濕法煉鋅二次凈化渣鈷元素富集的研究

寇文利， 周 璽， 郭 寧

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試驗研究

濕法煉鋅二次凈化渣鈷元素富集的研究

寇文利， 周 璽， 郭 寧

進行了濕法煉鋅二次凈化渣中鈷元素富集的試驗研究，二次凈化渣通過水洗- 酸洗- 酸浸- 除銅鎘- 除鐵錳- 沉鈷，實現鈷的富集，最終鈷渣含鈷17.4%。

濕法煉鋅； 二次凈化渣； 鈷富集

某企業(yè)采用濕法煉鋅工藝生產，鋅精礦(ZnS)經沸騰焙燒產出ZnO焙砂，ZnO焙砂浸出得到Zn含量130～170 g/L的浸出液，浸出液經凈化后送電解工序。浸出液凈化包括：①鋅粉置換除去Cu2+、Cd2+、Ni2+、As3+、Sb3+,得到一次凈化液；②一次凈化液中加入銻鹽作為活化劑，鈷被鋅粉置換除去，得到二次凈化液和二次凈化渣；③二次凈化液再經鋅粉置換，進一步除去雜質離子。由于凈化產生的二次凈化渣含鈷較高，故對其中鈷元素的富集進行研究，將二次凈化渣進行水洗—酸洗—浸出—鋅粉置換—除鐵除錳—氧化沉鈷，鈷富集于渣中。該方法為濕法煉鋅鈷的回收提供了一個新的思路，也為二次凈化渣的有效處理開辟了新的途徑。

1 試驗部分

1.1 試劑原料

二次凈化渣來自某企業(yè)，組成見表1。主要試劑有：98%濃硫酸，99%鋅粉，30%H2O2，98% KMnO4，90%(NH4)2S2O8。

1.2 試驗方法

(1)水洗。二次凈化渣研碎，按液固比0.5～2∶1加入水，放置48 h，抽濾，濾餅即為水洗渣。

表1 二次凈化渣組成 %

水洗的目的是洗去二凈渣中的可溶性雜質，主要是金屬硫酸鹽。

(2)酸洗。按體積比H2SO4∶H2O=1∶3配制稀硫酸備用。加1 500 g水洗渣于4 L水中，常溫攪拌下緩慢加入配置好的稀硫酸，過程pH值控制在4.0～4.5之間。

酸洗的目的是洗去二次凈化渣中的金屬氧化物，主要是ZnO。控制pH值是為了避免鈷進入溶液。反應方程式為：

(1)

(3)鈷的浸出。配制稀硫酸4 L，其中H2SO4含量120 g/L。在50 ℃攪拌條件下向稀硫酸中緩慢加入酸洗渣，直至pH值在5.0～5.4，抽濾得到浸出液。

該操作的目的是使鈷盡可能地浸出。反應方程式為：

(2)

(4)除銅鎘。將鈷浸出液加熱至50 ℃，攪拌條件下按理論量的2～5倍加入鋅粉，攪拌1 h后抽濾，得到置換后液。

加入鋅粉的目的是置換除去浸出液中的銅和鎘。反應方程式為：

(3)

(4)

(5)除鐵錳。將置換后液加熱至50 ℃，先按理論量的2～5倍加入H2O2，再按理論量的2～5倍加KMnO4除去錳。過程中不斷加入稀氫氧化鈉溶液，調節(jié)溶液pH值在5.0～5.4之間，攪拌3h后過濾，得到除鐵錳后液。

除鐵錳放在同一步是為了降低工藝成本。調節(jié)pH值使溶液保持弱酸性，鐵錳沉積能夠順利進行。該項操作溫度不宜過高，否則H2O2分解且沉淀的鐵返溶。反應方程式為：

(5)

(6)

(7)

(6)氧化沉鈷。將除鐵錳后液加熱至90 ℃，按理論量的2～5倍加(NH4)2S2O8，攪拌3 h后抽濾，濾餅即為鈷渣。過程中不斷加入稀氫氧化鈉溶液，控制溶液pH值在5.0～5.4之間。

該過程將鈷富集在渣中，較高的溫度和弱堿性環(huán)境可促進Co2+氧化沉積。反應方程式為：

(8)

(9)

2 結果與討論

2.1 水洗

分別按液固比0.5∶1、1∶1、1.5∶1、2∶1向二次凈化渣中加水，浸泡抽濾，二次凈化渣的失重率分別為7.1%、9.5%、11.0%和11.1%，可見用1.5倍量的水即可基本洗去二次凈化渣中的可溶性雜質。

2.2 酸洗

水洗渣的成分為(%)：Zn 54.50、Co 1.43、Cd 5.16、Cu 1.89、Fe 0.42、Mn 0.41、H2O 21.33，水洗渣加入稀硫酸進行酸洗，稀硫酸加入量對酸洗效果的影響如表2所示。

加入的酸量越大，渣中的金屬氧化物越少，溶液的pH值很難控制在4.0～4.5之間，將會有部分鈷被浸出。由表2可以看出，加酸量為800 mL時，渣中的金屬氧化物殘留量已較少，且只有少量鈷損失，故稀硫酸加入量800 mL較佳。

這一步也洗去了水洗未去除的部分雜質(主要是ZnSO4)。

表2 稀硫酸加入量對酸洗效果的影響

2.3 鈷的浸出

酸洗渣的成分為(%)：Zn 35.67、Co 1.78、Cd 6.45、Cu 2.26、Fe 0.51、Mn 0.42、H2O 22.34。用稀硫酸浸出酸洗渣，測得浸出液的成分為(g/L)：Zn 40.67、Co 1.86、Cd 7.33、Cu 0.007 4、Fe 0.54、Mn 0.27。經計算，鈷的浸出率為90.86%。

2.4 除銅鎘

向浸出液中加入鋅粉除銅鎘，鋅粉加入量對除銅鎘效果的影響如表3所示。

表3 鋅粉加入量對除銅鎘效果的影響

可以看出，當加入鋅粉量為理論量的3倍時，銅鎘已基本從浸出液中除去。

2.5 除鐵錳

除銅鎘后液的成分為(g/L)：Zn 40.87、Co 1.86、Cd 0.005 9、Cu 0.000 27、Fe 0.54、Mn 0.26，加入H2O2和KMnO4除鐵錳，H2O2和KMnO4加入量對除鐵錳效果的影響如表4和表5所示。

表4 H2O2加入量對除鐵效果的影響

表5 KMnO4加入量對除錳效果的影響

當加入H2O2量為理論量的3倍、加入KMnO4量為理論量的4倍時，鐵已基本除去，錳也僅有少量殘余。

2.6 氧化沉鈷

除鐵錳后溶液的成分為(g/L)：Zn 40.72、Co 1.83、Cd 0.005 9、Cu 0.000 27、Fe 0.001 4、Mn 0.020，加入(NH4)2S2O8氧化沉鈷，(NH4)2S2O8加入量對沉積鈷效果的影響如表6所示。

表6 (NH4)2S2O8加入量對沉鈷效果的影響

可以看出，當加入的(NH4)2S2O8量為理論量的3倍時，鈷已基本沉積完全，沉積率可達99.6%。經檢測，鈷渣含Zn 37.2%、Co 17.4%、H2O 20.3%。經計算，鈷的回收率為87.1%。

3 輔材單耗

該工藝的輔材成本估算見表7。

可以看出，每產出1 t鈷渣所需輔材的成本估算值為3 482元。

4 結論

表7 輔材成本估算表(t鈷渣)

由于銅、鎘、鐵、錳等會對鈷回收產生不利影響，故本試驗盡量避免這些元素進入鈷渣中。對二次凈化渣中鈷元素富集進行研究，得出以下結論：

(1)用1.5倍量的水即可基本洗去二次凈化渣中的可溶性雜質。

(2)用適量的濃硫酸可洗去水洗渣中大量的金屬氧化物。

(3)當加入鋅粉量為理論量的3倍時，銅鎘可基本從浸出液中除去。

(4)當加入H2O2量為理論量的3倍，加入KMnO4量為理論量的4倍時，鐵錳可基本除去。

(5)當加入(NH4)2S2O8量為理論量的3倍時，鈷的沉積率最高，可得到鈷含量達17.4%的鈷渣。

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(陜西鋅業(yè)有限公司, 陜西 商洛 726007)

Research of cobalt enrichment from secondary purification residue in zinc hydrometallurgy

KOU Wen-li, ZHOU Xi, GUO Ning

Cobalt enrichment from secondary purification residue in zinc hydrometallurgy has been researched. The secondary purification residue was treated by water washing - acid washing - acid leaching - copper and cadmium removing - iron and manganese removing - cobalt precipitation, the cobalt was enriched and the final residue cobalt content reached to 17.4%.

zinc hydrometallurgy； secondary purification residue； cobalt enrichment

寇文利(1974—)，女，陜西商洛人，大專學歷，工程師，從事化工冶煉工作。

2015- 01- 30

2015- 07- 17

X756； TF813

B

1672- 6103(2015)06- 0065- 03