 5∶1、pH为 5、浸出时间为 3 h条件下,分别在浸出液中添加配制好的 27.11 g/L的硫酸铜标液0.1,0.5,1.0,1.5,2.0 mL,以考察 Cu2+用量对浸出率的影响,结果如图 5所示。从图 5可知,随着CuSO4用量的增加,钴的浸出率增大,并且铜的浸出率减小。CuSO4用量为 1.5 mL时有利于钴的选择性浸出,继续增加 CuSO4的用量,钴的选择性浸出增加不明显。在浸出液中加入硫酸铜溶液,一方面抑制了碳酸铜矿中铜的浸出,另一方面 Cu2+在弱酸条件下,将碱式硫酸钴中的钴离子置换出来,提高了钴浸出的选择性。

图 5 CuSO4用量对浸出率的影响

4 结论

1)通过在硫酸体系中浸出碳酸铜矿中钴的实验,得出钴可以优先选择性浸出,且具有较好的浸出效果。2)浸出过程的最佳工艺条件为:浸出时间为3 h,浸出温度 70～90℃,浸出液 pH为 5,液固比为5∶1,浸出液中硫酸铜的添加量为 1.5 mL,在此浸出条件下,钴的浸出率具有较好的选择性。3)在硫酸体系中选择性地浸出钴,在提取钴的同时又可以使碳酸铜矿的铜质量分数提高 10%以上,不仅资源得到综合利用,而且作为铜精矿的碳酸铜,其杂质减少,铜产品的质量也得到提高。

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Selectively leaching of cobalt from copper carbonate ore

QiMeifu,Chen Ying
(School of Environm ental and Chem ical Engineering,Nanchang University,Nanchang330029,China)

Study of selectively leaching cobalt from copper carbonate ore has been carried out.Reaction and behavior during the copper and cobalt leaching process were analyzed.Effects of the leaching conditions of selectively leaching processwere experimentally investigated and the optimum laboratory conditionswere confirmed as follows:leaching time was 3 h,leaching temperature was above 70 ℃,pH was 5,volume ratio of liquid to solid was 5∶1,and the amount of CuSO4at the mass concentration of 27.11 g/L was 1.5 mL.Results showed that the leaching rate of cobaltwas 78.37%and the leaching rate of copperwas just 0.04%under the above conditions.Effective separation of copper and cobaltwas realized and cobalt can be preferentially leached out so as to achieve the full utilization of resources.

copper carbonate ore;cobalt;selectively leaching

TQ131.21

A

1006-4990(2010)01-0050-03

2009-07-24

齐美富 (1966— ),男,副教授,主要从事污染控制及资源化利用的教学、研究和设计工作。

联 系 人:陈瑛

联系方式:cing84@163.com