高鐵硫化礦選擇性浸出鐵的研究

1、PAGE doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.03.005高鐵硫化礦選擇性浸出鐵的研究張晗1，盧蘇君1,2，孫淵君1，丁才生1(1.金川鎳鈷研究設(shè)計(jì)院，甘肅金昌 737100；2.蘭州大學(xué)，蘭州 730000）摘要：將鎳鈷火法冶煉轉(zhuǎn)爐渣進(jìn)行還原硫化，制備成富含鎳鈷銅的高含鐵硫化礦，并采用加壓選擇性浸出其中的鐵。對(duì)鐵的浸出行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，隨著銅浸出率從98%降到-42%，鐵浸出率從3%升到43%左右，選擇性浸出后液含鐵越來(lái)越高，而且以二價(jià)鐵居多，這是造成高鐵硫化礦難以進(jìn)行加壓選浸的主要原因。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)爐渣；高鐵硫化礦；浸出率；鐵；銅；交互反應(yīng)中圖分類號(hào)：

2、TF815文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1007-7545（2013）03-0000-00Study on Iron Selective Leaching from High Iron Sulphide OreZHANG Han1, LU Su-jun1,2, SUN Yuan-jun1, DING Cai-sheng1(1. Jinchuan Nickel & Cobalt Research Engineering Institute, Jinchang 737100, Gansu, China;2. Lanzhou University, Lanzhou 730000, China)Abstra

3、ct: The converter slag from nickel and cobalt smelting process was vulcanization reduced into high ferrous sulphide ore enriched in cobalt, nickel, and copper. This sulphide ore was selective leached under pressure, and the leaching behavior of iron was investigated. The results show that the leachi

4、ng rate of iron improves from 3% to 43% with the decrease in leaching rate of copper from 98% to -42%. High ferrous sulphide ore is difficult to be selective leached under pressure due to the higher content of iron in the form of Fe2+ in selective leaching solution.Key words: converter slag; high ir

5、on sulphide ore; leaching rate; iron; copper; interactive reaction在鎳冶煉流程轉(zhuǎn)爐吹煉低鎳锍過(guò)程中，大約60%的鈷在低冰鎳吹煉時(shí)進(jìn)入轉(zhuǎn)爐渣，并返回礦熱電爐熔煉，這部分鈷在電爐與轉(zhuǎn)爐之間閉路循環(huán)，導(dǎo)致一部分鈷損失于電爐渣中；而且轉(zhuǎn)爐渣直接返回電爐，增大了電爐渣含鐵，鎳在渣中的損失也相應(yīng)增大，從鎳銅精礦到鈷產(chǎn)品的冶煉回收率非常低1。因此，將轉(zhuǎn)爐渣直接開路處理制備成富含鎳鈷銅鐵的硫化礦，再進(jìn)行浸出處理，可大幅度提高鈷的回收率。但轉(zhuǎn)爐渣吹煉得到的硫化礦含鐵很高（15%以上），濕法處理的難度較大。本文研究高鐵硫化礦加壓浸出過(guò)程中鐵的行為。

6、1 試驗(yàn)部分1.1 試驗(yàn)原料高鐵硫化礦的物相主要為鎳黃鐵礦，占90%，其次為硫化銅、六方硫鎳礦、合金、鐵氧化物、硅鐵礦、單質(zhì)硅、硅酸鹽。含鎳礦物主要為鎳黃鐵礦和六方硫鎳礦。90%的鎳黃鐵礦中含鈷3%，少部分鎳黃鐵礦夾雜4%5%的銅；合金為銅鐵鎳合金，鎳銅鐵百分比分別為79%、17%、4%，部分合金中含少量鈷。水淬富鈷冰銅物料化學(xué)成分（%）：Ni 38.98、Cu 11.69、Co 2.48、Fe 18.82、S 24.41。1.2 試驗(yàn)工藝與原理高鐵硫化礦首先進(jìn)行常壓浸出，浸出渣再進(jìn)行加壓浸出，控制條件將鎳鈷浸出，銅和鐵抑制在加壓浸出渣中。常壓酸浸過(guò)程中的主要反應(yīng)：Ni0(Co0,Fe0)(s

7、)+H2SO4(l)=H2(g)+NiSO4(CoSO4,FeSO4)(l) (1)2FeSO4(l)+1/2O2(aq)+H2SO4(l)=H2O+Fe2(SO4)3(l) (2)Fe2(SO4)3(l)+9H2O=H2SO4(l)+Fe2(SO4)2(OH)27H2O(s) (3)加壓浸出段主要是NiS的氧化浸出，Cu2O的歧化反應(yīng)，鐵的水解反應(yīng)及酸性硫酸銅、鐵與NiS的交互反應(yīng)。主要反應(yīng)：NiS+CuSO4(l)=CuS(s)+NiSO4(l) (4)2FeSO4+1/2O2(aq)+2H2O=Fe2O3+2H2SO4(l) (5) 2FeSO4+2H2O+0.5O2=2FeOOH+H2

8、SO4 (6) 同時(shí)，酸性溶液中，F(xiàn)e3+容易被硫還原，反應(yīng)為：Fe2(SO4)3+1.25Cu1.8S=2FeSO4+1.25CuS+CuSO4 (7)收稿日期：2012-08-31作者簡(jiǎn)介：張晗（1968-），男，河南社旗人，高級(jí)工程師.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論高鐵硫化礦首先進(jìn)行一段常壓浸出的目的，一是浸出一部分鎳鈷，減少加壓浸出的負(fù)荷；二是通過(guò)一段常壓浸出置換的方式，可以將返回常壓浸出的加壓浸出液中的銅鐵降到0.01 g/L以下。但返回的加壓浸出后液含鐵不宜太高，否則常壓浸出得不到含銅鐵合格的浸出液。生產(chǎn)過(guò)程中，加壓選浸后液含鐵量與原料含鐵密切相關(guān)，原料含鐵過(guò)高，導(dǎo)致加壓選浸后液含鐵大于2.5

9、 g/L，常壓往往難以得到符合要求的浸出液。常壓浸出渣進(jìn)行加壓選浸的目的是通過(guò)控制通氧時(shí)間將鎳鈷盡可能地浸出，而銅鐵抑制在渣中，減輕后續(xù)工序處理成本。選浸后液鐵的浸出必須控制在一定范圍內(nèi)，否則難以產(chǎn)出合格的常壓浸出溶液。本文通過(guò)控制條件對(duì)鐵在加壓選浸中的行為進(jìn)行考察。2.1 氧化浸出時(shí)間試驗(yàn)條件：浸出礦漿pH 1.02.0，氧化浸出溫度150155 ，釜壓0.8 MPa，交互反應(yīng)溫度170 ，浸出總時(shí)間3.0 h。通氧浸出時(shí)間對(duì)浸出的影響見圖1。圖1 氧化時(shí)間對(duì)浸出率的影響Fig.1 Effect of oxidation time on leaching rate 圖1表明，隨著氧化浸出時(shí)間

10、的延長(zhǎng)，鐵浸出率呈下降趨勢(shì)。同時(shí)，鐵浸出率與銅浸出率成負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨浸出時(shí)間延長(zhǎng)銅浸出率上升較快，鐵浸出率明顯下降。2.2 浸出壓力試驗(yàn)條件：浸出礦漿pH 1.02.0，氧化浸出溫度150155 ，交互反應(yīng)溫度170 左右，通氧時(shí)間60 min，浸出總時(shí)間3.0 h，不同浸出壓力下的結(jié)果見圖2。圖2 浸出壓力對(duì)浸出率的影響Fig.2 Effect of leaching pressure on leaching rate圖2表明，提高浸出壓力有利于降低鐵浸出率，但幅度不大。2.3 氧化浸出程度及交互反應(yīng)程度本文通過(guò)控制工藝條件來(lái)控制銅浸出率，并以銅浸出率的變化衡量氧化浸出程度及交互反應(yīng)程度的大

11、小。氧化浸出過(guò)程中，銅浸出率增加較快，浸出的銅離子與硫化鎳交互反應(yīng)，銅離子以硫化物形式進(jìn)入渣中，硫化鎳中的鎳以離子形態(tài)進(jìn)入浸出液中。試驗(yàn)條件：氧化浸出溫度150165 ，時(shí)間5070 min，釜壓0.70.8 MPa，交互反應(yīng)溫度160175 ，時(shí)間1.53.0 h。氧化浸出程度與交互反應(yīng)程度可以用銅浸出率的變化來(lái)表示。浸出過(guò)程中鐵浸出率與銅浸出率的關(guān)系見圖3。圖3 鐵浸出率與銅浸出率的關(guān)系Fig.3 Relationship between iron leaching rate and copper leaching rate 從圖3可看出，隨著銅浸出率從-42%增加到98%，鐵浸出率從43

12、%降到3%左右。隨著氧化程度加深，二價(jià)鐵離子轉(zhuǎn)變?yōu)槿齼r(jià)鐵離子的數(shù)量增大，三價(jià)鐵離子在加壓釜內(nèi)容易形成赤鐵礦或針鐵礦沉淀。而選浸過(guò)程中，將銅浸到一定程度后停止氧化，使浸出的銅離子與剩余的硫化鎳鈷反應(yīng)，在這過(guò)程中，銅離子也會(huì)優(yōu)先與剩余的鐵硫化物交互反應(yīng)生成二價(jià)鐵離子，同時(shí)，三價(jià)鐵離子是強(qiáng)氧化劑，也容易被交互反應(yīng)生成的新鮮銅硫化物中的硫還原成二價(jià)鐵離子，因此，隨著銅浸出率由大到小直至變負(fù)（負(fù)值說(shuō)明銅留在渣中），選浸后液含鐵越來(lái)越高，而且以二價(jià)鐵居多，即使提高pH或增加釜溫、釜壓仍然難以將這部分鐵沉淀。2.4 交互反應(yīng)溫度試驗(yàn)條件：浸出溫度150155 ，通氧時(shí)間5060 min，交互反應(yīng)時(shí)間2.5

13、h，不同交互反應(yīng)溫度下的試驗(yàn)結(jié)果見圖4。圖4 交互反應(yīng)溫度對(duì)浸出率的影響Fig.4 Effect of reaction temperature on leaching rate圖4表明，提高交互反應(yīng)溫度對(duì)三價(jià)鐵的抑制有利，鐵浸出率有所下降，但幅度不大。2.5 浸出酸度試驗(yàn)條件：浸出溫度150155 ，釜壓0.8 MPa，通氧浸出時(shí)間60 min，浸出礦漿pH對(duì)浸出的影響見圖5。圖5 酸度對(duì)浸出率的影響Fig.5 Effect of acidity on leaching rate圖5表明，在氧化浸出程度足夠的情況下（銅浸出率80%以上），釜內(nèi)鐵離子多為三價(jià)，提高pH對(duì)鐵沉淀效果非常明顯，當(dāng)p

14、H控制在3.0時(shí)，鐵浸出率非常低；而當(dāng)氧化浸出程度不足時(shí)（銅浸出率為負(fù)值），釜內(nèi)二價(jià)鐵離子較多，即使提高pH，二價(jià)鐵離子也難以沉淀，進(jìn)一步說(shuō)明選浸后液鐵多以二價(jià)形態(tài)存在。3 結(jié)論1）隨著銅浸出率從98%-42%變化，鐵浸出率從3%升到43%左右，選浸后液含鐵越來(lái)越高，而且以二價(jià)鐵居多。2）高含鐵的富鈷硫化礦原料，采用現(xiàn)有生產(chǎn)的加壓選浸工藝流程，容易造成選浸工序鐵浸出率增大，選浸后液含鐵量會(huì)大幅上升（最高達(dá)15 g/L），系統(tǒng)對(duì)這部分高鐵溶液很難消化，致使一段常壓難以產(chǎn)出合格的硫酸鎳鈷溶液。3）處理富鎳鈷的高鐵硫化礦既不適合采用阜康冶煉廠的一段加壓選浸流程（阜康高冰鎳含鐵1.2%以下），也不能照

15、搬公司現(xiàn)有的兩段加壓系統(tǒng)流程，必須根據(jù)原料特點(diǎn)采用適合的工藝流程。參考文獻(xiàn)1 喻正軍， 馮其明， 歐樂(lè)明. 還原硫化法從鎳轉(zhuǎn)爐渣中富集鈷鎳銅J. 礦業(yè)工程，2006，26(1)：49-55.2 黃其興， 王立川. 鎳冶金學(xué)M. 北京：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，1990：428-430.3 何煥華， 蔡喬方. 中國(guó)鎳鈷冶金M. 北京：冶金工業(yè)出版社，2000：541-557.4 Rademan J A M， orenzen L， Van Deventer J S J. The leaching characteristics of Ni-Cu matte in the acid-oxygen pressure leach process at Impala PlatinumJ. Hydrometallurgy，1999，52(2)：231-252.5 Plasket R P，Romanchuk S. Recovery of nickel and copper from hi