钴硫精矿硫酸化焙烧技术研究
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摘要：本文通过对钴硫精矿硫酸化焙烧过程的原理进行阐述，对硫酸化焙烧影响条件进行分析，得出最符合该钴硫精矿硫酸化焙烧工艺参数，大大提升了各金属元素的硫酸盐转化率，满足了生产需求。
关键词：钴硫精矿;硫酸化焙烧;硫酸盐;工艺参数
钴硫精矿的主要成分是黄铁矿，并伴生钴、铜、镍等金属，而能否顺利地提取其中的有色金属元素，主要取决于有价金属硫酸盐的转化率。因此，钴硫精矿的硫酸化焙烧显得尤为重要。
焙烧过程钴硫精矿通过制浆槽配置成一定浓度后，直接送入硫酸化沸腾炉进行焙烧，通过控制一定的焙烧温度，钴、铜等有价金属转化为可溶性硫酸盐。酸化焙烧产出的烟气SO2浓度为5～6%，经重力收尘、旋风收尘、电收尘后并入制酸系统。
1 原理
钴硫精矿通常由Co、Ni、Cu、Fe的硫化物组成，钴含量较低，通常为0.2～0.6%，硫酸化焙烧的目的是使精矿中的有价金属转变为相应的可溶性硫酸盐[1]，铁尽可能氧化成Fe2O3留在浸出渣中。与此同时精矿中硫转化为SO2进入烟气。
含钴黄铁矿硫酸化焙烧动力学研究表明，焙烧过程是有阶段性的，钴硫精矿首先发生脱硫反应，硫化物被氧化成氧化物，然后氧化物再硫酸化。这个过程可以用下面的反应方程式表示（MeS代表金属硫化物）：
2MeS+3O2=2MeO+2SO2 （1）
SO2+O2=SO3 （2）
MeO+SO3=MeSO4 （3）
2MeO+SO3=MeO·MeSO4 （4）
上述方程式表明硫酸化焙燒的基本过程是从硫化物到氧化物，再由氧化物到硫酸盐。因此硫酸化焙烧的方式可以有一段硫酸化焙烧（氧化和硫酸化在一个炉子中进行）和两段硫酸化焙烧（先氧化、再硫酸化）。
方程式（1）的反应速度很快，但硫化物颗粒在氧化的后期可能产生硫酸盐薄膜阻碍了反应的进行。
如果采用两段焙烧方式（先氧化、后硫酸化），氧化反应进行比较彻底，包裹情况可以减少，有利于硫酸化反应的进行。
在硫酸化焙烧过程中，温度和气氛的控制是很重要的。硫酸化焙烧的速度取决于炉气中SO3的分压（用PSO3表示）以及硫酸盐的离解压力（P'SO3表示）的差值即：V=K（PSO3-P'SO3），方程式中的K、PSO3、P'SO3与矿石性质、矿石粒度、焙烧温度、空气过剩系数以及鼓入空气的线速度等都有关系。
2 焙烧工艺条件的确定
硫酸化焙烧产品的质量由焙砂在浸出过程中有价金属（Co、Cu、Ni）转为硫酸盐的转化率来衡量[2]，浸出率是由转化率高低直接决定的。而影响焙烧反应的主要因素是焙烧温度，此外有研究表明，添加一定量的硫酸钠可以提高
焙烧中钴的转化率。
2.1 焙烧温度的影响
焙烧温度对焙砂和烟尘的质量都有很大影响，为确保钴硫精矿中伴生的金属硫化物全部转化，焙砂需达到一定的脱硫率。
焙烧温度对焙砂的影响：焙烧温度在560°C时，脱硫率就可达97%以上;铜浸出率随温度升高出现下降趋势;钴、镍浸出率随温度升高呈现先上升后下降的趋势，焙烧温度过低或过高焙砂中钴转化硫酸盐的比例都会减少。焙烧温度过高时，由于生成了铁酸钴和铁酸铜，则钴和铜将在后续工序难于浸出，降低了钴的转化率。焙烧温度在620°C时钴的浸出率最佳;适宜于该矿焙烧的温度在560～640°C，所以焙烧温度控制在630±5°C比较合适。
2.2 添加剂加入量的影响
硫酸化焙烧中还应加入一定量的添加剂，有研究表明[3]，在焙烧中添加一定量的硫酸钠可以提高钴的转化率。通过控制焙烧温度在620°C条件下，添加一定比例的Na2SO4来影响焙砂中钴、铜的转化率。
添加剂硫酸钠在一定程度上可提高钴、镍、铜的浸出率，添加精矿量0.5%的硫酸钠后，钴、镍和铜的浸出率均有明显的提高。
综合考虑钴、镍和铜的浸出率，认为添加硫酸钠的量为精矿重量的1%为宜。Na2SO4起的作用认为是生成了Na2S2O7，它起着SO3载体的作用，从而提高了钴的硫酸化转化程度。
3 小结
综上所述，通过上述试验，确定了钴硫精矿硫酸化焙烧的最佳工艺参数为：硫酸化焙烧温度控制在630±5°C，硫酸钠的加入量为钴硫精矿量的1%。
采用此条件进行硫酸化焙烧，可保证原料中的铜、钴、镍转化为相应的硫酸盐有很高的转化率，产生的焙砂进行浸出试验，钴浸出率可达91%，镍浸出率可达93%，铜浸出率可达93%。
参考文献：
[1]Anand Rao K，Natarajan R，Padmanbhan N P H.Studies on recovery of copper，nickel，cobalt and molybdenum values from a bulk sulphide concentrate of an Indian uranium ore. Hydrometallurgy.2001：115-124.
[2]王奉水，张伟伟.从钴硫精矿中回收钴的工艺探索试验研究[J].甘肃冶金，2009（06）：35-38.
[3]姜文伟，高晋，普崇恩，谢盛德.硫酸钠熔炼法处理废硬质合金工艺中钴的回收[J].稀有金属与硬质合金，2000（02）：22-25.
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