低品位鈷精礦焙燒工藝試驗(yàn)研究

邵傳兵，程 亮，李俞良，張恩玉，魯興武，馬愛軍

（西北礦冶研究院 冶金新材料研究所，甘肅 白銀 730900）

目前，從礦石中提取鈷多采用焙燒—浸出—溶液凈化—電積工藝。生產(chǎn)實(shí)踐表明，以常規(guī)方法焙燒后的礦石，鈷浸出率較低，通常不高于80%［1－3］。分析認(rèn)為，精礦焙燒效果差是導(dǎo)致鈷浸出率低的主要原因。針對(duì)某低品位鈷硫精礦，研究了硫酸化焙燒及浸出，以期為同類礦石的開發(fā)利用提供一種可供參考的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料

鈷精礦為淺黃色粉狀物料，堆密度2.24 g／cm3，粒度為－100目占90%以上。精礦中脈石成分較少，主要為黃鐵礦和磁黃鐵礦，含有少量閃鋅礦、方鉛礦和黃銅礦，鈷以類質(zhì)同象形式嵌布于黃鐵礦中［4］。精礦化學(xué)成分為：Co 0.34%，Cu 0.31%，Zn 0.48%，Pb 0.24%，F(xiàn)e 44.37%，As 0.02%，Ni 0.04%，S 51.33%。

1.2 試驗(yàn)方法與原理

焙燒試驗(yàn)在φ150mm小型回轉(zhuǎn)窯中進(jìn)行，采用電加熱，空壓機(jī)鼓風(fēng)。在一定焙燒溫度（450～700℃）和氧化氣氛條件下，各金屬硫化物分別與活性氧結(jié)合生成氧化物，或進(jìn)一步與爐氣中的二氧化硫反應(yīng)生成硫酸鹽；硫以二氧化硫形式進(jìn)入爐氣中［5］。主要范圍為：

Me表示Cu、Zn、Pb。

含鈷焙砂用稀酸（硫酸質(zhì)量濃度為20g／L）浸出鈷，浸出條件為：浸出溫度85～90℃，液固體積質(zhì)量比2.5∶1，終點(diǎn)pH＝1.0。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 焙燒溫度對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

精礦質(zhì)量500g，不加任何催化劑，焙燒時(shí)間1.5h，空氣系數(shù)1.5倍，焙燒溫度對(duì)鈷、鐵浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 焙燒溫度對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

由圖1看出：隨焙燒溫度升高，焙砂中的鈷、鐵浸出率提高；600℃下焙燒后，鈷浸出率最高達(dá)64.75%；之后隨焙燒溫度升高，鈷浸出率降低，鐵浸出率繼續(xù)升高。焙燒溫度低時(shí)，受反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)控制，反應(yīng)速度慢；溫度升高，反應(yīng)生成的硫酸鈷會(huì)分解成氧化物，與氧化鐵反應(yīng)生成難溶的鐵酸鈷，增大進(jìn)一步浸出難度。因此，確定焙燒溫度以600℃為宜。

2.2 焙燒時(shí)間對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

精礦質(zhì)量500g，不加任何催化劑，焙燒溫度600℃，空氣系數(shù)1.5倍，焙燒時(shí)間對(duì)鈷、鐵浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 焙燒時(shí)間對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

由圖2看出：隨焙燒時(shí)間延長(zhǎng)，鈷、鐵浸出率提高。反應(yīng)前期主要受熱力學(xué)控制，后期主要受擴(kuò)散行為控制。為保證有價(jià)金屬元素完全氧化，必須提供足夠的反應(yīng)時(shí)間?？紤]到能耗和盡量減少鐵的浸出，確定焙燒時(shí)間以3h為宜。

2.3 催化劑加入量對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

精礦質(zhì)量500g，催化劑為硫酸鈉，焙燒溫度600℃，空氣系數(shù)1.5倍，焙燒時(shí)間3h。催化劑用量對(duì)鈷、鐵浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 催化劑加入量對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

由圖3看出，催化劑的加入可使鈷、鐵浸出率提高，而且鈷浸出率提高明顯?？紤]到成本及其他因素，確定催化劑加入量以2.5%為宜。

2.4 過?？諝庀禂?shù)對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

精礦質(zhì)量500g，催化劑加入量2.5%，焙燒溫度600℃，焙燒時(shí)間3h。過?？諝庀禂?shù)對(duì)鈷、鐵浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 空氣濃度對(duì)鈷、鐵浸出率的影響

由圖4看出，隨空氣過剩系數(shù)增大，鈷、鐵浸出率提高。因?yàn)榱蛩猁}的生成要求有更多的過?？諝?。實(shí)際生產(chǎn)中，如選擇較大空氣過剩系數(shù)，能耗高，煙氣中SO2濃度低，不利于制酸，生產(chǎn)成本高；而空氣過剩系數(shù)小，氧化反應(yīng)不完全，有價(jià)元素回收率低。綜合考慮，確定空氣過剩系數(shù)為1.15。

2.5 綜合試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，在礦石質(zhì)量500g、焙燒溫度640℃、焙燒時(shí)間2h、催化劑Na2SO4用量2.5%、空氣過剩系數(shù)1.3倍的最佳條件下進(jìn)行綜合試驗(yàn)。結(jié)果表明，焙砂鈷浸出率達(dá)92.6%，鐵浸出率僅0.72%，精礦脫硫率達(dá)97.31%。

3 結(jié)論

與常規(guī)焙燒方法相比，添加硫酸鈉作催化劑，鈷的硫酸化率顯著提高，脫硫率達(dá)到97.31%。焙燒后，鈷浸出率提高了近40%（由64.75%提高至92.6%），而鐵浸出率相當(dāng)?shù)?，鈷、鐵分離效果較好。

本工藝可有效回收鈷；煙氣中SO2濃度較高時(shí)，適合當(dāng)前普遍采用的兩轉(zhuǎn)兩吸工藝生產(chǎn)工業(yè)硫酸。試驗(yàn)確定的焙燒工藝簡(jiǎn)單，操作方便，比較容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。

［1］王永利，徐國棟.鈷資源的開發(fā)和利用［J］.河北北方學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，21（3）：18－21.

［2］樂頌光.鈷冶金［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1987：7－35.

［3］何煥華，蔡喬方.中國鎳鈷冶金［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2000：541－557.

［4］魯興武，邵傳兵，易超，等.濕法煉鋅副產(chǎn)銅渣的綜合利用［J］.有色金屬：冶煉部分，2012（6）：17－18.

［5］賴雪飛.低氯碳酸鈷的制備工藝研究［D］.成都：四川大學(xué)，2006.