低品位钴精矿焙烧工艺试验研究

邵传兵，程 亮，李俞良，张恩玉，鲁兴武，马爱军

（西北矿冶研究院 冶金新材料研究所，甘肃 白银 730900）

目前，从矿石中提取钴多采用焙烧—浸出—溶液净化—电积工艺。生产实践表明，以常规方法焙烧后的矿石，钴浸出率较低，通常不高于80%［1－3］。分析认为，精矿焙烧效果差是导致钴浸出率低的主要原因。针对某低品位钴硫精矿，研究了硫酸化焙烧及浸出，以期为同类矿石的开发利用提供一种可供参考的方法。

1 试验部分

1.1 试验原料

钴精矿为浅黄色粉状物料，堆密度2.24 g／cm3，粒度为－100目占90%以上。精矿中脉石成分较少，主要为黄铁矿和磁黄铁矿，含有少量闪锌矿、方铅矿和黄铜矿，钴以类质同象形式嵌布于黄铁矿中［4］。精矿化学成分为：Co 0.34%，Cu 0.31%，Zn 0.48%，Pb 0.24%，Fe 44.37%，As 0.02%，Ni 0.04%，S 51.33%。

1.2 试验方法与原理

焙烧试验在φ150mm小型回转窑中进行，采用电加热，空压机鼓风。在一定焙烧温度（450～700℃）和氧化气氛条件下，各金属硫化物分别与活性氧结合生成氧化物，或进一步与炉气中的二氧化硫反应生成硫酸盐；硫以二氧化硫形式进入炉气中［5］。主要范围为：

Me表示Cu、Zn、Pb。

含钴焙砂用稀酸（硫酸质量浓度为20g／L）浸出钴，浸出条件为：浸出温度85～90℃，液固体积质量比2.5∶1，终点pH＝1.0。

2 试验结果及讨论

2.1 焙烧温度对钴、铁浸出率的影响

精矿质量500g，不加任何催化剂，焙烧时间1.5h，空气系数1.5倍，焙烧温度对钴、铁浸出率的影响试验结果如图1所示。

图1 焙烧温度对钴、铁浸出率的影响

由图1看出：随焙烧温度升高，焙砂中的钴、铁浸出率提高；600℃下焙烧后，钴浸出率最高达64.75%；之后随焙烧温度升高，钴浸出率降低，铁浸出率继续升高。焙烧温度低时，受反应热力学和动力学控制，反应速度慢；温度升高，反应生成的硫酸钴会分解成氧化物，与氧化铁反应生成难溶的铁酸钴，增大进一步浸出难度。因此，确定焙烧温度以600℃为宜。

2.2 焙烧时间对钴、铁浸出率的影响

精矿质量500g，不加任何催化剂，焙烧温度600℃，空气系数1.5倍，焙烧时间对钴、铁浸出率的影响试验结果如图2所示。

图2 焙烧时间对钴、铁浸出率的影响

由图2看出：随焙烧时间延长，钴、铁浸出率提高。反应前期主要受热力学控制，后期主要受扩散行为控制。为保证有价金属元素完全氧化，必须提供足够的反应时间。考虑到能耗和尽量减少铁的浸出，确定焙烧时间以3h为宜。

2.3 催化剂加入量对钴、铁浸出率的影响

精矿质量500g，催化剂为硫酸钠，焙烧温度600℃，空气系数1.5倍，焙烧时间3h。催化剂用量对钴、铁浸出率的影响试验结果如图3所示。

图3 催化剂加入量对钴、铁浸出率的影响

由图3看出，催化剂的加入可使钴、铁浸出率提高，而且钴浸出率提高明显。考虑到成本及其他因素，确定催化剂加入量以2.5%为宜。

2.4 过剩空气系数对钴、铁浸出率的影响

精矿质量500g，催化剂加入量2.5%，焙烧温度600℃，焙烧时间3h。过剩空气系数对钴、铁浸出率的影响试验结果如图4所示。

图4 空气浓度对钴、铁浸出率的影响

由图4看出，随空气过剩系数增大，钴、铁浸出率提高。因为硫酸盐的生成要求有更多的过剩空气。实际生产中，如选择较大空气过剩系数，能耗高，烟气中SO2浓度低，不利于制酸，生产成本高；而空气过剩系数小，氧化反应不完全，有价元素回收率低。综合考虑，确定空气过剩系数为1.15。

2.5 综合试验

根据单因素试验结果，在矿石质量500g、焙烧温度640℃、焙烧时间2h、催化剂Na2SO4用量2.5%、空气过剩系数1.3倍的最佳条件下进行综合试验。结果表明，焙砂钴浸出率达92.6%，铁浸出率仅0.72%，精矿脱硫率达97.31%。

3 结论

与常规焙烧方法相比，添加硫酸钠作催化剂，钴的硫酸化率显著提高，脱硫率达到97.31%。焙烧后，钴浸出率提高了近40%（由64.75%提高至92.6%），而铁浸出率相当低，钴、铁分离效果较好。

本工艺可有效回收钴；烟气中SO2浓度较高时，适合当前普遍采用的两转两吸工艺生产工业硫酸。试验确定的焙烧工艺简单，操作方便，比较容易实现工业化。

［1］王永利，徐国栋.钴资源的开发和利用［J］.河北北方学院学报：自然科学版，2005，21（3）：18－21.

［2］乐颂光.钴冶金［M］.北京：冶金工业出版社，1987：7－35.

［3］何焕华，蔡乔方.中国镍钴冶金［M］.北京：冶金工业出版社，2000：541－557.

［4］鲁兴武，邵传兵，易超，等.湿法炼锌副产铜渣的综合利用［J］.有色金属：冶炼部分，2012（6）：17－18.

［5］赖雪飞.低氯碳酸钴的制备工艺研究［D］.成都：四川大学，2006.