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）10-0000-00Study on Leaching Experiment and Design of Copper-Cobalt OreHU Lei1, L
2、IANG 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 Democratic Republic of Congo (DRC). Referring to s
3、uccessful 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) 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
4、、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、FeSO 4、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，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
5、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、SiO 2 58.98、Zn 0.03、CaO 0.70、MgO 4.26、Al 2O3 11.47、Mn 0.60。粒度分布：+0.147 mm 28.06%、-0.147 mm+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
6、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，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
7、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.1007-7545.201
8、8 .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 com
9、prehensive test /%渣品位 浸出率序号Cu Co Cu Co1 0.116 0.035 96.6 88.22 0.112 0.034 96.7 88.63 0.119 0.035 96.5 88.12.2 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
10、、钴品位分别为0.133% 和0.036%，铜、钴浸出率分别为96.1%、88.0%。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SO 2通过碱液吸收，生产亚硫酸钠返回浸出槽。浸出槽之间均设
11、旁通管路确保持续生产，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 plant3.3 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，每小时干矿量为75 t，设计选择700 m 2
12、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
13、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） 2.51 21洗涤效率/% 99.4 99.2絮凝剂耗量/(ta -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)
14、 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，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
15、，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
16、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）：391-396.2 刘媛媛，杨洪英，熊柳，等. 提高复杂铜钴矿石浸出率的试验研究 J. 有色冶金节能，2014（6）：13-17.3 肖天祥. 某氧化铜钴矿酸浸试验研究J. 甘肃冶金， 2014，36（5）：8-10.4 罗春祥. 低品位铜钴矿选择性浸出工艺研究J. 河南科学， 2015，33（9）：1525-15
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