專利名稱：微波-熱等離子體處理含鈷氧化礦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用微波-熱等離子體處理含鈷氧化礦并回收其伴生有價金屬的方法。鈷為重要戰(zhàn)略性物質(zhì)，其在礦物中主要與鎳、銅、錳、鐵等礦物伴生。我國鈷的地質(zhì)資源不足，品位又低，平均品位僅有0.02-0.034％，我國含鈷礦物的地質(zhì)品位與國外相比其差距在50倍以上，因此我國鈷的生產(chǎn)難度較大?？晒┨徕挼牡V物中，呈氧化鈷形態(tài)存在的礦物有①氧化銅礦，包括含鈷高的富氧化銅礦和含鈷低的貧氧化銅礦；②鈷土礦，與錳、銅伴生；③紅土礦(氧化鎳礦)與鎳、鐵呈氧化物形態(tài)伴生。這三種礦物的共同特點是鈷品位低，并與其它金屬氧化物伴生，故無法用傳統(tǒng)的選礦方法進行選礦富集。
傳統(tǒng)的生產(chǎn)鈷的冶煉方法有火法-濕法聯(lián)合流程和全濕法流程兩種。前者是將含鈷＞3％Co的原料直接進入鼓風(fēng)爐或電爐進行還原或造锍熔煉，產(chǎn)出的鈷-鐵合金或鈷锍再經(jīng)進一步富集分離后，轉(zhuǎn)入濕法流程電積產(chǎn)出電鈷。該方法的最大缺點是熔煉過程中鈷的富集比低，且所產(chǎn)爐渣含鈷高，鈷的回收率低；后者是將含鈷＜2％Co的鈷礦直接用濕法處理，其缺點是生產(chǎn)設(shè)備龐大，占地面積大，工藝流程長，金屬回收率低，酸耗大，環(huán)境污染嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品成本高。
本發(fā)明的目的在于提供一種微波-熱等離子體處理含鈷氧化礦的方法，使不具可選性的鈷氧體和與其伴生的銅氧化物或鎳氧化物轉(zhuǎn)化為可采用常規(guī)浮選法或磁選法進行選礦富集的礦相，所產(chǎn)精礦再轉(zhuǎn)入等離子體熔煉，以便有效提取金屬鈷及其它伴生有價金屬。
本發(fā)明是這樣的，由于可供提煉鈷的礦物中，氧化礦主要有氧化銅礦、鈷土礦、氧化鎳礦(紅土礦)三種，這三種礦物中的鈷、鎳、鐵、銅、錳等氧化物在微波場中有很強的吸波性能，而其它脈石卻不吸波，因此就可利用微波能對礦物的選擇性加熱和催化作用，以及升溫極為迅速的特性，對上述礦物進行選擇性加熱處理，經(jīng)常規(guī)選礦富集，拋棄絕大部份脈石，所得精礦再經(jīng)等離子體進行連續(xù)熔煉，獲得富鈷高冰鎳，鈷鐵合金，粗銅等，再轉(zhuǎn)入常規(guī)濕法流程分離提取鈷等有價金屬。
本發(fā)明的技術(shù)方案是由于含鈷氧化礦的化學(xué)成份各不相同，因此有必要采用不同的工藝方法進行處理，具體包括如下步驟一、含鈷氧化銅礦(適于處理以提銅為目的不含鈷氧化銅礦)、氧化鎳礦(紅土礦)將原礦混入硫化劑(黃鐵礦或硫)磨細(先將原礦和硫化劑分別磨細再混合也可)，進入微波能加熱反應(yīng)器(系統(tǒng))在150-250℃的溫度下加熱進行硫化反應(yīng)，5-8分鐘反應(yīng)即完成(可實現(xiàn)連續(xù)性操作)，有價金屬氧化相即可全部轉(zhuǎn)化為具有可選性的硫化相，而后轉(zhuǎn)入常規(guī)浮選進行選礦富集(有價金屬富集比可達8-12倍)。
所得硫化精礦轉(zhuǎn)入微波能加熱反應(yīng)系統(tǒng)(器)在450-500℃的溫度下通入H2O蒸汽進行反脫硫，10-15分鐘反應(yīng)即完成(可實現(xiàn)連續(xù)作業(yè))直接制取元素硫(元素硫可再返回上道硫化工序循環(huán)使用)。
脫硫后的焙砂，若是含鎳鈷焙砂轉(zhuǎn)入熱等離子體爐，加入熔劑和爐渣貧化劑，在1700-1800℃(弧區(qū)熔體溫度)下連續(xù)熔煉，以惰性氣體為等離子體的載流氣體，直接制取富鈷高冰鎳，并一次性獲棄渣。富鈷高冰鎳即可轉(zhuǎn)入下步常規(guī)流程分離鎳鈷等有價金屬；若是銅焙砂，則加入熔劑和爐渣貧化劑入熱等離子體爐連續(xù)熔煉(在弧區(qū)熔體溫度為1600-1700℃的溫度下)，直接制取粗銅，并一次性獲棄渣。粗銅即可轉(zhuǎn)入下步常規(guī)流程分離銅、鈷。
二、鈷土礦，氧化鎳礦(紅土礦)
對于鈷土礦和氧化鎳礦，則將原礦磨細后混入還原劑碳(也可以用氣相CO、H2、C2H2等還原)，進入微波能加熱反應(yīng)器(系統(tǒng))在250-300℃的溫度下加熱進行還原(氧化鎳礦的處理方法也可以是前述硫化法)，5-8分鐘反應(yīng)完成(可連續(xù)作業(yè))，被還原了的鈷氧體，銅氧體(或鎳氧體)，錳氧體，鐵氧體呈零價金屬后形成帶磁性的固溶體，之后用常規(guī)磁選進行選礦富集。
磁選所得磁性精礦轉(zhuǎn)入熱等離子體爐，加入熔劑和爐渣貧化劑在弧區(qū)熔體溫度為1700-1800℃的溫度下進行連續(xù)熔煉，并以惰性氣體為等離子體的載流氣體，產(chǎn)出鈷合金(一次性獲棄渣)。
鈷合金即可轉(zhuǎn)入常規(guī)濕法流程分離提取鈷等有價金屬。
本發(fā)明所使用的熔劑為SiO2，爐渣貧化劑為CaO。其用量為按原料成份進行配料計算。
各氧化物及添加劑在微波加熱中的化學(xué)反應(yīng)式為(1)氧化鎳礦(紅土礦)還原反應(yīng)硫化反應(yīng)
(2)氧化銅礦
CuCO3.Cu(OH)2+FeS(FeS2.S)=Cu2S+FeO+CO2+H2O+12O2]]>
(3)鈷土礦本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點和效果本發(fā)明利用微波能對礦物的選擇性加熱和催化作用，以及溫升極為迅速的特性，使常規(guī)選礦方法無法選礦富集的氧化銅礦、紅土礦、鈷土礦等轉(zhuǎn)化為可采用常規(guī)浮選或磁選進行選礦富集的礦相，拋棄絕大部份脈石，使所得精礦再轉(zhuǎn)入等離子體爐熔煉，有效分離有價金屬和脈石。本發(fā)明提供的處理方法能在較短時間內(nèi)完成，且能連續(xù)處理，極大節(jié)省綜合能耗，縮短工藝流程，提高金屬回收率，減少渣中金屬含量，最有效地利用資源，無環(huán)境污染，因此是新一代選礦、冶煉技術(shù)之精華。


圖1為本發(fā)明之工藝流程圖；圖2為本發(fā)明之另一工藝流程圖；圖3為本發(fā)明之微波能加熱反應(yīng)系統(tǒng)圖；圖4為本發(fā)明之熱等離子體爐熔煉系統(tǒng)圖。
圖3中，1-連續(xù)給料密封裝置；2-監(jiān)控裝置；3-排氣裝置；4-排氣室；5-微波源；6-微波加熱器；7-給排料傳動裝置；8-連續(xù)排料裝置；9-排料密封倉。
圖4中，10-等離子體電源；11-監(jiān)控系統(tǒng)；12-連續(xù)給料密封裝置；13-冷卻水循環(huán)系統(tǒng)；14-等離子體噴槍升降裝置；15、16、17-等離子體噴槍；18-等離子體熔煉池；19-金屬出口；20-爐渣出口；21-廢氣排放裝置；22-載流氣體供氣裝置；23-爐體冷卻水循環(huán)裝置實施例1(還原-磁選-等離子體冶煉法)工藝流程如圖1所示，所處理的氧化鎳礦化學(xué)成份鎳(Ni)0.8％、鈷(Co)0.04％、鐵(Fe)14％、二氧化硅(SiO2)40％、三氧化二鋁(AL2O3)2.5％、氧化鎂(MgO)15％、氧化鈣(CaO)1.7％，結(jié)晶水10％。
將氧化鎳礦用球磨機磨至粒度100％≤0.076mm，然后按配料計算量配入還原劑碳粉，加入0.5％(重量百分比)粘結(jié)劑(最好用淀粉水)制粒，(要求平均粒徑≯5mm，最大粒徑≤8mm)，干燥(要求水份∠4％)后加入微波能加熱爐中進行預(yù)還原(也可以制粒時不預(yù)先配入還原劑，而是制粒進入微波能加熱反應(yīng)器后再通入還原氣體CO(或C2H2、H2等)，預(yù)還原表觀溫度(即實測到的物料群體溫度)控制在250-300℃，約5分鐘完成還原反應(yīng)(可實現(xiàn)過程連續(xù))。
經(jīng)微波加熱預(yù)還原的物料再經(jīng)對輥機磨細，粒度要求全部小于0.076mm，轉(zhuǎn)入干式磁選，磁性物即是所需富集的鈷鎳等有價金屬精礦(富集比可達8倍以上)，非磁性物即為脈石，拋棄。所得精礦(磁性物)轉(zhuǎn)入熱等離子體爐，根據(jù)爐渣堿度計算并配入氧化硅熔劑和氧化鈣貧化劑，在熔體溫度為1700-1800℃下實現(xiàn)連續(xù)熔煉，直接制取富鈷合金，一次性獲棄渣，鈷在熔煉過程中，其在合金中的富集比可達12倍，鎳富集比可達20倍。
富鈷合金即可轉(zhuǎn)入下步常規(guī)濕法流程分離提取鈷、鎳等有價金屬。
實施例2(硫化-浮選-反脫硫-等離子體冶煉法)工藝流程如圖2所示，所處理氧化銅礦的典型化學(xué)成份
<p>將氧化銅礦按所需計算比例配入黃鐵礦或元素硫，磨細至粒徑100％≤0.076mm，轉(zhuǎn)入微波能加熱反應(yīng)器進行硫化，硫化溫度控制在150℃左右(表觀溫度)，硫化時間5-8分鐘，硫化產(chǎn)物再磨細至粒徑100％≤0.076mm，轉(zhuǎn)入常規(guī)浮選，有價金屬富集于硫化精礦中，絕大部份脈石進入尾礦，硫化精礦再制粒，粒徑≤10mm，用微波能加熱器加熱進行反脫硫，通入蒸汽作為脫硫劑，脫硫溫度控制在450-500℃，脫硫時間10-15分鐘，直接制取元素硫，焙砂加入熔劑氧化硅和貧化劑氧化鈣后轉(zhuǎn)入熱等離子體爐，在熔體溫度為1700℃溫度下連續(xù)熔煉，制取富鈷粗銅。轉(zhuǎn)入下步常規(guī)流程，分離提取有價金屬。
權(quán)利要求
1.一種用微波-熱等離子體處理含鈷氧化礦的方法，其特征在于a、將原礦混入硫化劑黃鐵礦或硫磺進入微波能加熱反應(yīng)器在150-250℃的溫度下加熱進行硫化反應(yīng)，5-8分鐘反應(yīng)即完成，轉(zhuǎn)入常規(guī)浮選進行選礦富集，拋棄絕大部份脈石；b、選礦所得硫化精礦進入微波能加熱反應(yīng)器在450-500℃溫度下通入脫硫劑水蒸汽進行反脫硫，10-15分鐘反應(yīng)即完成；c、脫硫后的焙砂轉(zhuǎn)入熱等離子體爐，加入熔劑氧化硅和爐渣貧化劑氧化鈣在1600-1800℃(弧區(qū)熔體溫度)溫度下連續(xù)熔煉制取富鈷合金，一次性獲棄渣，轉(zhuǎn)入常規(guī)濕法流程分離提取鈷和其它有價金屬。
2.一種用微波-熱等離子體處理含鈷氧化礦的方法，其特征在于A、將原礦混入還原劑碳(或一氧化碳或氫氣)進入微波能加熱反應(yīng)器在250-300℃溫度下加熱進行還原反應(yīng)，5-8分鐘反應(yīng)即完成，轉(zhuǎn)入常規(guī)磁選，拋棄絕大部份脈石；B、磁選所得磁性精礦轉(zhuǎn)入熱等離子體爐，加入熔劑氧化硅和爐渣貧化劑氧化鈣在1700-1800℃溫度下(弧區(qū)熔體溫度)進行連續(xù)熔煉，制取鈷合金，一次性獲棄渣，轉(zhuǎn)入常規(guī)濕法流程分離提取鈷及其它有價金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于微波能加熱反應(yīng)器主要由連續(xù)給料密封裝置(1)，監(jiān)控裝置(2)，排氣裝置(3)，微波源(5)，微波加熱器(6)，給排料傳動裝置(7)，連續(xù)排料裝置(8)等構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于熱等離子體爐主要由等離子體電源(10)，監(jiān)控系統(tǒng)(11)，連續(xù)給排料密封裝置(12)，冷卻系統(tǒng)(13)，等離子體噴槍(15)、(16)、(17)，等離子體熔煉池(18)，廢氣排放裝置(21)，供氣裝置(22)，爐體冷卻裝置(23)等構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種微波-熱等離子體處理含鈷氧化礦的方法，利用微波能對礦物的選擇性加熱和催化作用，以及升溫極為迅速的特點，使不具可選性的含鈷氧化礦轉(zhuǎn)化為可用常規(guī)選礦方法進行選礦富集的礦相，再經(jīng)熱等離子體爐熔煉，獲得富鈷合金，從而有效提取鈷及其它有價金屬。本發(fā)明能在較短時間內(nèi)完成，綜合能耗低，無環(huán)境污染，金屬回收率高，能有效利用資源。
文檔編號C22B23/00GK1153221SQ96112578
公開日1997年7月2日 申請日期1996年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月24日
發(fā)明者徐有生 申請人:徐有生