褐煤還原酸浸鋅冶煉鈷渣焙砂的試驗研究

朱坤娥，姚現(xiàn)召，閆 麗，李 賀

（北京礦冶科技集團有限公司，北京 100160）

目前，國內(nèi)外濕法煉鋅廠的除鈷方法大致分為兩類，一類是采用特殊有機試劑（如黃藥、α-亞硝基-β萘酚等）沉鈷，另一類是添加砷鹽、銻鹽和錫鹽等做活化劑的鋅粉或合金鋅粉置換除鈷法。國內(nèi)有株冶、開封冶煉廠、會澤鉛鋅礦等廠家采用黃藥除鈷法；日本、澳大利亞和中國中冶、紫金等鋅冶煉廠采用萘酚法沉鈷。砷鹽銻鹽除鈷后，渣回收工藝也常添加有機物再沉鈷[1]。

我國的鈷資源匱乏，人們需要對有機鈷渣進行有效回收。目前，針對鈷渣，常用稀酸洗鋅-硫酸化焙燒-還原浸出-萃取除雜的工藝獲得較純的硫酸鈷溶液[2-3]。但是，焙燒渣大多含有高價鈷氧化物，需添加SO2或Na2SO3進行還原浸出。其間不可避免地放出刺激性氣體SO2，長期接觸會對人體呼吸道、肺等造成嚴重傷害，并且SO2氣體在酸性溶液中具有腐蝕性，導致整套浸出設備需進行防腐處理，增加了工藝設備的復雜性和成本。

北京礦冶研究總院冶金所經(jīng)過大量試驗，研發(fā)出更為清潔的添加劑褐煤，用于高價鈷氧化物的浸出[4]。本文針對我國內(nèi)蒙某鋅冶煉廠鈷渣酸洗-焙燒后含有高價鈷氧化物的燒渣進行還原浸出研究，以Na2SO3和褐煤進行浸出試驗對比，并開發(fā)出配套的褐煤浸出工藝，具有經(jīng)濟、環(huán)保等優(yōu)勢。

1 試驗原料與方法

試驗采用的原料為某鋅冶煉廠鈷渣，經(jīng)過本實驗室酸洗鋅-500℃焙燒處理后的具有工藝代表性的鈷焙砂，其成分如表1所示。

表1 試驗原料鈷焙砂化學成分

從表1可以看出，鋅冶煉鈷渣經(jīng)酸洗-焙燒工藝處理后，焙砂Co含量為27%，含Zn、Fe分別為6%～7%，另外還包含少量銅、鎘等元素。焙砂XRD分析檢測結果顯示（見圖1），焙砂主要成分為硫酸鈷、硫酸鐵和鐵酸鋅，對焙砂中Co的進行化學物相分析，可以得出58%的鈷以硫酸鈷形式存在，27%為氧化亞鈷，約13%為氧化高鈷和其他形式鈷，如表2所示。

還原浸出試驗于燒杯中進行，采用帶溫控攪拌的電加熱器加熱。浸出一定時間后過濾洗滌渣，濾液和濾渣分別送樣分析。過程中添加的浸鈷劑亞硫酸鈉和褐煤均為分析純。

2 結果與討論

2.1 Na2SO3還原浸出試驗

本試驗采用工業(yè)常用的Na2SO3作為原料。還原浸出試驗條件為：液固比4、15 g焙砂、硫酸12 g、85℃下以400 r/min浸出3 h。

圖1 焙砂XRD分析結果

表2 焙砂鈷化學物相

2.1.1 Na2SO3用量條件試驗

由表3可得，Na2SO3的加入有利于Co的浸出。當Na2SO3用量為2 g，Co的浸出率可達97%。繼續(xù)增加Na2SO3用量，Co浸出率變化不大，因此Na2SO3用量為2 g較為合適。

2.1.2 酸量條件試驗

從表4可知，提高初始酸度酸量，Co的浸出率不斷增加。但是，酸量升高，后續(xù)處理成本升高，因此，綜合考慮Co的浸出率及后續(xù)處理工藝，選擇酸加入量11 g，Na2SO3加入量2 g，85℃還原浸出3 h，浸出渣含鈷約9%，鈷浸出率97%。

2.2 褐煤還原浸出試驗

2.2.1 酸量條件試驗

試驗條件：根據(jù)前期試驗情況，選擇褐煤添加量6 g，95℃下以浸出5 h，其他條件同Na2SO3還原浸出試驗條件。

表3 Na2SO3用量對Co浸出效果的影響

表4 硫酸用量對Na2SO3浸出Co的影響

表5 硫酸用量對褐煤浸出Co的影響

試驗發(fā)現(xiàn)，采用添加劑褐煤進行還原浸出鈷渣，浸出效果和Na2SO3還原浸出一樣好。浸出過程中沒有二氧化硫氣體放出，操作環(huán)境大大改善，更加環(huán)保防腐，操作簡易。

從表5可以看出，降低酸量還原浸出鈷渣，鈷的浸出率不斷降低。當硫酸用量為11 g時，Co浸出效果仍然可以滿足回收率的要求，達到99.8%，同時鐵的浸出率也較低，對后續(xù)處理工藝有益。但當硫酸用量為10 g時，鈷的浸出率大大降低。因此，選擇硫酸用量11 g，同Na2SO3還原浸出硫酸消耗相同，即酸耗734 kg/t焙砂。

2.2.2 添加劑用量條件試驗

表6 褐煤用量對焙砂鈷浸出效果的影響

由表6可知，添加劑褐煤的加入量對還原浸出效果影響比較明顯，添加劑褐煤加入量為2 g，鈷的浸出率僅為85.00%；添加劑褐煤加入量為3 g，鈷浸出率增加到99.47%；添加劑用量繼續(xù)增加，鈷浸出率沒有明顯變化。因此，選擇添加劑褐煤加入量200 kg/t焙砂。

2.2.3 溫度條件試驗

表7 溫度對焙砂鈷浸出效果的影響

從表7可以看出，相同時間內(nèi)浸出，95℃浸出效果好于88℃。95℃以上再提高溫度沒有意義。

2.2.4 浸出時間條件試驗

由表8可以看出，本試驗對反應時間要求相對較長，浸出時間在5 h以上，鈷的浸出率達到99.8%。減少反應時間，鈷的浸出率降低。

因此，推薦浸出試驗條件：液固比4、硫酸用量730 kg/t焙砂、添加劑用量170 kg/t焙砂、攪拌速度400 r/min、95℃條件下浸出時間5 h，渣中Co含量可降至低于0.09%，渣計鈷浸出率可以達到 99.8%。

表8 時間對焙砂鈷浸出效果的影響

3 結論

針對鋅冶煉廠鈷渣酸洗-焙燒后焙砂，采用褐煤添加劑，其浸出效果與Na2SO3還原浸出效果相同。兩種添加劑浸鈷，浸渣Co含量均降至＜0.10%，渣計鈷浸出率達到99%。推薦的浸出試驗條件為：液固比4、硫酸用量734 kg/t焙砂、褐煤用量200 kg/t焙砂、攪拌速度400 r/min、95℃條件下浸出時間5 h。