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标题 双氧水还原浸出非洲氧化铜钴矿的试验研究
范文 梁伟华 郑世林 吴理觉 文定强 付海阔



摘要：
采用双氧水还原浸出非洲氧化铜钴矿，研究了还原劑用量、初始酸浓度、液固比、浸出温度和浸出时间等参数对浸出过程的影响。结果表明：使用双氧水与铜钴矿计量比为0.2 mL/g、浓硫酸与铜钴矿质量比为0.46、液固比为5∶1（mL/g），在温度75 ℃下浸出2 h，钴、铜的浸出率分别达到了99.50%，99.42%。
关键词：
氧化铜钴矿; 还原浸出; 浸出率
中图分类号： TF 803.21 文献标志码： A
Experimental Study on Reducing Leaching of African
Copper-cobalt Oxide Ore by Hydrogen Peroxide
LIANG Weihua ZHENG Shilin WU Lijue WEN Dingqiang FU Haikuo2
（1.Guangdong Jiana Energy Technology Co.， Ltd.， Qingyuan 513056， China;
2.Qinyuan Jiazhi New Materials Research Institute， Qingyuan 511517， China）
Abstract：
Hydrogen peroxide was used to reducing leach African copper-cobalt oxide ore.The influences of parameter，including reducing agent quantity，initial acid concentration，liquid-solid ratio，leaching temperature and leaching time，on leaching process were investigated.The results indicate that the leaching ratios of Co and Cu are up to 99.50% and 99.42% respectively under a leaching temperature of 75 ℃ for 2 h by using hydrogen peroxide to ore ratio of 0.2 mL/g，the mass ratio of sulfuric acid and ore being 0.46 g/g，and liquid-solid ratio of 5∶1（mL/g）.
Keywords：
copper-cobalt oxide ore; reducing leaching; leaching ratio
我国年产精炼钴约占全球产量的一半，精炼钴主要用于锂离子电池正极材料和高温合金中[1]。我国钴资源相对贫乏，我国精炼钴的原料来自国内自产钴矿的占比不足10%，其余主要依赖于从非洲进口的氧化铜钴矿。
目前，处理非洲氧化铜钴矿主要采用还原酸浸出法，还原剂的选择是浸出过程的关键。采用亚铁盐[2]或铁粉[3]作为还原剂时，铜、钴具有较高的浸出率，但铁离子的引入增加了除铁渣量，增加了钴的损失。采用硫化铜矿[4]或草酸钴废料[5]作为还原剂，联合铜钴矿浸出工艺，可以高效、环保地提取钴和铜，有效降低还原剂成本。但在实际生产过程中，因为还原剂成分的变化可能导致还原剂不足或过量，生产难以控制。在目前工业应用中，主要采用二氧化硫[6]、焦亚硫酸钠[7]作为还原剂，无杂质引入，但浸出过程会有一定量的二氧化硫溢出，造成空气污染。
鉴于上述工艺中存在的缺点，本文采用双氧水作为还原剂，在无杂质引入、无污染的情况下，达到钴、铜高效浸出的目的。
1 试 验
1.1 原 料
非洲氧化铜钴矿来自刚果（金），经破碎、细磨和筛分后，得到的约150目的粉体矿样作为研究对象。铜钴矿的主要化学成分见表1。
表1 非洲氧化铜钴矿中主要化学成分（质量分数，%）
Tab.1 Main compositions of African copper-
cobalt oxide ore（mass fraction，%）
1.2 原理与方法
非洲氧化铜钴矿中钴主要以三价钴（CoOOH）的形式存在[8]，非洲氧化铜钴矿还原浸出过程主要发生如下反应[9]：
CuO+2H+Cu2++H2O
2CoOOH+H2O2+4H+2Co2++4H2O+O2
试验过程：称取100 g非洲氧化铜钴矿，放入烧杯中，加水浆化，再加入浓硫酸和双氧水（质量分数为30%），加热搅拌浸出，过滤收集滤液，滤渣烘干。滤液和烘干后的滤渣中钴、铜的含量均采用WFX-120B原子吸收分光光度计测定。
2 结果与讨论
2.1 双氧水用量对浸出过程的影响
固定铜钴矿100 g、液固比5∶1（mL/g）、浓硫酸46 g、温度75 ℃、反应时间2 h，通过改变双氧水的加入量来考察对铜钴矿中钴、铜浸出率的影响。试验结果如图1所示。
在不加双氧水的情况下，钴的浸出率不到80%，铜的浸出率不到15%。主要原因是，钴主要以高价态存在，同时因为部分铜与钴共晶的存在，铜也不能完全浸出。由图1可知，随着双氧水用量的增加，钴和铜的浸出率都呈现升高的趋势。当双氧水用量达到20 mL，即双氧水与铜钴矿计量比为0.2 mL/g时，该硫酸浸出体系的还原剂已经足量，继续增加双氧水用量，钴和铜的浸出率升高不明显。故后续试验确定双氧水用量为：双氧水与铜钴矿计量比为0.2 mL/g。
圖1 双氧水用量对浸出率的影响
Fig.1 Effect of hydrogen peroxide
quantity on leaching ratio
2.2 硫酸用量对浸出过程的影响
固定铜钴矿100 g、双氧水20 mL、液固比5∶1、温度75 ℃、反应时间2 h，考察硫酸用量对钴、铜浸出率的影响。试验结果如图2所示。
图2 硫酸用量对浸出率的影响
Fig.2 Effect of sulphuric acid quantity
on leaching ratio
由图2可知，硫酸用量小于46 g时，随着硫酸含量的增加，钴和铜的浸出率也随之升高;当硫酸用量达到46 g，即初始硫酸浓度达到0.9 mol/L后，继续增大硫酸浓度不但对钴浸出率升高不明显，而且也会导致浸出液游离酸浓度增大，后续处理需消耗石灰等碱性物质，选择硫酸用量为46 g。
2.3 液固比对浸出过程的影响
固定铜钴矿100 g、浓硫酸46 g、双氧水20 mL、温度75 ℃、反应时间2 h，考察液固比对钴、铜浸出率的影响，试验结果如图3所示。
图3 液固比对浸出率的影响
Fig.3 Effect of liquid-solid ratio on leaching ratio
由图3可知，液固比小于5∶1时，随着液固比的增加，钴和铜的浸出率呈现出先升高而后趋于平缓的趋势，这表明通过提高液固比降低了矿浆黏度和浓度，增加了双氧水与矿物接触的机会，同时降低了同离子效应，从而提高了钴和铜的浸出率;当液固比超过5∶1时，继续增大液固比对于钴、铜的浸出率影响不大。考虑到后续萃取工序对浸出液中钴铜浓度的需要，故选择液固比为5∶1。
2.4 浸出温度对浸出过程的影响
固定铜钴矿100 g、浓硫酸46 g、双氧水20 mL、液固比5∶1、反应时间2 h，考察浸出温度对钴、铜浸出率的影响，试验结果如图4所示。
图4 温度对浸出率的影响
Fig.4 Effect of temperature on leaching ratio
由图4可知，反应温度低于75 ℃，随着浸出温
度的升高，双氧水与矿物分子运动逐渐加剧，同样增加了双氧水与矿物分子之间的接触机会，钴和铜的浸出率呈现升高趋势;当反应温度高于75 ℃后，铜和钴的浸出率升高都不明显。考虑到能耗和双氧水的不稳定性，后续试验选择反应温度为75 ℃。
2.5 浸出时间对浸出过程的影响
固定铜钴矿100 g、浓硫酸46 g、双氧水20 mL、液固比为5∶1、反应温度75 ℃，考察浸出时间对钴、铜浸出率的影响，试验结果如图5所示。
图5 反应时间对浸出率的影响
Fig.5 Effect of reaction time on leaching ratio
由图5可知，在反应时间不到2 h时，钴和铜的浸出率随着反应时间的延长而逐渐升高;当反应时间超过2 h时，钴和铜的浸出率升高不明显。考虑到整个工艺的能耗和周期问题，选择浸出反应时间为2 h较为适宜。
2.6 优化条件下的平行试验
通过上述试验，确定双氧水还原浸出铜钴矿的最佳工艺条件为：铜钴矿100 g、浓硫酸46 g、双氧水20 mL、液固比5∶1、浸出温度75 ℃、浸出时间2 h。采用上述条件进行3次平行试验，结果见表2。
表2 优化条件下的平行试验结果
Tab.2 Parallel experimental results
under optimized parameters
3 结 论
（1） 采用双氧水作为还原剂，可以高效提取铜钴矿中的钴和铜，在最佳工艺条件下，进行3次平行试验，钴和铜的平均浸出率分别为99.50%，99.42%，无杂质引入和环境污染。
（2） 在最佳工艺条件下，双氧水消耗为0.2 mL/g矿，浓硫酸消耗为46 g。
参考文献：
[1] 李文津，吴理觉，付海阔.镍钴锰三元前驱体废料与草酸钴废料的联合浸出[J].有色金属（冶炼部分），2017（7）：78-101.
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[4] 黄铁熙，黄亚祥，文定强，等.刚果（金）硫化铜矿与水钴矿的联合浸出工艺研究[J].有色金属（冶炼部分），2017（10）：28-31.
[5] 李文津，付海阔，吴理觉，等.草酸钴废料协同浸出水钴矿中的钴和铜[J].化工环保，2018，38（1）：112-116.
[6] FERRON C J.Sulfur dioxide：a versatile reagent for the processing ofcobaltic oxide minerals[J].JOM，2008，60（10）：50-54.
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[8] NDALAMO J，MULABA-BAFUBIANDI A F，MAMBA B B.UV/visible spectroscopic analysis of CO3+ and CO2+ during the dissolution of cobalt from mixed Co-Cu oxidized ores[J].International Journal of Minerals，Metallurgy，and Materials，2011，18（3）：260-269.
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更新时间：2025/3/10 12:20:58