某含钴氧化型铜矿选冶联合成套工艺研究①
时间：2022-12-06 15:10:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
廖 乾，解振朝，李淮湘，程建国，周 韫
（长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南 长沙 410012）
高品位、易处理铜矿与钴矿资源日益减少，使得氧化铜钴资源开发利用日益受到重视［1］。随着我国“走出去”战略和“一带一路”战略实施，大批中资企业赴赞比亚、刚果（金）开展铜钴资源开发与加工。本文以刚果（金）某含钴氧化型铜矿为研究对象，在矿石性质研究基础上进行了选冶联合成套工艺研究，实现了铜和钴的高效回收，可为该矿石资源工业化利用提供技术支撑。
某含钴氧化型铜矿地处刚果（金）南部加丹加省境内，位于赞比亚⁃刚果（金）铜矿带的西延部分，属于发生强烈氧化的铜钴多金属共生矿石。矿石主要化学成分及化学物相分析结果分别见表1～2。该矿石属典型的含钴氧化型铜矿石，主要有用元素铜品位3.22%、钴含量0.045%，可作为综合利用对象。铜氧化程度较高，以自由氧化铜和自然铜形式存在的铜占53.42%。较常见的铜矿物为黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿、铜蓝、赤铜矿、孔雀石、硅孔雀石、斜硅铜矿和自然铜，其次是含铜褐铁矿和水胆矾。铜矿物常呈粒度变化较大的不规则团块状或粒状以浸染状形式嵌布在脉石中，粒度细小者与脉石的交生关系复杂。硫化铜矿物蚀变现象极为普遍，部分辉铜矿、赤铜矿和少数黄铜矿常被褐铁矿交代形成含铜褐铁矿。矿石中钴氧化较为强烈，氧化钴占比62.22%，分散程度较高。除极少量硫铜钴矿外，钴大多以氧化物（水钴矿）形式存在，部分呈吸附态赋存于褐铁矿、氧化锰矿或斜硅铜矿中，将直接影响钴的回收率。除硫铜钴矿外，水钴矿、含钴氧化锰、含钴褐铁矿和斜硅铜矿等亦含有较高的铜，加之氧化铜矿物中赤铜矿和含铜褐铁矿可浮性都较差，难以兼顾铜精矿品位和回收率。脉石矿物以石英、菱镁矿和白云石居多，次为白云母、绿泥石、长石和方解石等。
表1 矿石主要化学成分分析结果（质量分数） %
表2 矿石中铜和钴化学物相分析结果
采用浸出⁃萃取⁃电积工艺由氧化铜矿资源生产阴极铜，具有投资少、成本低、效益好等优点［2⁃3］。直接湿法冶金浸出工艺存在处理量大、成本高、浸渣处理难度较大等问题，若采用浮选工艺预先抛除大部分脉石，再对铜钴精矿进行冶金处理，具有更好的技术性和经济性。硫化浮选法因具有较好的选择性优势，现为浮选氧化铜矿的常用方法［4⁃5］，其中采用硫化诱导同步或异步浮选工艺处理刚果（金）铜钴矿获得了较高铜钴回收率［6⁃7］。硫化铜钴精矿火法冶金处理工艺主要为造锍熔炼⁃铜锍吹炼工艺，存在投资大、冶炼成本高、环保压力大、渣含铜高等问题，加之刚果（金）国内缺电、冶炼所需原材料匮乏、火法冶炼无法回收钴、生产成本较高等，火法工艺在刚果（金）较少使用［8］。硫化铜钴精矿湿法处理工艺主要为沸腾焙烧⁃浸出工艺，该工艺投资成本相对较低，焙烧烟气可制备硫酸，返回流程用于浸出，可降低生产成本［9］。
根据该氧化型铜矿矿石性质特点以及刚果（金）现场实际情况，确定采用“异步浮选预处理、硫化铜钴精矿焙烧⁃浸出、氧化铜钴精矿浸出”的选冶联合成套工艺高效回收该氧化型铜矿中的铜和钴。
3.1 异步浮选预处理
先浮选硫化矿后硫化浮选氧化矿的硫化诱导异步浮选预处理工艺流程和药剂制度见图1，结果见表3。浮选预处理可获得产率3.65%、铜品位44.80%、钴品位0.141%、铜钴回收率分别为52.56%和11.63%的硫化铜钴精矿以及产率12.44%、铜品位8.02%、钴品位0.191%、铜钴回收率分别为32.07%和53.68%的氧化铜钴精矿，铜钴总回收率分别达到84.63%和65.31%。尾矿中铜矿物合计含量约1%，铜矿物部分呈单体产出或相互交生构成集合体，部分与脉石连生，粒度除少数可至0.05 mm左右以外，通常介于0.005～0.04 mm。
图1 异步浮选预处理工艺流程及药剂制度
表3 异步浮选预处理试验结果
3.2 氧化铜钴精矿浸出⁃浸渣浮选
3.2.1 氧化铜钴精矿浸出
异步浮选预处理获得的氧化铜钴精矿，铜氧化率75.74%，脉石以硅酸盐、铁氧化物、镁氧化物和铝氧化物为主，也有方解石和白云石存在。以硅酸盐类酸性脉石矿物为主的氧化铜矿石一般采用酸浸［10］工艺处理。针对该氧化铜钴精矿，采用稀硫酸作为浸出剂，确定了适宜的浸出工艺条件为：浸出温度48～50℃、液固比6∶1、酸矿比0.40∶1、浸出时间6 h、搅拌120 r／min，浸出试验结果见表4。铜钴浸出率分别为83.66%和89.93%。
表4 氧化铜钴精矿浸出试验结果
氧化铜钴精矿和浸渣铜化学物相及各相浸出率分析结果见表5。浸渣中自由氧化铜占比较低，原生硫化铜和次生硫化铜分别占17.30%和72.43%，从各相浸出率来看，自由氧化铜相的铜浸出率达98.35%，而原生和次生硫化铜相的铜浸出率分别为4.86%和44.41%。原生硫化铜和次生硫化铜浸出率较低是浸渣含铜较高的主要原因。
表5 氧化铜钴精矿和浸渣铜化学物相及浸出率分析结果
3.2.2 浸渣浮选
为提高选冶全流程铜钴综合回收率，开展了浸渣浮选回收铜钴工艺研究，确定了适宜的工艺流程及药剂制度如图2所示，结果见表6。经过一次粗选、两次扫选、两次空白精选、精选中矿集中精扫选抛尾工艺处理，可获得产率5.80%、铜品位24.44%、钴品位0.083 8%、铜钴作业回收率分别为76.98%和18.07%的铜精矿产品。
图2 浸渣浮选工艺流程及药剂制度
表6 浸渣浮选试验结果
3.3 硫化铜钴精矿沸腾焙烧⁃浸出
硫化铜钴精矿含硫14.50%，其铜化学物相分析结果见表7。原生硫化铜与次生硫化铜含铜合计达到80.04%，自由氧化铜分布率为19.64%，说明部分氧化铜进入到硫化铜钴精矿中。脉石组分以硅酸盐和铁的氧化物为主。
表7 硫化铜钴精矿铜化学物相分析结果
沸腾焙烧在Φ150 mm外热式沸腾炉系统中进行。通过硫化铜钴精矿的差热差重曲线分析、冷态试验、焙烧温度、线速度及风矿比条件试验，并采用稀硫酸作为浸出剂对焙烧工艺效果进行评价，确定适宜的焙烧工艺条件为：焙烧温度660℃、线速度0.43 m／s、风矿比3.33 m3／kg、给矿2.3 kg／h；
焙烧产物（焙砂和烟尘）浸出适宜的工艺条件为：酸矿比0.39∶1、液固比8∶1、浸出温度60℃、浸出时间2 h、搅拌400 r／min。适宜条件下所得结果见表8。铜和钴浸出率分别达到了95.83%和85.42%。
表8 沸腾焙烧产物浸出试验结果
焙烧产物和浸渣中铜物相及各相浸出率分析结果见表9。浸渣中其他铜相的铜含量较高，分布率达68.43%，其次是硫化铜，分布率为19.55%，从各相铜浸出率来看，其他铜浸出率仅45.87%，硫化铜浸出率83.28%，而硫酸铜、氧化亚铜和氧化铜浸出率均大于98%。焙烧产物中存在的其他铜和硫化铜是造成浸渣含铜较高的主要原因。其他铜主要为铁酸铜和结合铜，而铁酸铜为焙烧过程中铜与铁结合的产物，不适合采用浮选法继续回收其中的铜。
表9 焙烧产物和浸渣中铜物相及浸出率分析结果
3.4 全流程试验
“异步浮选预处理、氧化铜钴精矿浸出⁃浸渣浮选、硫化铜钴精矿沸腾焙烧⁃浸出”选冶联合成套工艺数质量流程见图3。全流程铜钴综合回收率分别为81.23%和59.19%。
图3 选冶联合成套工艺全流程试验结果
1）采用异步浮选预处理工艺处理该含钴氧化型铜矿石，可获得铜品位44.80%、钴品位0.141%、铜钴回收率分别为52.56%和11.63%的硫化铜钴精矿和铜品位8.02%、钴品位0.191%、铜钴回收率分别为32.07%和53.68%的氧化铜钴精矿。
2）氧化铜钴精矿采用硫酸浸出工艺处理，铜钴浸出率分别为83.66%、89.93%。氧化铜钴精矿浸渣经浮选，可获得铜品位24.44%、钴品位0.083 8%、铜钴作业回收率分别为76.98%和18.07%的铜精矿产品；
硫化铜钴精矿采用沸腾焙烧⁃硫酸浸出工艺处理，铜钴浸出率分别为95.83%和85.42%。
3）异步浮选预处理、氧化铜钴精矿浸出⁃浸渣浮选、硫化铜钴精矿沸腾焙烧⁃浸出选冶联合成套工艺实现了铜和钴的高效回收，全流程铜钴金属回收率分别达到81.23%和59.19%。研究成果可为该矿石资源工业化开发利用提供技术依据。
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