[科普中国]-钴土矿

简介

钴土矿是指蕴藏在地层中、含钴量较大的矿，在云南分布较广。钴土矿的主要化学成分为（%）：Co0.3~0.5，Fe4.9~36.2,MnO216.8~20.0，Ni0.2~0.3，Cu0.25~0.5，A12O35~11.2，SiO222~50.2，CaO0.13~0.6，砷及其它稀有元素微量。钴是具有钢灰色和金属光泽的硬质金属，其具有高熔点和良好的稳定性。利用钴土矿精炼的钴是制造耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金和各种钴盐的重要原料，广泛用于航空、航天、电器、机械制造、化学和陶瓷工业1。

钴土矿矿石由黑色或蓝黑色，具有胶状结构、结核状或同心圆状构造的含钴、镍、铜的偏锰酸矿、锂硬锰矿（为主）、钾硬锰矿和褐铁矿组成，呈片状、葡萄状、球状或珊瑚状，粒度一般为5～30mm。

古代对钴土矿的利用根据化学分析得知，景德镇明代早期的民窑青花，其锰钴比和铁钴比都比较高，与未经精炼的钴土矿接近。大约从明代中期起，民窑青花和官窑青花的锰钴比和铁钴比都有明显降低，与精炼过的钴土矿接近，说明景德镇最迟从明代中期起已开始采用精炼的钴土矿作为青料。钴土矿经过精炼以后，其钴含量明显提高而锰含量则明显降低，青花的色调更加青绿2。

全湿法处理钴土矿和钴硫精矿一种全湿法处理钴土矿和钴硫精矿的方法，其特征是首先用硫铁矿作还原剂浸出钴土矿中有价元素Co、Ni、Mn、Cu；然后用软锰矿作氧化剂浸出钴硫精矿中有价元素o、Ni、Mn、Cu；矿粉混合比例是：钴土矿∶硫铁矿=1：0.4~0.5；钴硫精矿∶软锰矿=1：1.8~2.0；两者浸出条件温度均为80℃，pH值控制2.0~2.5，浸出时间3至4小时。 钴土矿体呈似层状或上、下部矿体组成的复合层状，赋存在晚第三纪—上新世至第四纪更新世喷发的（超基性）玻基辉橄岩和（基性）橄榄玄武岩为母岩的风化红土层中，常与铝土矿共生，属风化淋滤残积、坡积成因类型。

矿床由10个钴土矿体组成。矿体形态不规则，在平面上受地形和风化壳控制明显，在剖面上呈薄层状或由红土层相隔的复合层状，倾向与山坡方向基本一致，倾角3°～12°，矿层上部常有1m左右（最厚5m）的红土覆盖，局部出露地表，矿层厚度一般在山脊和坡脚较薄，山脚较厚。钴平均品位1.63%。

用钴土矿生产氧化钴用钴土矿生产氧化钴的工艺，包括还原熔炼、焙烧、浸出、净化除杂、沉钴、焙解，简介如下：

（一）鼓风炉还原熔炼

钴土矿在水套鼓风炉进行还原熔炼过程中，各种金属按铜、镍、钴、铁的顺序依次还原，产出钴铁合金。为了减少钴的损失，炉渣酸度CaO：SiO2=0.7~0.8：1，产出低熔点渣，避免生成比重大的FeO·SiO2型炉渣。炉渣含钴一般控制在0.01%以下。并要求铁基本还原，硅尽量少还原。

熔炼产出的钴铁进行水淬，水淬时用压缩空气搅拌，使水淬后的钴铁呈多孔状，粒度在10毫米以下，以便于下一步处理。产出的钴铁成分一般为（%）：Co5.5~12，Fe65~80，Mn0.8~10，Cu1~2，Ni1~3等。鼓风炉采取连续放渣，间断出钴铁，熔炼富集比一般为1：15~20，钴回收率在80%以上。

（二）焙烧

还原熔炼产出的钴铁送氧化炉进行氧化焙烧，其目的是：

1.改变钴铁的金相结构；

2.使钴铁表面氧化，断口失去金属光泽。焙烧时炉温控制在750~850”C，焙烧时间延续5~8小时。

（三）硫酸漫出

焙烧好的钴铁在陶瓷滚筒浸出器中，用硫酸进行浸出。浸出开始酸度为5~6N，温度80~90℃。浸出至浸出液中的硫酸盐接近饱和为止，其酸度为0.1~0.2N。浸出液成分（克/升）：Co8~15，Fe80~110，Mn0.8~5，Ni0.6~5，铜微量。

浸出渣进行硝化处理，用硝酸、硫酸混合液进行再浸出，控制固液比=1：5，酸度由1.5N~0.1N。硝化处理产出的铜钴渣含铜8~15%、钴0.8~5.0%。可做为回收铜的原料。滚筒浸出钴的浸出率在98.5%以上。

（四）净化除杂

浸出后的硫酸盐溶液中，主要杂质是铁，而绝大部分铁系呈Fe++存在，故采用氧化中和法除铁。氧化剂是采用氯酸钠，再加纯碱中和至pH=3.5~4，生成黄色碱式硫酸铁沉淀，在除铁的同时，微量砷也一同被除掉。除杂时溶液温度控制在90℃左右，时间5~·6小时，要求除铁后液的钴铁比等于2000：1。除杂过程钴的损失约为1.5~4%。

（五）沉钴

除杂后的合格钴液，加亚硝酸钠和氯化钾在管道中进行沉钴，反应过程放出的气体，送吸收塔回收亚硝酸钠众所得亚硝酸钴钾进行洗涤和脱水。钴的沉淀回收率95~98%，沉钴后的母液含Ni0.5~5（克/升）、Co0.03~0.2（克/升），待下一步进行综合回收。

（六）焙解

亚硝酸钴钾在铁锅中加纯碱进行分解，焙解温度为200~300℃，时间2~3小时，使物料由黄色变成黑色浆状为止。焙解后的氧化钴再行洗涤、脱水、烘干粉碎，即得成品氧化钴。

整个工艺过程钴的总回收率55.8~72.2%3。