复杂硫化钴矿加压浸出工艺研究

我国钴资源的主要特点是贫矿多、富矿少，缺少单独的钴矿床，大部分共生或伴生在铜、镍、铁矿中。目前主要从镍铜等重金属冶炼系统钴渣中提取钴，约占钴总产量的35％，其它从进口钴原料和废料中提取的钴约占总产量的65%。我国某地复杂硫化钴矿中含有镍、铜、铁、砷等元素，钴主要以辉钴矿为主，镍以镍辉钴矿为主。采用火法工艺不能进

行有效的分离。本文采用加压湿法浸出工艺进行处理，使得钴、镍、铜进入溶液中，铁和砷形成稳定的砷酸铁进入浸出渣。

一、试验研究

（一）试验原料

试验所用原料为我国某地复杂硫化钴矿，原矿中硫化物主要以黄铜矿、黄铁矿、毒砂为主，其次为闪锌矿、黝铜矿、辉钴矿，少量镍辉钴矿。原矿主要成分为（％）：Co2.40，Ni0.78，Cu2.10，Fe11.30，S8.45，Zn0.98，As11.99。原矿经细磨后90％以上小于0.074mm.试验所用试剂如硫酸等均为分析纯。配制溶液用水为去离子水。

（二）试验装置

加压氧化试验在GSA－2L立式衬钛加压釜中进行。氧气为98％工业纯氧气。

将原矿、水、硫酸和添加剂按一定比例混合后加入加压釜中，密闭升温，并通入少量氧气。温度升至85～95℃时打开通气阀门排气。达到设定温度后通入氧气并将总压调整至试验值，开始计时，试验过程中严格控制反应的温度和压力。反应结束后通入冷却水将釜体冷却至60℃后启釜，物料用旋片式真空泵过滤分离。浸出渣用水淋洗烘干。浸出液和浸出渣分别送分析。

（三）试验原理

根据原矿组成，加压浸出试验过程主要进行下列反应：

CoAsS＋13/4O₂＋3／2H₂O＝CoSO₄＋H₃AsO₄

CuFeS₂＋H₂SO₄＋5／2O₂＝CuSO₄十FeSO₄＋H₂O＋S

4FeSO₄＋O₂＋2H₂SO₄＝2Fe₂（SO₄）₃＋2H₂O

Fe^3＋＋H₃AsO₄＝FeAsO₄＋3H^＋

2ZnS＋2H₂SO₄＋O₂＝2ZnSO₄＋2H₂O＋S

二、试验方法和结果

（一）反应温度的影响

试验条件：L/S＝5/1，硫酸浓度0.82mol/L，添加剂A0.5g，总压0.85MPa，反应时间2.0h。试验结果见图1。

图1  浸出温度对金属浸出率的影响

由图1可看出，高温有利于铜、镍、钻的浸出，150℃时，铜、镍、钻的浸出率大于90％。铁的浸出率跟温度成正比。但160℃以后铁发生水解沉淀。砷的浸出率随温度的升高而降低。但初始酸浓度较高，导致浸出液中砷浓度高于0.3g/L，因此降低初始硫酸浓度。

（二）浸出时间的影响

试验条件：L/S＝5/1，硫酸酸度0.82mol/L，添加剂A0.5g，反应温度60℃，总压0.85 MPa。试验结果见图2。

图2  浸出时间对金属浸出率的影响

由图2可以看出钴、镍、铜、铁浸出率随反应时间而增大。反应1.5h后，钴、镍、铜的浸出率均达90％以上，同时砷和大部分的铁被抑制在渣中。

（三）初始硫酸浓度的影响

试验条件：L/S=5/1，添加剂A 0.5g;反应温度160℃，总压0.85MPa，反应时间1.5h。试验结果见图3。

图3  初始酸浓度对金属浸出率的影响

结果表明：硫酸有利于钴、镍、铜的浸出。起始酸度为0.51mol/L时，钴、镍、铜的浸出率均达90％以上，但浸出液中铁、砷含量较高。起始酸度为0.41mol/L时，浸液中铁、砷含量低，但钴、镍、铜的浸出率偏低。

（四）氧分压的影响

试验条件：L/S＝5／1，硫酸酸度0.4 mol/L，添加剂A0.5g,反应温度150℃，反应时间1.5h。试验结果见图4。

图4  氧分压对金属浸出率的影响

结果表明：氧分压增大，钴镍铜的浸出率升高，但变化较小。同时氧分压对铁砷的浸出影’响也不大。氧分压以0.3MPa以下即可。

（五）矿浆液固比的影响

试验条件：硫酸初始酸度0.41mol/L,添加剂A0.5g，反应温度160℃，总压0.85MPa，反应时间1.5h。试验结果见图5。

图5  矿浆液固比对金属浸出率的影响

结果表明：液固比对钴镍铜的浸出影响较小，但对铁的影响较大。液固比低时，浸出液中铁含量较低。因此液固比以4/1为宜。

（六）综合试验

试验条件：L/S=4/1，硫酸初始酸度0.61mol/ L，添加剂A0.5g，反应温度160℃，总压0.85MPa，反应时间1.5h。试验结果表明：钴的浸出率达到93％以上，镍铜的浸出率大于90％。通过对浸出渣XRD衍射图的分析，渣中大量存在的是砷酸铁、石英以及硫酸钙。表明浸出后有价金属几乎全被浸出，而铁砷进入渣相。此试验结果具有重现性。

三、结论

在低温低压下，加入添加剂，复杂硫化钴中钴的浸出率大于92％，铜镍的浸出率大于90％，同时砷与铁形成稳定的砷酸铁进人浸出渣。