矿冶工程杂志

Co	TFe	SiO₂	Al₂O₃	CaO	K₂O	Na₂O	Cu	MgO	S
0.179	42.00	3.73	0.56	2.14	0.08	0.06	0.12	0.80	40.30

Co	TFe	SiO₂	Al₂O₃	CaO	K₂O	Na₂O	Cu	MgO	S
0.179	42.00	3.73	0.56	2.14	0.08	0.06	0.12	0.80	40.30

硫钴精矿焙烧浸出试验研究

PDF下载

黄鹏 ¹^,² , 白明 ³ , 刘爽 ¹^,² , 康健 ¹^,² , 董立帅 ³ , 李展强 ⁴

矿冶工程杂志 | 冶金 2025,45(1): 109-112

收起

矿冶工程杂志 | 冶金 2025, 45(1): 109-112

硫钴精矿焙烧浸出试验研究

全屏

黄鹏¹^,², 白明³, 刘爽¹^,², 康健¹^,², 董立帅³, 李展强⁴

作者信息

^1.湖北省地质实验测试中心，湖北　武汉　430034

^2.自然资源部稀土稀有稀散矿产重点实验室，湖北　武汉　430034

^3.河北省地矿局第九地质大队，河北　邢台　054000

^4.广东省矿产应用研究所，广东　韶关　512026

黄鹏（1986—），男，湖北咸宁人，硕士，高级工程师，主要从事稀土、稀有矿产资源综合利用研究。E-mail：pengcwl1986@163.com

Experimental Study on Roasting and Leaching of Sulfur-Cobalt Concentrate

Peng HUANG¹^,², Ming BAI³, Shuang LIU¹^,², Jian KANG¹^,², Lishuai DONG³, Zhanqiang LI⁴

Affiliations

^1.Hubei Geological Research Laboratory, Wuhan 430034, Hubei, China

^2.Key Laboratory of Rare Mineral Resources, Ministry of Natural Resources, Wuhan 430034, Hubei, China

^3.Ninth Team of Hebei Bureau of Geology and Mineral Resources, Xingtai 054000, Hebei, China

^4.Guangdong Institute of Mineral Resource Applications, Shaoguan 512026, Guangdong, China

出版时间: 2025-02-01 doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.01.020

文章导航

摘要

收起

某硫钴精矿中钴主要以类质同象赋存于黄铁矿、磁铁矿中，为了使该硫钴精矿中的钴得到回收，开展了硫钴精矿焙烧-浸出提钴试验研究。结果表明，硫钴精矿在矿石细度为-0.074 mm粒级占80%、焙烧助剂亚硫酸钠用量为硫钴精矿质量的5.0%、焙烧温度620 ℃、焙烧时间3 h、硫酸用量为硫钴精矿质量的20%、浸出温度90 ℃、液固比2∶1、浸出时间2 h条件下，钴浸出率为85.85%。硫钴精矿氧化焙烧后转变为赤铁矿，焙烧矿中钴主要以氧化钴和硫酸钴形式存在。

关键词

焙烧 / 浸出 / 硫钴精矿 / 钴 / 焙烧助剂 / 氧化钴 / 硫酸钴

Abstract

收起

For recovering the cobalt in a sulfur-cobalt concentrate mainly occurring as isomorphism in pyrite and magnetite, an experimental study was carried out by adopting roasting and leaching process. The results show that the sulfur-cobalt concentrate, at the fineness of -0.074 mm 80%, was firstly roasted at 620 ℃ for 3 h by adding sodium sulfite as an aid at an amount of 5% of the mass weight of sulfur-cobalt concentrate, and then leached for 2 h at 90 ℃ with sulfuric acid at an amount of 20% of the mass weight of sulfur-cobalt concentrate, liquid-solid ratio of 2∶1, leading to a cobalt leaching rate of 85.85%. It is found that sulfur-cobalt concentrate is transformed into hematite after oxidizing roasting, and cobalt in the roasted ore mainly exists in the form of cobalt oxide and cobalt sulfate.

Key words

roasting / leaching / sulfur-cobalt concentrate / cobalt / roasting additive / cobalt oxide / cobalt sulfate

引用本文

黄鹏, 白明, 刘爽, 康健, 董立帅, 李展强. 硫钴精矿焙烧浸出试验研究. 矿冶工程杂志, 2025 , 45 (1) : 109 -112 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.01.020

Peng HUANG, Ming BAI, Shuang LIU, Jian KANG, Lishuai DONG, Zhanqiang LI. Experimental Study on Roasting and Leaching of Sulfur-Cobalt Concentrate[J]. Mining and Metallurgical Engineering, 2025 , 45 (1) : 109 -112 . DOI: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.01.020

正文

收起

钴作为一种重要战略金属元素，具有独特物理、化学和机械性能，在电池材料、高温合金、硬质合金、催化剂、磁性材料及玻陶制备等领域有着广泛应用^[1-3]。世界钴资源主要分布在刚果（金）、古巴、赞比亚、澳大利亚等少数国家，这些国家的钴储量总和占到了世界钴总储量的95%以上^[4]。国内钴矿资源极为贫乏，独立钴矿床极少，钴通常以伴生元素形态存在于铜镍铁等矿床中，平均品位低，导致钴资源回收率低且生产成本高^[5-8]。因此，加强钴回收利用技术研究，提高钴资源回收利用率，降低对国外钴资源依赖具有重要意义^[9]。

冀中南某硫钴精矿主要成分为黄铁矿，含少量磁铁矿、磁黄铁矿，非金属矿物主要为石膏、石英及透辉石等，未发现钴的独立矿物。钴元素主要以类质同象赋存于黄铁矿中，质量分数44.21%～61.30%；黄铜矿和磁黄铁矿中钴元素占比约19%和12%；脉石矿物中普遍含有钴元素，但十分微量，占比2.89%。本文针对该硫钴精矿性质特点，采用焙烧-浸出的方法提取其中钴元素，为实现硫钴精矿综合利用提供技术依据。

1　试验样品、设备与试剂

收起

1.1　试验样品

硫钴精矿取自冀中南某铁矿选矿厂，矿样呈浅黑色，带有金属光泽。硫钴精矿化学多元素分析结果见表1，X射线衍射分析图谱见图1。硫钴精矿中主要矿物为黄铁矿、石英、金云母，含有少量石膏、绿泥石。

1.2　试验设备与试剂

试验设备包括马弗炉、电子恒温水浴锅、电动搅拌器、电子天平、循环水式真空泵、红外光谱仪、X射线衍射分析仪、扫描电镜等。

试验试剂包括浓硫酸和亚硫酸钠，均为分析纯。

1.3　试验方法与原理

试验方法：将硫钴精矿和焙烧助剂亚硫酸钠混合均匀后置于焙烧碗中，然后将焙烧碗放入马弗炉进行焙烧。焙烧完成后，焙烧矿用硫酸溶液在恒温水浴锅中进行搅拌浸出，浸出结束后用循环水式真空泵进行固液分离，用清水洗涤浸出渣，滤液和滤渣分别进行化验分析，计算钴浸出率。

试验原理：硫钴精矿添加助剂氧化焙烧后，焙烧矿中钴主要以可溶性钴形式存在，当局部温度过高及存在大量氧化铁矿物时，氧化钴将生成亚铁酸钴。采用硫酸作为浸出剂时，钴矿物主要发生如下化学反应^[10]：

(1)

(2)

(3)

2　试验结果与讨论

收起

2.1　焙烧温度对钴浸出效果的影响

焙烧助剂亚硫酸钠用量为硫钴精矿质量的10%、硫钴精矿细度为-0.074 mm粒级占70%、焙烧时间3 h、硫酸用量为硫钴精矿质量的20%、浸出液固比3∶1、浸出温度90 ℃、浸出时间2 h时，焙烧温度对钴浸出率的影响见图2。从图2可以看出，钴浸出率随着焙烧温度升高先增加后快速下降，焙烧温度620 ℃时钴浸出率达到峰值85.41%。确定适宜的焙烧温度为620 ℃。

2.2　焙烧助剂用量对钴浸出效果的影响

焙烧温度620 ℃，其他条件不变，焙烧助剂亚硫酸钠用量对钴浸出率的影响见图3。从图3可以看出，随着亚硫酸钠用量增加，钴浸出率迅速提高，亚硫酸钠用量为硫钴精矿质量的5.0%时，钴浸出率为84.33%；再增加亚硫酸钠用量，钴浸出率增幅很小。确定适宜的亚硫酸钠用量为5.0%。

2.3　硫钴精矿细度对钴浸出效果的影响

亚硫酸钠用量为硫钴精矿质量的5.0%，其他条件不变，硫钴精矿细度对钴浸出率的影响见图4。从图4可以看出，随着硫钴精矿细度增加，钴浸出率逐渐升高，-0.074 mm粒级占80%时，钴浸出率为85.93%。再提高硫钴精矿细度，钴浸出率反而小幅下降。确定适宜的硫钴精矿细度为-0.074 mm粒级占80%。

2.4　焙烧时间对钴浸出效果的影响

硫钴精矿细度-0.074 mm粒级占80%，其他条件不变，焙烧时间对钴浸出率的影响见图5。从图5可以看出，增加焙烧时间有利于提高钴浸出率。焙烧时间3 h时，钴浸出率为85.87%；再增加焙烧时间，钴浸出率下降。确定适宜的焙烧时间为3 h。

2.5　浸出硫酸用量对钴浸出效果的影响

焙烧时间3 h，其他条件不变，浸出硫酸用量对钴浸出率的影响见图6。从图6可以看出，随着硫酸用量增加，钴浸出率快速提高。硫酸用量为硫钴精矿质量的20%时，钴浸出率为85.35%；再增加硫酸用量，钴浸出率变化不大。确定适宜的硫酸用量为硫钴精矿质量的20%。

2.6　浸出液固比对钴浸出效果的影响

硫酸用量为硫钴精矿质量的20%，其他条件不变，浸出液固比对钴浸出率的影响见图7。从图7可以看出，随着浸出液固比增加，钴浸出率逐渐提高。浸出液固比为2∶1时，钴浸出率为85.85%；再提高浸出液固比，钴浸出率增加很少。确定适宜的浸出液固比为2∶1。

2.7　分析讨论

根据单因素实验结果，在硫钴精矿细度为-0.074 mm粒级占80%、焙烧助剂亚硫酸钠用量为硫钴精矿质量的5.0%、焙烧温度620 ℃、焙烧时间3 h、硫酸用量为硫钴精矿的20%、浸出温度90 ℃、浸出液固比2∶1、浸出时间2 h条件下进行了优化条件试验，钴浸出率为85.85%。

硫钴精矿及焙烧矿红外光谱和形貌分析结果分别见图8和图9。硫钴精矿红外光谱分析结果表明，矿石中主要成分为含硫铁矿，1 143、1 115、1 015 cm^-1处为各类FeSO₄、FeS、FeS₂的特征振动峰，说明矿石中含有这3种成分，其中1143 cm^-1处更接近FeS、1 114 cm^-1处更接近FeSO₄、1015 cm^-1处更接近FeS₂。焙烧矿红外光谱分析结果表明，539、467 cm^-1处为Fe₂O₃中Fe—O特征峰，说明矿石中含有赤铁矿（Fe₂O₃）。

黄铁矿焙烧过程中，随着焙烧温度升高，黄铁矿发生如下氧化反应：

(4)

(5)

当温度升高到610 ℃左右时，式（4）中硫化铁继续发生氧化反应^[12]，生成Fe₂O₃：

(6)

3　结论

收起

1）硫钴精矿中钴元素主要以类质同象形式赋存于黄铁矿中，质量分数44.21%～61.30%，黄铜矿和磁黄铁矿中钴元素占比分别为19%和12%。

2）硫钴精矿在细度为-0.074 mm粒级占80%、焙烧助剂亚硫酸钠用量为硫钴精矿质量的5.0%、焙烧温度620 ℃、焙烧时间3 h、硫酸用量为硫钴精矿质量的20%、浸出温度90 ℃、液固比2∶1、浸出时间2 h条件下，钴浸出率为85.85%。

3）硫钴精矿氧化焙烧后转变为赤铁矿，焙烧矿中钴主要以可溶性钴形式存在，当局部温度过高及存在大量氧化铁矿物时，氧化钴将生成亚铁酸钴。

基金

收起

国家重点研发计划(2021YFC2903005)
河北省重点研发计划(21374102D)

参考文献

收起

文献

收起

参考文献引证文献

排序方式：

[1]

张亚斌. 全球钴资源需求竞争格局研究[D]. 北京: 中国地质大学(北京), 2020.

ZHANG

Yabin

. Study on the competition pattern of global cobalt resource demand[D]. Beijing: China University of Geosciences (Beijing), 2020.

[2]

杨卉芃, 王威. 全球钴矿资源现状及开发利用趋势[J]. 矿产保护与利用, 2019, 39(5): 41-49.

YANG

Huipeng

, WANG

Wei

. Current status and development trends of global cobalt resources[J]. Mineral Protection and Utilization, 2019, 39(5): 41-49.

[3]

滕浩. 高砷钴矿提钴新工艺研究[D]. 长沙: 中南大学, 2010.

TENG

Hao

. Research on a new process for extracting cobalt from high arsenic cobalt ore[D]. Changsha: Central South University, 2010.

[4]

姚标. 从水钴矿中选择性提取铜和钴的新工艺研究[D]. 长沙: 中南大学, 2012.

YAO

Biao

. Study on the novel process of selective extraction of copper and cobalt from heterogenite[D]. Changsha: Central South University, 2012.

[5]

张磊, 黄胜, 蒋应平, 等. 复杂低硫铜钴矿加压浸出提钴工艺研究[J]. 矿冶, 2016, 25(3): 41-44.

ZHANG

Lei

, HUANG

Sheng

, JIANG

Yingpin

, et al. Research on the pressure leaching process for extracting cobalt from complex low sulfur copper cobalt ore[J]. Mining and Metallurgy, 2016, 25(3): 41-44.

[6]

谢洪珍. 非洲某含钴萃余液中和除杂试验研究[J]. 矿冶工程, 2023, 43(3): 133-136.

XIE

Hongzhen

. Removal of impurities from cobalt-containing raffinate in Africa[J]. Mining and Metallurgical Engineering, 2023, 43(3): 133-136.

[7]

黄涛. 氨性体系加压浸出氧化铜钴矿的工艺研究[D]. 赣州: 江西理工大学, 2012.

HUANG

Tao

. Research on the process of pressure leaching of copper cobalt oxide ore in ammonia based system[D]. Ganzhou: Jiangxi University of Science and Technology, 2012.

[8]

何文龙, 兰玮锋, 吴世发. 含钴黄铁矿硫酸化焙烧浸出研究[J]. 中国资源综合利用, 2020, 38(6): 10-12.

Wenlong

, LAN

Weifeng

, WU

Shifa

. Study on sulfuric acid roasting and leaching of cobalt containing pyrite[J]. China Resources Comprehensive Utilization, 2020, 38(6): 10-12.

[9]

余洪, 宋文强, 张汉泉, 等. 硫精矿中铜钴同步浸出试验研究[J]. 矿冶工程, 2021, 41(5): 89-92.

Hong

, SONG

Wenqiang

, ZHANG

Hanquan

, et al. Experimental study on synchronous leaching of copper and cobalt in sulfur concentrate[J]. Mining and Metallurgical Engineering, 2021, 41(5): 89-92.

[10]

曹耀华, 王威, 刘红召, 等. 从某铜钴氧化矿石中浸出铜钴试验研究[J]. 湿法冶金, 2020, 39(6): 478-482.

CAO

Yaohua

, WANG

Wei

, LIU

Hongzhao

, et al. Experimental study on leaching copper and cobalt from a certain copper cobalt oxide ore[J]. Hydrometallurgy of China, 2020, 39(6): 478-482.

2025年第45卷第1期

PDF下载

引用本文

BibTeX

文章信息

doi: 10.3969/j.issn.0253-6099.2025.01.020

接收时间：2024-08-25
首发时间：2026-03-17
出版时间：2025-02-01

补充材料

相关文章

文章信息

作者

出版历史

收稿日期：2024-08-25

基金

国家重点研发计划(2021YFC2903005)

河北省重点研发计划(21374102D)

作者信息

^1.湖北省地质实验测试中心，湖北　武汉　430034

^2.自然资源部稀土稀有稀散矿产重点实验室，湖北　武汉　430034

^3.河北省地矿局第九地质大队，河北　邢台　054000

^4.广东省矿产应用研究所，广东　韶关　512026

参考文献

分享链接

https://castjournals.cast.org.cn/joweb/kygczz/CN/10.3969/j.issn.0253-6099.2025.01.020

分享至

全文二维码

扫描看全文

引用本文

BibTeX

本文的引用情况

2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

关闭全屏

BibTeX
EndNote
RefWorks
TxT