CN1053705C - 微波-热等离子体处理含钴氧化矿 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微波-热等离子体处理含钴氧化矿的方法，利用微波能对矿物的选择性加热和催化作用，以及升温极为迅速的特点，使不具可选性的含钴氧化矿转化为可用常规选矿方法进行选矿富集的矿相，再经热等离子体炉熔炼，获得富钴合金，从而有效提取钴及其它有价金属。本发明能在较短时间内完成，综合能耗低，无环境污染，金属回收率高，能有效利用资源。

Description

微波-热等离子体处理含钴氧化矿

本发明涉及一种用微波-热等离子体处理含钴氧化矿并回收其伴生有价金属的方法。钴为重要战略性物质，其在矿物中主要与镍、铜、锰、铁等矿物伴生。我国钴的地质资源不足，品位又低，平均品位仅有0.02-0.034％，我国含钴矿物的地质品位与国外相比其差距在50倍以上，因此我国钴的生产难度较大。可供提钴的矿物中，呈氧化钴形态存在的矿物有①氧化铜矿，包括含钴高的富氧化铜矿和含钴低的贫氧化铜矿；②钴土矿，与锰、铜伴生；③红土矿(氧化镍矿)与镍、铁呈氧化物形态伴生。这三种矿物的共同特点是钴品位低，并与其它金属氧化物伴生，故无法用传统的选矿方法进行选矿富集。

传统的生产钴的冶炼方法有火法-湿法联合流程和全湿法流程两种。前者是将含钴＞3％Co的原料直接进入鼓风炉或电炉进行还原或造锍熔炼，产出的钴-铁合金或钴锍再经进一步富集分离后，转入湿法流程电积产出电钴。该方法的最大缺点是熔炼过程中钴的富集比低，且所产炉渣含钴高，钴的回收率低；后者是将含钴＜2％Co的钴矿直接用湿法处理，其缺点是生产设备庞大，占地面积大，工艺流程长，金属回收率低，酸耗大，环境污染严重，生产效率低，产品成本高。

本发明的目的在于提供一种微波-热等离子体处理含钴氧化矿的方法，使不具可选性的钴氧体和与其伴生的铜氧化物或镍氧化物转化为可采用常规浮选法或磁选法进行选矿富集的矿相，并用微波能进行脱硫，再转入等离子体熔炼，以便有效提取金属钴及其它伴生有价金属。

本发明是这样的，由于可供提炼钴的矿物中，氧化矿主要有氧化铜矿、钴土矿、氧化镍矿(红土矿)三种，这三种矿物中的钴、镍、铁、铜、锰等氧化物在微波场中有很强的吸波性能，而其它脉石却不吸波，因此就可利用微波能对矿物的选择性加热和催化作用，以及升温极为迅速的特性，对上述矿物进行选择性加热处理，经常规选矿富集，抛弃绝大部份脉石，所得精矿再经等离子体进行连续熔炼，获得富钴高冰镍，钴铁合金，粗铜等，再转入常规湿法流程分离提取钴等有价金属。

本发明的技术方案是：由于含钴氧化矿的化学成份各不相同，因此有必要采用不同的工艺方法进行处理，具体包括如下步骤：

一，含钴氧化铜矿(也适用于处理不含钴的氧化铜矿)、氧化镍矿(也称红土矿)：

将原矿混入硫化剂(黄铁矿或硫)磨细(先将原矿和硫化剂分别磨细再混合也可)，进入微波能加热反应器(***)在150-250℃的温度下加热进行硫化反应，5-8分钟反应即完成(可实现连续性操作)，有价金属氧化相即可全部转化为具有可选性的硫化相，而后转入常规浮选进行选矿富集(有价金属富集比可达8-12倍)。

所得硫化精矿转入微波能加热反应***(器)在450-500℃的温度下通入H2O蒸汽进行反脱硫，10-15分钟反应即完成(可实现连续作业)直接制取元素硫(元素硫可再返回上道硫化工序循环使用)。

脱硫后的焙砂，若是含镍钴焙砂转入热等离子体炉，加入熔剂和炉渣贫化剂，在1700-1800℃(弧区熔体温度)下连续熔炼，以惰性气体为等离子体的载流气体，直接制取富钴高冰镍，并一次性获弃渣。富钴高冰镍即可转入下步常规流程分离镍钴等有价金属；若是铜焙砂，则加入熔剂和炉渣贫化剂入热等离子体炉连续熔炼(在弧区熔体温度为1600-1700℃的温度下)，直接制取粗铜，并一次性获弃渣。粗铜即可转入下步常规流程分离铜、钴。

二、钴土矿，氧化镍矿(红土矿)：

对于钴土矿和氧化镍矿，则将原矿磨细后混入还原剂碳(也可以用气相CO、H2、C2H2等还原)，进入微波能加热反应器(***)在250-300℃的温度下加热进行还原(氧化镍矿的处理方法也可以是前述硫化法)，5-8分钟反应完成(可连续作业)，被还原了的钴氧体，铜氧体(或镍氧体)，锰氧体，铁氧体呈零价金属后形成带磁性的固溶体，之后用常规磁选进行选矿富集。

磁选所得磁性精矿转入热等离子体炉，加入熔剂和炉渣贫化剂在弧区熔体温度为1700-1800℃的温度下进行连续熔炼，并以惰性气体为等离子体的载流气体，产出钴合金(一次性获弃渣)。

钴合金即可转入常规湿法流程分离提取钴等有价金属。

本发明所使用的熔剂为SiO2，炉渣贫化剂为CaO。其用量为按原料成份进行配料计算。

各氧化物及添加剂在微波加热中的化学反应式为：

(1)氧化镍矿(红土矿)

还原反应

硫化反应

(2)氧化铜矿

CuCO3.Cu(OH)2+FeS(FeS2.S)＝Cu2S+FeO+CO2 $+H2O+\frac{1}{2}O2$

(3)钴土矿

本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：本发明利用微波能对矿物的选择性加热和催化作用，以及温升极为迅速的特性，使常规选矿方法无法选矿富集的氧化铜矿、红土矿、钴土矿等转化为可采用常规浮选或磁选进行选矿富集的矿相，抛弃绝大部份脉石，使所得精矿再转入等离子体炉熔炼，有效分离有价金属和脉石。本发明提供的处理方法能在较短时间内完成，且能连续处理，极大节省综合能耗，缩短工艺流程，提高金属回收率，减少渣中金属含量，最有效地利用资源，无环境污染，因此是新一代选矿、冶炼技术之精华。

图1为本发明之工艺流程图；

图2为本发明之另一工艺流程图；

图3为本发明之微波能加热反应***图；

图4为本发明之热等离子体炉熔炼***图。

图3中，1-连续给料密封装置；2-监控装置；3-排气装置；4-排气室；5-微波源；6-微波加热器；7-给排料传动装置；8-连续排料装置；9-排料密封仓。

图4中，10-等离子体电源；11-监控***；12-连续给料密封装置；13-冷却水循环***；14-等离子体喷枪升降装置；15、16、17-等离子体喷枪；18-等离子体熔炼池；19-金属出口；20-炉渣出口；21-废气排放装置；22-载流气体供气装置；23-炉体冷却水循环装置

实施例1：(还原-磁选-等离子体冶炼法)

工艺流程如图1所示，所处理的氧化镍矿化学成份：镍(Ni)0.8％、钴(Co)0.04％、铁(Fe)14％、二氧化硅(SiO2)40％、三氧化二铝(AL2O3)2.5％、氧化镁(MgO)15％、氧化钙(CaO)1.7％，结晶水10％。

将氧化镍矿用球磨机磨至粒度100％≤0.076mm，然后按配料计算量配入还原剂碳粉，加入0.5％(重量百分比)粘结剂(最好用淀粉水)制粒，(要求平均粒径≯5mm，最大粒径≤8mm)，干燥(要求水份∠4％)后加入微波能加热炉中进行预还原(也可以制粒时不预先配入还原剂，而是制粒进入微波能加热反应器后再通入还原气体CO(或C2H2、H2等)，预还原表观温度(即实测到的物料群体温度)控制在250-300℃，约5分钟完成还原反应(可实现过程连续)。

经微波加热预还原的物料再经对辊机磨细，粒度要求全部小于0.076mm，转入干式磁选，磁性物即是所需富集的钴镍等有价金属精矿(富集比可达8倍以上)，非磁性物即为脉石，抛弃。所得精矿(磁性物)转入热等离子体炉，根据炉渣碱度计算并配入氧化硅熔剂和氧化钙贫化剂，在熔体温度为1700-1800℃下实现连续熔炼，直接制取富钴合金，一次性获弃渣，钴在熔炼过程中，其在合金中的富集比可达12倍，镍富集比可达20倍。

富钴合金即可转入下步常规湿法流程分离提取钴、镍等有价金属。

实施例2：(硫化-浮选-反脱硫-等离子体冶炼法)

工艺流程如图2所示，所处理氧化铜矿的典型化学成份：

元素	Gu	Co	Au	Ag	CaCO3	MgCO3	SiO2
								含量(％)	0.62	0.1	0.059g/T	5g/T	43.88	32.29	18.30

元素	AL2O3	Fe2O3
			含量	1.08	2.97

将氧化铜矿按所需计算比例配入黄铁矿或元素硫，磨细至粒径100％≤0.076mm，转入微波能加热反应器进行硫化，硫化温度控制在150℃左右(表观温度)，硫化时间5-8分钟，硫化产物再磨细至粒径100％≤0.076mm，转入常规浮选，有价金属富集于硫化精矿中，绝大部份脉石进入尾矿，硫化精矿再制粒，粒径≤10mm，用微波能加热器加热进行反脱硫，通入蒸汽作为脱硫剂，脱硫温度控制在450-500℃，脱硫时间10-15分钟，直接制取元素硫，焙砂加入熔剂氧化硅和贫化剂氧化钙后转入热等离子体炉，在熔体温度为1700℃温度下连续熔炼，制取富钴粗钢。转入下步常规流程，分离提取有价金属。

Claims (4)

1.一种用微波-热等离子体处理含钴氧化矿的方法，包括：

a、将原矿混入硫化剂黄铁矿或硫磺进入微波能加热反应器在150-250℃的温度下加热进行硫化反应，5-8分钟反应即完成，转入常规浮选进行选矿富集，抛弃绝大部分脉石；

b、选矿所得硫化精矿进入微波能加热反应器在450-500℃温度下通入脱硫剂水蒸汽进行反脱硫，10-15分钟反应即完成；

c、脱硫后的焙砂转入热等离子体炉，加入溶剂氧化硅和炉渣贫化剂氧化钙在弧区熔体温度为1600-1800℃的温度下连续熔炼制取富钴合金，一次性获弃渣，转入常规湿法流程分离提取钴和其它有价金属。

2.一种用微波-热等离子体处理含钴氧化矿的方法，其特征在于：

A、将原矿混入还原剂碳或一氧化碳或氢气进入微波能加热反应器在250-300℃温度下加热进行还原反应，5-8分钟反应即完成，转入常规磁选，抛弃绝大部分脉石。

B、磁选所得磁性精矿转入热等离子体炉，加入熔剂氧化硅和炉渣贫化剂氧化钙在弧区熔体温度为1700-1800℃的温度下进行连续熔炼，制取钴合金，一次性获弃渣，转入常规湿法流程分离提取钴及其它有价金属。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于微波能加热反应器主要由连续给料密封装置(1)，监控装置(2)，排气装置(3)，微波源(5)，微波加热器(6)，给排料传动装置(7)，连续排料装置(8)等构成。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于热等离子体炉主要由等离子体电源(10)，监控***(11)，连续给排料密封装置(12)，冷却***(13)，等离子体喷枪(15)、(16)、(17)，等离子体熔炼池(18)，废气排放装置(21)，供气装置(22)，炉体冷却装置(23)等构成。

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