２０１４年４月第２期 谢添等：刚果（金）绿纱矿浮选铜钴精矿还原熔炼工艺研究 ・７９・ 刚果（金）绿纱矿浮选铜钴精矿还原熔炼工艺研究 谢 添 ，廖春发 ，吴免利 ，石玉臣 ，王含渊 （１．中铁资源集团有限公司，北京 １０００３９；２．江西理工大学冶金与化学工程学院，江西赣州 ３４１０００） ［摘 要］ 以刚果（金）绿纱矿浮选后的铜钴精矿为原料，采用还原熔炼工艺生产铜钴合金，考察了还 原熔炼条件对铜钴回收率的影响。实验得出的最佳工艺条件为：ＣａＯ加入量２５％、熔炼温度１ ５００℃、焦 粉加入量６．５％、熔炼时间４５ ｍｉｎ，该条件下，铜的回收率大于９８％，钴的回收率大于９５％。 ［关键词］ 铜钴精矿；还原熔炼；铜；钴；合金 ［中图分类号］ＴＦ８１１；ＴＦ８１６ ［文献标志码］ Ａ ［文章编号］ １６７２—６１０３（２０１４）０２—００７９—０４ Ｏ 引言 可持续发展是２１世纪世界面临的最大问题之 一ｌ 实验方法 １．１ 实验原料 。矿产资源具有的不可再生性，其开发和利用问 实验以浮选的绿纱铜钴精矿为原料，其化学分 析结果如表１所示。实验以焦粉作为还原剂，加入 题日益为人们所关注。我国矿产资源的总量和品种 在世界上位居前列，但按人均计算则处于非常落后 的位置，主要大宗金属原材料人均储量均小于世界 氧化钙进行造渣，焦粉和氧化钙的主要组成分别如 表２和表３所示。 表１铜钴精矿的化学分析结果 ％ 平均水平。鉴于国内铜、钴资源短缺、供需缺口日趋 增大的现状，实施两种资源、两个市场，最大限度地 利用国外资源就成为多途径解决我国铜、钴资源短 缺问题的战略选择。 非洲大陆金属资源丰富，与赞比亚毗邻的刚果 （金）境内有世界上最大的铜、钴资源富集区，其中 绿纱铜钴矿区因地质勘探程度高、储量大、矿体易 采、采剥比小、生产成本低被我国许多公司所关注， 而如何高效利用并提取其中的铜和钴是亟待解决的 问题。目前国内外已投人工业生产或进行过试验研 究的氧化铜钴矿冶炼方法主要有：回转窑干燥一电 炉还原熔炼法、硫化熔炼法（电炉或鼓风炉）、湿法 表３石灰的主要组分 ％ 还原浸出一萃取分离法、堆浸法等 “ 。结合刚果 （金）目前的工业现状及生产工人素质状况，本研究 １．２渣型选择 采用电炉还原熔炼法处理浮选的绿纱铜钴精矿生产 铜钴合金，考察了ＣａＯ加入量、焦粉加入量、还原熔 渣型对电炉操作工艺条件的选择及冶炼技术经 济指标的改善有重要影响。一般来讲，渣型应基于 合金相的熔点，炉渣的粘度、比重、界面张力，炉渣的 炼时间和温度等对熔炼效果的影响。 导电性和导热性，炉渣的浸蚀性等进行选择。 物料的化学分析结果表明，铜钴矿中用于造渣 ［作者简介］谢添（１９８５一），男，湖南泪罗人，工程师，主要从事有 的酸性物料ＳｉＯ，含量较高（～５５％），而碱性物料 ＣａＯ（～０．１％）、ＭｇＯ（～４．２％）和ＦｅＯ（～４．４％）含 量较低。物料的自然碱度为Ｒ＝（％ＣａＯ＋％ＭｇＯ 色金属冶金的生产管理及技术研究工作。 ［收稿日期］２０１３—１１—２２ ・８０・ 中国有色冶金 Ｂ研究开发篇・试验研究 ＋％ＦｅＯ）／（％ＳｉＯ，＋％Ａ１，Ｏ ）＝０．１５，若考虑电炉 １ ６００℃；无锡电炉厂生产的ＴＤＦＫＷ一４０控温柜； 还原熔炼过程中铁的还原，则炉渣的碱度更低。同 时，由于炉渣中ＳｉＯ，含量很高，黏度大，不利于渣金 的分离，因此必须对铜钴精矿还原熔炼的渣型进行 研究。含Ｃｕ～７５％、含Ｃｏ１３％左右的赤合金，熔点 一＋８ｏ ｍｍ×１７０ ｍｍ氧化锆坩埚。加盖在１ ４００～ １ ５５０℃进行还原熔炼，未进行气氛保护。 １．４ 实验方法 称取定量的焙球，配入定量的焦粉，装入氧化锆 坩埚加盖后放人硅钼炉中通电升温，达到指定温度 般在１ ３００℃左右，而自然碱度下的炉渣熔点约 １ ６００ ｑＣ左右，且ＳｉＯ，含量很高，黏度很大，对渣金分 后开始保温熔炼并计时，至规定时间后，断电自然冷 却。冷却至室温后取出坩埚，称重计量后砸碎坩埚， 离很不利，给电炉的稳定运行和铜钴合金的顺利放 出造成诸多困难。 从ＣａＯ—ＳｉＯ，系状态图（图１）来看，在电炉还原 熔炼过程中加入适量的ＣａＯ造渣，可以大大降低炉 渣的熔点。从炉渣的酸碱度和熔渣结构的离子理论 角度讲，ＣａＯ的加入不仅可以适度调整炉渣的酸碱 度（酸度降低），而且可以较好地改善炉渣的黏度 （降低），有利于熔渣和合金相的分离。另外，从炉 渣的综合利用来讲，添加ＣａＯ对生产水泥熟料极其 有利，得到的炉渣含ＳｉＯ：～３８％、ＣａＯ～４０％、Ａ１ Ｏ。 ～８％，水淬处理后可以作为生产水泥的原料。 ＣａＯ １０ ２０ ３０ ４０ ５０ ６０ ７０ ８０ ９０ ＳｉＯ２ ＳｉＯ２，％ 图１ ＣａＯ・ＳｉＯ 系状态图 另从ＣａＯ—ＳｉＯ 一Ａ１２ Ｏ 系三元相图和ＣａＯ．ＳｉＯ：一 ＭｇＯ系三元相图可以看出，虽然添加ＣａＯ不仅可以 使炉渣熔点降低，而且炉渣黏度也有较大改善，对炉 渣的综合利用有利，但对于铜钴精矿的还原熔炼，配 入过多的ＣａＯ是不可取的：①增大了物料的处理 量，导致单位产品电耗增加；②由于渣量增大，渣含 钴的绝对数量也将增大；③炉渣黏度将因为ＣａＯ的 过多加入而增大，反而不利于渣金分离。 １．３实验设备 主要设备有：无锡电炉厂生产的１２ ｋＷ高温硅 钼电阻炉，其采用硅钼棒加热，最高加热温度为 取出渣样和合金样。渣样磨碎后送分析，合金样用 王水溶解后送溶液样分析，采用ＩＣＰ分析渣和溶液 中铜钴的含量，进而计算合金成分 。 ２实验结果及讨论 ２．１ ＣａＯ加入量的影响 在电炉还原熔炼过程中加入适量的ＣａＯ进行 造渣，不但可以降低炉渣的熔点，适度调整炉渣的酸 碱度，而且可以较好地改善炉渣的黏度，有利于熔炼 过程熔渣和合金相的分离。。 。 原料加入量为１００ ｇ，为了在坩埚中形成熔池配 人２０％金属铜，焦粉配入量６．５％、温度１ ５５０℃、熔 炼时间４５ ｒａｉｎ，该条件下考察了ＣａＯ配人量对还原 熔炼的影响，结果如表４所示。 表４ ＣａＯ加入量的影响实验结果 ％ 由表４可知，随着ＣａＯ加入量的增加，炉渣中 ｃｏ和ｃｕ的含量减少，当ＣａＯ加入量增加至２５％以 后，渣中铜、钴的含量基本维持在一个平稳的范围 内，因此控制ＣａＯ加入量为２５％比较合理。 ２．２熔炼温度的影响 原料添加量１００ ｇ、焦粉加入量６．５％、ＣａＯ加入 量３８％、熔炼时间４５ ｒａｉｎ，该条件下考察了还原熔 炼温度对熔炼效果的影响，实验结果如表５所示。 ２０１４年４月第２期 谢添等：刚果（金）绿纱矿浮选铜钴精矿还原熔炼工艺研究 ・８ｌ・ 表５熔炼温度的影响实验结果 ％ 注：１ ４００ 、１ ４５０℃的实验原料中加入，２Ｏ％的金属铜，１ ５００ ℃、１ ５５０℃的实验未加。 由表５可以看出，熔炼温度由１ ４００℃提高到 １ ５００ ｃＩ＝时，渣中钴和铜的含量均降至０．２５％左右， 相应的回收率分别为８８．９８％和９８．０２％，温度继续 升高，渣含铜和钴无明显减少，因此熔炼温度控制在 １ ５００℃左右即可。 ２．３焦粉加入量的影响 原料添加量１００ ｇ、还原熔炼温度１ ５００℃、ＣａＯ 加入量３８％、熔炼时间４５ ｒａｉｎ，该条件下考察了焦 粉添加量的影响，实验结果见表６。 表６焦粉加入量的影响实验结果 ％ 注：６．５％焦炭实验加矿量１５０ ｇ 从表６可以看出，当还原剂加入量控制在 ６．５％左右时，不仅可以保证较高的铜、钴回收率，而 且合金含铁可以控制在１０％以内，因此选取还原剂 的加入量为６．５％。 ２．４熔炼时间的影响 原料添加量１００ ｇ、还原熔炼温度１ ５００ ｃＩＣ、ＣａＯ 加入量２５％、焦炭加入量６．５％，该条件下考察了还 原时间的影响，实验结果如表７所示。 由表７可知，当还原熔炼时间控制在４５ ｍｉｎ 时，渣含钴降至０．２３％，含铜降至０．５４％；所得到的 合金中，铜、钴的含量分别达到为７３．３１％、 １８．７１％，铁含量为８％左右，铜的回收率大于９８％， 钴的回收率大于９５％。 表７熔炼时间的影响实验结果 注：４５ ｒａｉｎ买验加入，２Ｏ％金属铜 ２．５综合条件实验 根据以上实验结果，确定还原熔炼的最佳条件 为：１ ５００℃、ＣａＯ添加量２５％、焦炭加入量６．５％、 还原熔炼时间４５ ｍｉｎ。在最佳条件下进行实验，结 果如表８所示。 表８最佳工艺条件实验结果 ％ 由表８可知，在最佳条件下进行还原熔炼实验， 炉渣含钻降至０．１５％左右，含铜降至０．５％左右；所 得到的合金中钴含量约为２０％，铜含量约为７０％， 含铁约为８％，铜的回收率大于９８％，钴的回收率大 于９５％。 ３ 结论 刚果（金）浮选铜钴精矿电炉还原熔炼的最佳 条件为：还原熔炼温度１ ５００℃、焦粉加入量６．５％、 ＣａＯ加入量２５％、还原熔炼时间４５ ｒａｉｎ。在最佳 工艺条件下进行实验，炉渣含铜降至０．５％左右， 含钴降至０．１５％以下；所得合金含铜约７０％，含 钴约２０％，含铁约８％，铜的回收率大于９８％，钴 的回收率大于９５％。 ［参考文献］ ［１］ 李明．刚果（金）氧化铜钴矿冶炼工艺综述［Ｊ］．有色冶金设 计与研究，２０１２，３３（１）：１６—１８． ［２］ 陈永强，王成彦，王忠．高硅铜钴矿电炉还原熔炼渣型研究 ［Ｊ］．有色金属（冶炼部分），２００３，（４）：２３—２５． ［３］ 石玉臣，黄蕴成，孙蕊，等．从刚果（金）铜钴氧化矿提取钴的 试验研究．［Ｊ］．中国有色冶金，２０１２，（５）：６３—６６． ［４］ 郭灵虹．低品位铜矿堆浸工艺技术［Ｊ］．四川有色金属， １９９５．（４）：９． ・８２・ 中国有色冶金 Ｂ研究开发篇・试验研究 ［５］ 胡宇杰．采用非洲某铜钴矿生产铜钴合金的工艺研究［Ｊ］．湖 ［６］ 颜杰电炉还原熔炼氧化钴矿的生产实践［Ｊ］．中国有色冶 南工业大学学报，２０１２，２６（３）：２０—２４． 金，２００６，（３）：３１—３３． Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｐｐｅｒ－ｃｏｂａｌｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ Ｌｕｉｓｈｉａ Ｍｉｎｅ ｉｎ Ｃｏｎｇｏ（Ｋｉｎｓｈａｓａ） ＸＩＥ Ｔｉａｎ，ＬＩＡＯ Ｃｈｕｎ—ｆａ，ＷＵ Ｍｉａｎ・ｌｉ，ＳＨＩ Ｙｕ—ｃｈｅｎ，ＷＡＮＧ Ｈａｎ－ｙｕａｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ—ｃｏｂａｌｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ ｏｆ Ｌｕｉｓｈｉａ Ｍｉｎｅ ａｆｔｅｒ ｆｌｏｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｃｏｎｇｏ－Ｋｉｎｓｈａｓａ ｗａｓ ｕｓｅｄ ａｓ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｃｏｐｐｅｒ—ｃｏｂａｌｔ ａｌｌｏｙ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｍｅｈｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ａｎｄ ｃｏｂａｈ ｗａｓ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｐｒｏｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｒｅ ２５％（‘｜））ｏｆ ｃａｌｃｉｕｍ ｏｘｉｄｅ ａｎｄ ６．５％（ＯＪ）ｏｆ ｃｏｋｅ ａｄｄｉｎｇ ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｓｍｅｌｔｉｎｇ ｆｏｒ ４５ ｍｉｎ ａｔ １ ５００ ｏＣ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ａｎｄ ｃｏｂａｌｔ ｃａｎ ｒｅａｃｈ ｏｖｅｒ ９８％ａｎｄ ９５％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｐｐｅｒ—ｃｏｂａｌｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅ；ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｓｍｅｌｔｉｎｇ；ｃｏｐｐｅｒ；ｃｏｂａｌｔ；ａｌｌｏｙ （上接第６３页） 为了满足铜冶炼对氧气需用量的增长，对制氧机进 行了改进，使制氧能力提高，电单耗降低。将ＫＤＯＮ ６ 结语 一３２００／３２００一ＶＩ空气分离设备分离出来的氮气用 ＫＤＯＮ一３２００／３２００一ＶＩ空气分离设备是成熟的 于磷酸铁锂项目和精炼炉喷吹还原剂还原，使资源 工艺设备，在环境温度较低的情况下，冷凝水结冰后 得到充分利用。强化分馏塔和ＤＨ４５—１２离心压缩 直接导致压力显示过低连锁停车，通过将仪表引压 机维修保养，使其安全可靠运行。 管缠上伴热带，然后外层保温的方法解决了问题。 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ＫＤＯＮ一３２００／３２００－ＶＩ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＷＡＮＧ Ｊｕ－ｌｉａｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｌｉｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｒｅｅｚｅ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓａｔｅ ｗａｔｅｒ ａｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｏｆ ａｉｒ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｆ ＫＤＯＮ一３２００／３２００一ＶＩ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｌｅａｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｃｈａｉｎ ｂｒａｋｅ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｏｖｅｒ ｌｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓ。 ｐｌａｙ．Ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｗｅｒｅ ｓｏｌｖｅｄ ｂｙ ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｏｆ ａｉｒ—ｃｏｏｌｉｎｇ ｔｏｗｅｒ．Ｔｈｅ ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．ｔｈｅ ｏｘｙｇｅｎ—ｍａｋｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ３ ２００ ｍ ／ｈ ｔｏ ３ ７００ ｍ ／ｈ．ａｎｄ ｔｈｅ ｕｎｉｔ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｆｒｏｍ ０．６３ ｋＷｈ／ｍ ｔｏ ０．５９ ｋＷｈ／ｍ ．Ｔｈｅ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ｌｉｔｈｉｕｍ ｉｒｏｎ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ ｐｒｏｊｅｃｔ，ａｎｄ ａｌｓｏ ｕｓｅｄ ａｓ ｉｎｊｅｃｔｉｎｇ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ａｇｅｎｔ ｏｆ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｆｕｒｎａｃｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ， ｒｅａｌｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｕｓｅ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ．Ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｐａｉｄ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｏｆ ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ ｔｏｗｅｒ ａｎｄ ＤＨ４５—１２ ｃｅｎｔｒｉｆｕｇａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ ｒｕｎｎｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｉｒ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ；ｕｓｅ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ 我国１ １８４个铜矿潜在资源量达１．８亿ｔ 全国化探资料应用研究创新性地采用地球化学定量预测方法，预测全国铜矿潜在资源量为１．８亿ｔ。这 一成果开创了我国全国性中比例尺矿产资源评价地球化学定量预测先河，使我国地球化学勘查从定性向定 量预测迈出了重要一步。 全国铜地球化学定量预测研究汇总了各省（市、自治区）完成的铜地球化学定量预测成果和长江中下游 成矿带、西藏冈底斯成矿带及藏东”三江”成矿带铜地球化学定量预测研究成果。汇编成果分别从已知铜矿 床和铜矿预测区两个方面进行，均从数量、资源量、规模及矿床类型等指标的空间分布特征进行剖析，最后将 铜矿床和预测区的数量、资源量等信息用一张全国铜矿资源潜力预测图的形式表示。全国共预测了１ １８４ 个铜预测区，预测潜在资源量约１．８亿ｔ，是我国１８０个已知铜矿床资源估算总量（９ ８００．５万ｔ）的１．８６倍。