1、铜钴矿浸出 试验 及设计研究 胡磊 1， 梁新星 2， 郭持皓 1 (1.北京矿冶 科技集团有限公司 ，北京 100160； 2.万宝矿产有限公司，北京 100053） 摘要 ： 结合 刚果（金）某铜钴矿浸出 试验 结果 ，确定最佳工艺参数 。 参照类似 冶炼厂 实际生产的成功经验， 对酸浸工段设备进行选型研究， 以期获得良好的 设计指标 。 关键词： 铜钴矿 ； 浸出 ； 设备选型 ；设计 中图分类号： TF111.3;TF811;TF816 文献标志码： A 文章编号： 1007-7545（ 2018） 10-0000-00 Study on Leaching Experiment and
2、 Design of Copper-Cobalt Ore HU Lei1, LIANG Xin-xing2, GUO Chi-hao1 (1. BGRIMM Technology Group, Beijing 100160, China; 2. Wanbao Mining Ltd., Beijing 100053, China) Abstract： The optimum technological parameters were determined based on leaching experimental results on copper-cobalt ore in Democrat
3、ic Republic of Congo (DRC). Referring to successful experience of similar smelters, equipment selection for acid leaching was studied to obtain good design index. Key words： copper-cobalt ore; leaching; equipment selection; design 钴 是 世界上 重要 的战略矿产资源之一 1，因其优良的性能，成为制造耐高温合金、硬质合金、催化剂和强磁性材料的重要材料 2。 刚果 (金
4、 )具有丰富的铜钴矿物，其储量约占世界总储量的 48%3 -6。 多家 中资矿业公司 ，如华刚矿业、华友钴业、紫金矿业、洛阳钼业、中铁国际、中色国际、万宝矿产、盛屯矿业等 ，纷纷在刚果（金）投资建厂 7-10。 目前刚果（金）的矿石以氧化铜钴矿 居多 11，铜高钴低 ， 钴主要以水钴矿 CoO(OH)(III)形式存在，浸出过程中需要添 加还原剂 将 Co（ III）还原成 Co（ II），再被酸浸出 ， 常用的还原剂有液体 SO2、 FeSO4、焦亚硫酸钠和亚硫酸钠等 12-14。 因此， 针对低品位难选 氧化铜钴矿 ， 破磨 酸性 浸出萃取电积除铁沉钴 15成为目前应用最广 泛 的工艺 ，
5、该工艺 具有生产成本低，环境污染小，投资少，建设周期短，见效快和资源利用率高等 优点 16-17。 本文 针 对 刚果（金）某 铜钴矿 ，先 进行浸铜、钴 试验 ， 确定最佳 浸出工艺参数， 以此为指导， 进一步完成酸浸 车间 的 设计 ， 以 获得较满意的 技术 指标。 1 矿石性质 刚果 （金） 某 铜钴矿样品主要成分 （ %）： Cu 2.98、 Co 0.26、 Fe 3.50、 S 0.03、 SiO2 58.98、 Zn 0.03、 CaO 0.70、MgO 4.26、 Al2O3 11.47、 Mn 0.60。 粒度分布 ： +0.147 mm 28.06%、 -0.147 mm
6、+0.074 mm 18.49%、 -0.074 mm+0.050 mm 13.48%、 -0.050 mm 39.97%。 可知：原矿中 具有 回收利用价值的元素 主要 是 Cu、 Co， 样品的粒度 -0.074 mm占 比 53.45%。 2 浸出 试验 研究 结果及分析 2.1 常规 浸出试 验 主要考察 硫酸 用量、 亚硫酸 钠 用量、 磨 矿细 度、 浸出时间、 矿浆浓度 等因素对 铜、钴 浸出率的影响。 试验发现，随着硫酸用量 的 增加，铜、钴浸出率逐渐增加，当 吨矿 硫酸用量为 120 kg时，铜、钴的浸出效果最佳，分别为达到 94.6%、 84.7%，此后再进一步提高硫酸用量
7、，铜、钴浸出率变化不明显。 钴浸出率随着亚硫酸钠用量 的 增加明显增加，铜浸出率基本在 96%左右，变化不明显，当亚硫酸钠用量为20 kg/t时， 钴 浸出率达到 87%以上，故选择亚硫酸钠用量 为 20 kg/t。 磨矿细度 -0.074 mm占比越高，铜、钴浸出率越高， 因为粒度越细，颗粒与浸出剂的接触面积越大，可促使浸出反应更充分。当 -0.074 mm占比 80%时，铜、钴浸出率分别为 96.3%、 87.3%。磨矿细度取决于磨矿时间的长短，磨矿 -0.074 mm占比越高，磨矿时间越长，能耗越高，运行成本越高，并且粒度过细对后续工艺中的过滤不利。综合考虑，选择 -0.074 mm占比
8、 80%即可。 铜浸出反应速率很快，在 1 h内即可反应完全，浸出率在 95%以上；延长浸出时间，钴浸出率逐渐增加，当时间为 4 h，钴浸出率达到 88%以上。若再延长浸出时间，只会降低生产效率。 收稿日期 ： 2018-04-22 作者简介：胡磊（ 1988-），女，湖南醴陵 人 ，硕士，工程师 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2018.10.003 随着浸出矿浆浓度 的 增加，铜、钴浸出率增加，当矿浆浓度高于 40%时，铜、钴浸出率反而稍有下降，这是由于矿浆浓度过高，不利于扩散均匀以及液固相的良好接触，对反应不利。考虑到本样品含泥量高，矿浆浓度太大， 黏度
9、高，渣夹带 损失 多，取矿浆浓度 33%为最佳。 通过单因素 浸出 试验 ， 确定综合试验条件 为： 硫酸用量 120 kg/t、 亚硫酸钠用量 20 kg/t、 常温浸出 、 磨矿细度 0.074 mm占 80%、 浸出时间 4 h、 矿浆浓度 33%。 取 样品 100 g进行 3次 试验， 试验 结果 （表 1） 表明， 铜、钴浸出率 均在 96.5%、 88.0%以上 。 表 1 综合试验结果 Table 1 Results of comprehensive test /% 序号 渣 品位 浸出率 Cu Co Cu Co 1 0.116 0.035 96.6 88.2 2 0.112
10、0.034 96.7 88.6 3 0.119 0.035 96.5 88.1 2.2 萃余液返回浸出试验 浸出液通过萃取 电积 获得 电积铜，萃余液 含有 较高的余酸 ，探索充分利用萃余液 中的余酸返回浸出，以降低浓硫酸实际用量。 取样品 100 g，硫酸用量 90 kg/t，亚硫酸钠用量 20 kg/t，常温，磨矿细度 -0.074 mm占 80%，浸出时间 4 h，矿浆浓度 33%，用萃余液返回浸出，考察其对铜、钴浸出率的影响 。 结果表明 ， 萃余液循环浸出， 溶液中 钴和铁浓度逐渐升高，尾渣铜、钴品位分别为 0.133%和 0.036%，铜 、钴 浸出率 分别 为 96.1%、 88
11、.0%。 3 酸浸 工艺 设计 3.1 设计规模 处理 干矿 量 1 800 t/d，合计 594 kt/a， 工作制度 330 d/a， 3班 /d， 8 h/班。 3.2 工艺流程 原矿经破磨 、 浓密，浓密底流泵送至酸浸车间 ，矿浆经 浸前 压滤机压滤、萃余液调浆后 送至 1#酸浸槽，调整 矿浆浓度至 33%左右 。矿石在 6个搅拌浸出槽内进行顺流连续浸出，在第一、三、五搅拌浸出槽内 补加 浓硫酸，同时在 浸出槽内 加入 亚硫酸钠 提高钴的浸出效果 ，浸出时间 4 h，浸出终点 pH 1.52.0。在酸浸过程中溢出的 SO2通过碱液吸收，生产亚硫酸钠 返回浸出槽 。浸出槽之间均设旁通管路
12、确保持续生产，每个搅拌槽设置排砂管。浸出矿浆和絮凝剂混合后进入浓密机浓缩， 浓密溢流自流入地下高铜料液池； 浓密底流浓度 50%， 可溶铜 、钴含量高，需设计洗涤以降低 酸浸渣中 铜、钴损失，洗水自流入地下低铜料液池，高、低铜料液 经 自然澄清 ，再送萃取工序。 酸浸车间工艺流程图 见图 1。 图 1 酸浸车间工艺流程图 Fig.1 Process flow sheet of acid leaching plant 3.3 主要设备选型研究 浸出工艺可划分为原矿脱水、萃余液调浆、加酸浸出、矿浆浓缩洗涤以及料液净化 5大 部分 。 3.3.1 原矿脱水 原矿脱水 用到的主要设备是压滤机 ， 每
13、小时 干矿 量为 75 t， 设计 选择 700 m2压滤机 4台 （每台安装功率 22.9 kW），交替使用 。考虑到压滤机滤板的安装及检修，设 计 3 t电动单梁起重机 1台 （安装功率 8.3 kW） 。 3.3.2 萃余液调浆 及加酸浸出 萃余液调浆及加酸浸出用到的主要设备是调浆槽、酸浸槽， 按最佳工艺参数，浸出矿浆浓度按 33%设计，先用萃余液调浆至浓度 40%，再在酸浸槽中补加萃余液至设计浓度 ，酸浸控制终点 pH 1.52.0。 设计 调浆槽 规格为 5.0 m5.5 m、 数量 2台 、 安装功率 37 kW， 设计 调浆槽 规格为 6.0 m6.8 m、 数量 6台 、 安装
14、功率 45 kW。 3.3.3 矿浆浓缩洗涤 酸浸矿浆 经浓密机浓缩、洗涤后 渣 排至尾矿库。洗涤是酸浸车间的关键步骤，生产上主要有压滤机洗涤和浓密机 洗涤 ， 两种洗涤 方式比较 见表 2。 表 2 两种洗涤方案综合技术指标比较 Table 2 Comparison of comprehensive technical indexes between two washing schemes 项目 浓密机洗涤 （ 5 级） 压滤机洗涤 主要设备 22 m 浓密机 22 m 浓密机 +700 m2压滤机 设备数量 6 1+8 洗水比（水 /矿） 2.5 1 2 1 洗涤效率 /% 99.4 99
15、.2 絮凝剂耗量 /(t a-1) 90 18 年耗电 /kWh 1 925 100 9 384 120 总 投资 /万美元 752.21 725.61 直接成本 /(万美元 a-1) 164.82 203.83 从表 2可知，洗涤效率相当，压滤机洗涤 与 浓密机洗涤电耗相差近 4倍，浓密机洗涤比压滤机洗涤投资增加26.60万美元，生产成本减少 39.01万美元 /a。通过对比可知，浓密机洗涤方案较优。故本设计选择浓密机洗涤。 3.3.4 料液净化 高、低铜 料液 表面 有 悬浮物 ，先经澄清再 送萃取，以免影响萃取工艺 。已有生产经验表明，选用压滤机净化过滤，效果不佳，频繁出现滤布堵塞的情况
16、， 这主要是 絮凝剂及钙垢黏结在压滤机滤布上， 导致 滤布透水性差， 影响正常运转。 CN过滤器也出现类似堵塞情况。 本设计采用料液池自然澄清，高、低铜料液分别在料液池中经过 24 h沉降 ，效果好 。溶液呈酸性，料液池需铺设 HDPE膜，同时设检漏 装置 。 4 生产情况 通过试验确定最佳工艺参数为：干矿硫酸用量 120 kg/t、 干矿亚硫酸钠用量 20 kg/t、 常温 、 磨矿细度 -0.074 mm占 80%、 浸出时间 4 h、 矿浆浓度 33%，尾渣铜、钴品位分别为 0.116%和 0.035%，铜、钴浸出率分别为 96.5%、88.0%以上。 为充分利用萃余液中的余酸，采用萃余
17、液返回浸出，减少硫酸消耗，实际生产证明该工艺切实可行，铜、钴浸出率能达到 96%、 87.6%以上。 获得 的 高铜料液含 Cu15.3 g/L、 Co1.3 g/L，低铜料液含 Cu2.5 g/L、 Co0.5 g/L，为萃取提供合格的 CuSO4料液，送后续工段生产阴极铜。 5 结 语 以试验数据为依据，参照类似冶炼厂实际生产的成功经验，对酸浸工段设备进行选型研究， 生产实践表明 ，设备选型合适，可以为后续萃取工 序提供合格的硫酸铜料液。 参考文献 1 李海军，杨洪英，陈国宝，等 . 低品位硫铜钴矿生物浸出液中铜的分离 J. 东北大学学报（自然科学版），2014， 35（ 3）： 391-
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