高铁硫化矿选择性浸出铁的研究

1、PAGE doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2013.03.005高铁硫化矿选择性浸出铁的研究张晗1，卢苏君1,2，孙渊君1，丁才生1(1.金川镍钴研究设计院，甘肃金昌 737100；2.兰州大学，兰州 730000）摘要：将镍钴火法冶炼转炉渣进行还原硫化，制备成富含镍钴铜的高含铁硫化矿，并采用加压选择性浸出其中的铁。对铁的浸出行为进行了研究。结果表明，随着铜浸出率从98%降到-42%，铁浸出率从3%升到43%左右，选择性浸出后液含铁越来越高，而且以二价铁居多，这是造成高铁硫化矿难以进行加压选浸的主要原因。关键词：转炉渣；高铁硫化矿；浸出率；铁；铜；交互反应中图分类号：

2、TF815文献标志码：A文章编号：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在镍冶炼流程转炉吹炼低镍锍过程中，大约60%的钴在低冰镍吹炼时进入转炉渣，并返回矿热电炉熔炼，这部分钴在电炉与转炉之间闭路循环，导致一部分钴损失于电炉渣中；而且转炉渣直接返回电炉，增大了电炉渣含铁，镍在渣中的损失也相应增大，从镍铜精矿到钴产品的冶炼回收率非常低1。因此，将转炉渣直接开路处理制备成富含镍钴铜铁的硫化矿，再进行浸出处理，可大幅度提高钴的回收率。但转炉渣吹炼得到的硫化矿含铁很高（15%以上），湿法处理的难度较大。本文研究高铁硫化矿加压浸出过程中铁的行为。

6、1 试验部分1.1 试验原料高铁硫化矿的物相主要为镍黄铁矿，占90%，其次为硫化铜、六方硫镍矿、合金、铁氧化物、硅铁矿、单质硅、硅酸盐。含镍矿物主要为镍黄铁矿和六方硫镍矿。90%的镍黄铁矿中含钴3%，少部分镍黄铁矿夹杂4%5%的铜；合金为铜铁镍合金，镍铜铁百分比分别为79%、17%、4%，部分合金中含少量钴。水淬富钴冰铜物料化学成分（%）：Ni 38.98、Cu 11.69、Co 2.48、Fe 18.82、S 24.41。1.2 试验工艺与原理高铁硫化矿首先进行常压浸出，浸出渣再进行加压浸出，控制条件将镍钴浸出，铜和铁抑制在加压浸出渣中。常压酸浸过程中的主要反应：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)加压浸出段主要是NiS的氧化浸出，Cu2O的歧化反应，铁的水解反应及酸性硫酸铜、铁与NiS的交互反应。主要反应：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) 同时，酸性溶液中，Fe3+容易被硫还原，反应为：Fe2(SO4)3+1.25Cu1.8S=2FeSO4+1.25CuS+CuSO4 (7)收稿日期：2012-08-31作者简介：张晗（1968-），男，河南社旗人，高级工程师.2 试验结果与讨论高铁硫化矿首先进行一段常压浸出的目的，一是浸出一部分镍钴，减少加压浸出的负荷；二是通过一段常压浸出置换的方式，可以将返回常压浸出的加压浸出液中的铜铁降到0.01 g/L以下。但返回的加压浸出后液含铁不宜太高，否则常压浸出得不到含铜铁合格的浸出液。生产过程中，加压选浸后液含铁量与原料含铁密切相关，原料含铁过高，导致加压选浸后液含铁大于2.5

9、 g/L，常压往往难以得到符合要求的浸出液。常压浸出渣进行加压选浸的目的是通过控制通氧时间将镍钴尽可能地浸出，而铜铁抑制在渣中，减轻后续工序处理成本。选浸后液铁的浸出必须控制在一定范围内，否则难以产出合格的常压浸出溶液。本文通过控制条件对铁在加压选浸中的行为进行考察。2.1 氧化浸出时间试验条件：浸出矿浆pH 1.02.0，氧化浸出温度150155 ，釜压0.8 MPa，交互反应温度170 ，浸出总时间3.0 h。通氧浸出时间对浸出的影响见图1。图1 氧化时间对浸出率的影响Fig.1 Effect of oxidation time on leaching rate 图1表明，随着氧化浸出时间

10、的延长，铁浸出率呈下降趋势。同时，铁浸出率与铜浸出率成负相关关系，随浸出时间延长铜浸出率上升较快，铁浸出率明显下降。2.2 浸出压力试验条件：浸出矿浆pH 1.02.0，氧化浸出温度150155 ，交互反应温度170 左右，通氧时间60 min，浸出总时间3.0 h，不同浸出压力下的结果见图2。图2 浸出压力对浸出率的影响Fig.2 Effect of leaching pressure on leaching rate图2表明，提高浸出压力有利于降低铁浸出率，但幅度不大。2.3 氧化浸出程度及交互反应程度本文通过控制工艺条件来控制铜浸出率，并以铜浸出率的变化衡量氧化浸出程度及交互反应程度的大

11、小。氧化浸出过程中，铜浸出率增加较快，浸出的铜离子与硫化镍交互反应，铜离子以硫化物形式进入渣中，硫化镍中的镍以离子形态进入浸出液中。试验条件：氧化浸出温度150165 ，时间5070 min，釜压0.70.8 MPa，交互反应温度160175 ，时间1.53.0 h。氧化浸出程度与交互反应程度可以用铜浸出率的变化来表示。浸出过程中铁浸出率与铜浸出率的关系见图3。图3 铁浸出率与铜浸出率的关系Fig.3 Relationship between iron leaching rate and copper leaching rate 从图3可看出，随着铜浸出率从-42%增加到98%，铁浸出率从43

12、%降到3%左右。随着氧化程度加深，二价铁离子转变为三价铁离子的数量增大，三价铁离子在加压釜内容易形成赤铁矿或针铁矿沉淀。而选浸过程中，将铜浸到一定程度后停止氧化，使浸出的铜离子与剩余的硫化镍钴反应，在这过程中，铜离子也会优先与剩余的铁硫化物交互反应生成二价铁离子，同时，三价铁离子是强氧化剂，也容易被交互反应生成的新鲜铜硫化物中的硫还原成二价铁离子，因此，随着铜浸出率由大到小直至变负（负值说明铜留在渣中），选浸后液含铁越来越高，而且以二价铁居多，即使提高pH或增加釜温、釜压仍然难以将这部分铁沉淀。2.4 交互反应温度试验条件：浸出温度150155 ，通氧时间5060 min，交互反应时间2.5

13、h，不同交互反应温度下的试验结果见图4。图4 交互反应温度对浸出率的影响Fig.4 Effect of reaction temperature on leaching rate图4表明，提高交互反应温度对三价铁的抑制有利，铁浸出率有所下降，但幅度不大。2.5 浸出酸度试验条件：浸出温度150155 ，釜压0.8 MPa，通氧浸出时间60 min，浸出矿浆pH对浸出的影响见图5。图5 酸度对浸出率的影响Fig.5 Effect of acidity on leaching rate图5表明，在氧化浸出程度足够的情况下（铜浸出率80%以上），釜内铁离子多为三价，提高pH对铁沉淀效果非常明显，当p

14、H控制在3.0时，铁浸出率非常低；而当氧化浸出程度不足时（铜浸出率为负值），釜内二价铁离子较多，即使提高pH，二价铁离子也难以沉淀，进一步说明选浸后液铁多以二价形态存在。3 结论1）随着铜浸出率从98%-42%变化，铁浸出率从3%升到43%左右，选浸后液含铁越来越高，而且以二价铁居多。2）高含铁的富钴硫化矿原料，采用现有生产的加压选浸工艺流程，容易造成选浸工序铁浸出率增大，选浸后液含铁量会大幅上升（最高达15 g/L），系统对这部分高铁溶液很难消化，致使一段常压难以产出合格的硫酸镍钴溶液。3）处理富镍钴的高铁硫化矿既不适合采用阜康冶炼厂的一段加压选浸流程（阜康高冰镍含铁1.2%以下），也不能照

15、搬公司现有的两段加压系统流程，必须根据原料特点采用适合的工艺流程。参考文献1 喻正军， 冯其明， 欧乐明. 还原硫化法从镍转炉渣中富集钴镍铜J. 矿业工程，2006，26(1)：49-55.2 黄其兴， 王立川. 镍冶金学M. 北京：中国科学技术出版社，1990：428-430.3 何焕华， 蔡乔方. 中国镍钴冶金M. 北京：冶金工业出版社，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