从刚果(金)铜钴氧化矿中还原酸浸铜和钴

田春友，钟先林，张晓峰，李 辉

(1.中色华鑫湿法冶炼有限公司,刚果(金) 加丹加 利卡西 999059；2.中色华鑫马本德矿业有限公司，刚果(金) 加丹加 卢本巴希 999059；3.沈阳有色金属研究院,辽宁 沈阳 110141)

1 试验原料、试剂与设备

试验用矿石采自刚果(金)，松装密度1.18 g/cm3，真密度为2.32 g/cm3，化学成分见表1，铜、钴物相组成见表2、3。

表1 铜钴矿的化学组成 %

表2 铜钴矿的铜物相组成

表3 铜钴矿的钴物相组成

试剂：浓硫酸，分析纯；焦亚硫酸钠，工业级。

试验设备：旋片真空泵，2XZ-2型，浙江台州求精真空泵有限公司；强力电动搅拌机，JB90-D型，上海标本模型厂；数显恒温磁力搅拌机，85-2B型，苏州威尔实验用品有限公司；鼓风电热恒温干燥箱，101-1型，上海沪越科学实验仪器厂；雷磁数显pH计，pHS-3C型，上海仪电科学仪器厂；电子天平MS 1602 TS型，梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；密度仪，BT100型，丹东百特仪器有限公司。

2 试验原理与方法

在酸性介质中，铜、钴氧化物在相同的氧化还原电位条件下共有较大的稳定区域，因此，矿石中的钴和铜可以同步浸出。常规酸浸很容易将自由氧化铜和二价钴氧化物浸出，但三价钴难以完全浸出，需添加还原剂进行还原。以焦亚硫酸钠为还原剂，通过控制工艺条件可将铜、钴同步浸出。浸出主要反应如下：

4CoSO4+Na2SO4+5H2O。

试验在1 000 mL烧杯中进行。称取100 g氧化铜钴矿石，按一定液固体积质量比加入硫酸，开启搅拌，升温至预定温度后，用分液漏斗在烧杯底部滴加300 g/L焦亚硫酸钠溶液，开始计时，达到反应时间后过滤，滤饼用100 mL水洗涤2次，洗涤液与滤液合并，滤渣干燥，滤液和干燥滤渣分别送分析。

铜和游离硫酸质量浓度采用化学法测定，钴采用原子吸收光谱法测定。

3 试验结果与讨论

3.1 硫酸用量对铜、钴浸出率的影响

矿石质量100 g，矿石粒度-74 μm占80%，液固体积质量比3/1，常温，焦亚硫酸钠加入量1.48 g(理论量的1.25倍)，搅拌浸出3 h，硫酸加入量对铜、钴浸出率的影响试验结果见表4。

表4 硫酸用量对铜、钴浸出率的影响

由表4看出：随硫酸用量增加，铜浸出率提高，但提高幅度不大，而钴浸出率提高幅度相对较大；硫酸用量为14 g(初始质量浓度46.67 g/L)时，铜浸出率94.27%，钴浸出率71.23%，此时游离酸质量浓度12.94 g/L，对后续萃取工序影响相对较小。确定硫酸加入量以14 g为宜，即硫酸初始质量浓度为46.67 g/L。

3.2 浸出时间对铜、钴浸出率的影响

矿石质量100 g，矿石粒度-74 μm占80%，液固体积质量比3/1，常温，焦亚硫酸钠加入量1.48 g(理论量1.25倍)，硫酸加入量14 g，浸出时间对铜、钴浸出率的影响试验结果见表5。可以看出：浸出时间对铜浸出率影响较小，对钴浸出率影响较大；浸出3 h，铜、钴浸出率均趋于稳定。综合考虑能耗和生产效率，确定浸出时间以3 h为宜。

表5 浸出时间对铜、钴浸出率的影响

3.3 温度对铜、钴浸出率的影响

矿石质量100 g，矿石粒度-74 μm占80%，液固体积质量比3/1，浸出时间3 h，焦亚硫酸钠加入量1.48 g(理论量1.25倍)，硫酸加入量14 g，温度对铜、钴浸出率的影响试验结果见表6。

表6 温度对铜、钴浸出率的影响

由表6看出：温度对铜浸出率影响较小，常温下铜浸出率即达94%；而随温度升高，钴浸出率提高幅度较大，温度为65 ℃时，钴浸出率达82.36%。浓硫酸与物料之间的反应热和太阳热可维持体系温度在40～50 ℃之间，而在此条件下，铜、钴浸出率约为95%和80%，效果较好，故实际生产中无需加热。

3.4 液固体积质量比对铜、钴浸出率的影响

矿石质量100 g，矿石粒度-74 μm占80%，温度45 ℃，浸出时间3 h，焦亚硫酸钠加入量1.48 g(理论量1.25倍)，硫酸加入量14 g，液固体积质量比对铜、钴浸出率的影响试验结果见表7。

表7 液固体积质量比对铜、钴浸出率的影响

由表7看出：随液固体积质量比增大，铜、钴浸出率都先升高后降低。随液固体积质量比增大，硫酸初始质量浓度降低，浸出强度降低，且浸出液中铜、钴质量浓度降低，给后续铜、钴回收造成困难。综合考虑，确定液固体积质量比以3/1为宜。

3.5 焦亚硫酸钠用量对铜、钴浸出率的影响

矿石质量100 g，矿石粒度-74 μm占80%，温度45 ℃，浸出时间3 h，硫酸加入量14 g，液固体积质量比3/1，还原剂焦亚硫酸钠用量(理论量的倍数)对铜、钴浸出率的影响试验结果见表8。

表8 焦亚硫酸钠加入量对铜、钴浸出率的影响

由表8看出：随焦亚硫酸钠用量增加，铜浸出率变化不大，钴浸出率有较大幅度提高；焦亚硫酸钠用量为理论量时，钴浸出率为67.32%；而焦亚硫酸钠用量为理论量1.25倍时，钴浸出率达79.52%，但矿石中的Fe2+有少量浸出，对后续钴的回收有一定影响。综合考虑，确定焦亚硫酸钠用量为理论量1.25倍。

3.6 综合条件试验

根据上述条件试验结果，在45 ℃下，控制液固体积质量比3/1、硫酸初始质量浓度46.67 g/L、焦亚硫酸钠用量1.48 g(理论量1.25倍)，对100 g铜钴矿石浸出3 h，试验结果见表9，浸出渣中铜、钴物相分析结果见表10、11。

表9 综合验证试验结果

表10 浸出渣中铜物相分析结果

表11 浸出渣中钴物相分析结果

由表9看出：综合条件下，铜浸出率为94.46%，钴浸出率为80.42%，浸出效果较好。

4 结论

刚果(金)的铜钴氧化矿石通过还原酸浸，铜、钴被有效转移到浸出液中。适宜条件下，铜浸出率为94.46%，钴浸出率为80.42%，铜和钴得到同步浸出。矿石中的自由氧化铜基本全部浸出，结合氧化铜有部分未浸出，硫化铜中的铜浸出率很低；钴华、碳酸钴和脉石中的钴浸出率较高，硫化钴中的钴浸出率很低，但总体浸出效果较好。