刚果（金）某铜钴矿粗制氢氧化钴浆化洗涤工艺试验研究①

张志兵，石玉臣，张 骄，张恩普，沈金灵，孙 剑，刘 冰

（北方矿业有限责任公司，北京 100053）

钴是一种极其重要的战略金属，在电池材料、硬质合金、高温合金以及磁性材料领域得到广泛应用［1-3］。近年来，随着新能源产业的蓬勃发展，钴冶炼行业对钴原料的需求也越来越旺盛［4］。我国钴资源严重匮乏，钴矿品位低，且多为多金属伴生矿；钴冶炼工序复杂且成本高，企业综合经济效益不高［5-6］。非洲刚果（金）铜钴资源丰富，钴储量占全世界总储量约50%，国内越来越多的钴冶炼生产企业在刚果（金）当地直接建厂，加工生产粗制钴盐，以降低生产成本及原料运输费用［7-8］。

刚果（金）钴资源主要以铜钴共生型氧化矿为主，其湿法冶炼工艺流程一般采用磨矿-搅拌浸出-萃取-电积流程生产阴极铜，萃取铜后含钴萃余液再经除杂-沉钴-浆化洗涤-压滤-闪蒸干燥等生产工艺流程制备粗制钴盐产品［9-10］。

本文利用生产新水对一段沉钴工序获得的氢氧化钴进行浆化洗涤，探索浆化洗涤工艺条件对浆化洗涤效果的影响。

1 原料、设备与试验方法

1.1 试验原料

试验原料为刚果（金）某铜钴矿经磨矿、搅拌浸出、萃取、沉钴等工序处理后所获得的粗制氢氧化钴，其主要化学成分见表1。

表1 浆化洗涤前氢氧化钴主要成分（质量分数） %

浆化洗涤试验用水全部采用生产新水，来自深井泵抽取地下200 m的地表水。生产新水主要化学成分如表2所示。

表2 生产新水主要化学成分 mg／L

1.2 试验主要仪器设备

试验主要仪器设备如表3所示。

表3 试验涉及的主要设备及分析仪器

1.3 试验原理及方法

通过控制液固比，在浆槽中加入适量生产新水，在一定搅拌强度下，对氢氧化钴滤饼进行充分浆化，从而将氢氧化钴中夹带的硫酸镁、硫酸锰等可溶性物质转移至洗水中，达到氢氧化钴固体产品降镁的作用，同时产品钴品位也得到同步提高。

首先对浆化洗涤工艺进行单因素条件考察，得出较佳的工艺条件参数，然后再对其进行多因素正交试验考察，获得浆化洗涤最优因素水平组合，并对最优水平组合进行重复试验验证。

2 试验结果及讨论

2.1 浆化洗涤工艺单因素条件考察

2.1.1 液固比对浆化洗涤效果的影响

设定浆化时间0.5 h、搅拌强度60 r／min，液固比对浆化洗涤效果的影响如图1所示。

图1 液固比对浆化洗涤效果的影响

从图1可以看出，随着浆化洗涤液固比逐渐增大，氢氧化钴中钴含量逐渐升高，液固比达到5∶1时钴品位趋于稳定；而氢氧化钴中镁杂质含量则随着液固比增大而降低，液固比达到7∶1后镁含量趋于稳定。随着液固比逐渐增大，单位质量氢氧化钴中投入的洗涤新水量越大，浆化洗涤效果越好，大部分硫酸镁被洗涤下来进入溶液，氢氧化钴钴品位得到逐步提升。考虑到新水用量过大对生产系统水平衡是极大挑战，而且液固比大于5∶1后对提升产品钴品位不显著，因此，浆化洗涤液固比选择5∶1为宜。

2.1.2 浆化时间对浆化洗涤效果的影响

浆化液固比5∶1、搅拌强度60 r／min，浆化时间对浆化洗涤效果的影响如图2所示。

图2 浆化时间对浆化洗涤效果的影响

从图2可以看出，随着浆化时间延长，氢氧化钴中钴品位逐渐升高，镁杂质含量逐步降低；当浆化时间达到30 min后，氢氧化钴钴品位基本趋于稳定，在41.3%左

右波动；浆化时间达到60 min后镁杂质含量基本不变。经过综合考虑，浆化时间选择30 min为宜。

2.1.3 搅拌强度对浆化洗涤效果的影响

浆化液固比5∶1、浆化时间30 min，搅拌强度对浆化洗涤效果的影响如图3所示。

从图3可以看出，随着搅拌强度升高，氢氧化钴钴品位逐渐升高，镁杂质含量逐渐降低；搅拌强度达到80 r／min后，产品钴品位基本趋于稳定；搅拌强度达到100 r／min后，镁杂质含量变化不大。在实际生产过程中，搅拌强度越大，设备运行负荷越大，设备故障率与风险也就越高，同时电力消耗也就越大，综合考虑，搅拌强度选择80 r／min为宜。

2.2 多因素正交试验条件考察

2.2.1 正交试验因素水平设计

根据上述单因素试验结果，确定正交试验因素及对应水平如表4所示。

表4 正交试验因素及水平设计

2.2.2 正交试验方案及极差分析

选用L9（34）正交表安排试验，分别以产品中钴品位与镁杂质含量为考核指标，考核指标以较高的钴品位且较低的镁含量为优。试验方案及结果分析如表5所示。

从表5可以看出，各因素对产品中钴品位指标的影响显著性优先顺序为：液固比＞浆化时间＞搅拌强度；根据表中极差分析结果得出影响产品钴品位指标最优水平组合为：A3B3C2。同理，各因素对产品中镁杂质含量指标的影响显著性优先顺序为：液固比＞浆化时间＞搅拌强度；根据表中极差分析结果，得出影响产品镁杂质含量指标最优水平组合为：A3B3C2。由此说明，在浆化洗涤过程中，氢氧化钴中钴品位与镁杂质含量的变化方向刚好相反，即钴品位逐渐升高，镁杂质含量则相对应地逐渐降低，从而达到“提钴降镁”的目的。通过正交试验得出最优浆化洗涤工艺条件为：液固比7∶1、浆化时间50 min、搅拌强度80 r／min。

表5 正交试验方案极差分析结果

2.3 优化工艺条件下制备的浆化洗涤产品

按正交试验获得的最优浆化洗涤工艺条件进行验证试验，浆化洗涤前后的氢氧化钴样品化验分析结果如表6所示。

表6 浆化洗涤前后产品主要成分分析结果（质量分数）%

从表6可以看出，正交试验得出的最优浆化洗涤工艺条件下，经过浆化洗涤后氢氧化钴钴品位由洗涤前的39.25%升至42.46%，镁杂质含量由洗涤前的6.89%降至4.72%，即相比洗涤前钴品位提高了3.21个百分点，镁含量降低了2.17个百分点，表明该浆化洗涤条件下浆化洗涤效果良好。

3 结 论

1）分别对浆化洗涤工艺条件进行了单因素试验与正交试验，得出了最优浆化洗涤工艺条件为：液固比7∶1、浆化时间50 min、搅拌强度80 r／min。

2）各因素对浆化洗涤效果影响显著性优先顺序为：液固比＞浆化时间＞搅拌强度。

3）优化工艺条件下获得的氢氧化钴产品钴品位为42.46%，比洗涤前提升了3.21个百分点，镁含量为4.72%，比洗涤前降低了2.17个百分点，表明该工艺条件下浆化洗涤效果良好。