鐵渣中有價金屬鈷的綜合回收利用

曾 輝

(金川集團公司， 甘肅 金昌 737104)

鐵渣中有價金屬鈷的綜合回收利用

曾 輝

(金川集團公司， 甘肅 金昌 737104)

本文分析了鐵渣含鈷高的原因，通過鐵渣酸性洗滌，調(diào)整洗滌級數(shù)、pH值、溫度、洗酸比等技術條件，可以降低鐵渣含鈷，提高金屬直收率。

鐵渣洗滌； 含鈷鐵渣； 回收利用

0 前言

除鐵是濕法冶煉過程中一道很關鍵的工序。目前沉淀除鐵方法有黃鈉鐵礬法、針鐵礦法和赤鐵礦法。黃鈉鐵礬除鐵工藝流程短、投資費用低、操作簡單，是世界應用最廣泛的除鐵工藝[1]。

本廠鈷生產(chǎn)除鐵過程采用黃鈉鐵礬法。隨著鈷產(chǎn)品產(chǎn)能快速增長，外購原料數(shù)量大，鈷品位下降，雜質(zhì)Fe、Cu、Mn的含量增加，其中鐵含量升高最為明顯，鐵渣產(chǎn)出量大幅增加，渣含鈷升高，鐵渣成分和渣含鈷見表1、表2。

表1 鐵渣的化學成分分析結果 單位：%

表2 鐵渣含鈷統(tǒng)計表 單位：%

從上述結果可以看到，鐵渣含鈷2.5%～3.5%，目前這部分鈷隨鐵渣返回火法系統(tǒng)處理，鈷損失嚴重，回收率低。

1 鐵渣含鈷高的原因

原料中雜質(zhì)鐵含量的升高，造成除鐵過程反應時間長，除鐵負擔加重，渣量增大、渣含鈷升高，鈷的回收率降低。鐵渣含鈷高的原因主要有以下幾點：

(1)向溶液內(nèi)加入碳酸鈉時，少量鈷可能以碳酸鈷的形式被沉淀到鐵渣中。

(2)溶液鈷離子濃度較高，過濾時形成的溶液夾雜。

(3)共沉淀[2]。由于表面吸附作用，鐵渣沉淀表面的離子電荷未達到平衡，它們的殘余電荷吸引了溶液中帶相反電荷的離子。另外，由于鈷離子濃度較高，容易被吸附共沉淀。

(4)孿晶包裹[2]。鐵渣晶體在成長過程中，形成孿晶，并且由于速度較快，將一部分鈷離子包裹在內(nèi)。

(5)類質(zhì)同相[2]。在部分黃鈉鐵礬晶體的內(nèi)部結構中，本來完全由鐵占據(jù)的位置、部分地由鈷所占據(jù)，即少量的Na2Fe6(SO4)4(OH)12被Na2Co6(SO4)4(OH)12取代，共同形成均勻的﹑單一相的混合晶體。

2 降低鐵渣含鈷的方法

理論上，除以類質(zhì)同相形式存在于晶體內(nèi)部的鈷外，其余形式存在的鈷均可以通過合理的工藝洗脫下來。分析表明鐵渣內(nèi)以類質(zhì)同相形式存在的鈷量僅占0.02%左右，也就是說，鐵渣中99%的鈷可以洗脫。因此鐵渣綜合回收利用有價金屬鈷，就是采用簡單、有效、經(jīng)濟的鐵渣洗滌工藝，控制合適工藝條件，通過酸性洗滌打破非均勻結晶體釋放出鐵渣中夾雜的鈷，提高金屬直收率。

考察鐵渣洗滌過程的主要技術參數(shù)，包括洗滌級數(shù)、酸度、溫度和洗酸配比等。

2.1 洗滌級數(shù)對渣含鈷的影響

隨著鐵渣洗滌級數(shù)的增加，有價金屬的洗滌深度也相應提高。綜合鐵渣處理能力、設備配置及洗滌深度等因素，初步確定采用單級和兩級逆流洗滌，兩種洗滌方式見圖1、圖2。

圖1 單級兩次洗滌方式示意圖

圖2 兩級逆流洗滌方式示意圖

控制液固比2∶1(1 000 g∶2 L)、pH=2、漿化時間1 h、溫度65 ℃、HCl∶H2SO4=1∶2，分別進行2組試驗驗證其洗滌效果。兩種洗滌效果見表3、表4。

表3 單級二次洗滌試驗結果 單位：%

表4 兩級逆流洗滌試驗結果 單位：%

由表3、表4可知，兩級逆流洗滌效果優(yōu)于單級二次洗滌。由于兩級逆流洗滌過程洗水依次通過不同洗滌程度的鐵渣，因此兩級洗水的初始pH對洗滌的結果影響不大。在pH=2時，單級二次洗滌使鐵渣含Co降低到0.3%左右，鈷的反洗率約80%；兩級逆流洗滌可有效地洗脫鐵渣中的Co,使鐵渣含Co降低到0.5%左右，洗液含鈷可達15 g/L，含鐵小于3 g/L，鈷的反洗率達到94%，與單級洗滌相比提高近14%，而鐵的反洗率維持在10%左右，采用兩級逆流連續(xù)洗滌比單級多次洗滌洗水消耗量減少一半，因此兩級逆流連續(xù)洗滌效果明顯。

2.2 pH值對渣含鈷的影響

洗水酸度是影響鈷、鐵洗脫效率的最大因素，酸度高，洗滌效果好，同時大量鐵渣返溶進入生產(chǎn)系統(tǒng)，增加系統(tǒng)除鐵負擔和化工試劑消耗。單因素pH條件考察采用單級一次洗滌的方式，控制液固比2∶1(1 000 g∶2 L)、溫度65 ℃、漿化時間1 h，分別考查終點pH=2、3、4、5時的洗滌效果，實驗結果見表5。

表5 單因素pH值條件試驗結果 單位：%

由表5試驗結果可知：

(1)終點pH=2時，鈷、鐵反洗率同時達到最大，鈷的反洗率82.7%，鐵的反洗率8.23%。

(2)終點pH=3、4時，鈷的反洗率在60%以上，鐵的反洗率8%左右。

(3)終點pH=5時，鈷的反洗率太低，只有40%左右，回收鈷的效果太差。

因此，洗滌鐵渣控制終點pH=2較為合適。

2.3 溫度對渣含鈷的影響

在相同的時間下，溫度升高，能加快鈷洗滌脫除，洗滌鐵渣過濾性能好。單因素溫度條件采用單級一次洗滌的方式，控制液固比2∶1(1 000 g∶2 L)、pH=2、漿化時間1 h，分別考查溫度為40 ℃、50 ℃、60 ℃ 、70 ℃ 、80 ℃時的洗滌效果，見表6。

表6 單因素溫度條件試驗結果 單位：%

從表6知：(1)鈷的反洗率在40～60 ℃時是逐漸升高的，當溫度小于60 ℃，鈷的反洗率小于60%，溫度大于60 ℃，鈷的反洗率在65%左右。

(2)溫度對鐵的反洗率影響不大，基本在8%附近波動。

(3)60～70 ℃洗水含鈷達到最高，溫度大于70 ℃，洗水含鈷降低、含鐵升高。

因此，選擇最佳的洗滌溫度為60～70 ℃。

2.4 洗酸配比對渣含鈷的影響

洗酸配比條件試驗同樣是采用單級一次洗滌的方式，控制液固比2∶1(1 000 g∶2 L)、pH=2、漿化時間1 h、溫度65 ℃，分別考查HCl∶H2SO4=1∶1、1∶2、1∶3、1∶4時的洗滌效果，結果見表7。

表7 洗酸配比條件試驗結果 單位：%

3 半工業(yè)化試驗

半工業(yè)化研究在φ3 000×3 000機械攪拌槽中進行，主要目的是考察在工業(yè)化大型設備條件下鐵渣的洗滌過程與小試結果的相符性。采用與小試相同的技術條件，兩級逆流洗滌、液固比2∶1、終點pH=2、漿化時間1 h、溫度65 ℃、洗酸配比HCl∶H2SO4=1∶2。

圖3 鐵渣含鈷半工業(yè)化試驗數(shù)據(jù)

半工業(yè)化試驗結果與小試基本一致，兩級逆流洗滌鐵渣含鈷小于0.8%。

4 產(chǎn)業(yè)化應用

依據(jù)小試結果和半工業(yè)化中試平臺結論進行產(chǎn)業(yè)化全面推廣應用，設備配置2臺φ3 000×3 000機械攪拌槽，2臺100 m2全自動板框式壓濾機，直汽加溫，接入硫酸和鹽酸管道。產(chǎn)業(yè)化應用情況見圖4、圖5。

從圖4、圖5看到， 2011年洗后鐵渣含鈷波動范圍為0.58%～1.15%，隨著鐵渣洗滌技術條件和崗位操作掌握成熟，到2014年鐵渣含鈷穩(wěn)定在0.7%左右，按照實施后的渣含鈷水平計算，2014年6 700 t的鐵渣洗滌后可以減少約186 t的鈷損失。鐵渣洗滌效果顯著，鈷損失降低，回收率提高，洗滌后的鐵渣可以直接外付，無需再返回火法系統(tǒng)處理。

圖4 2011年鐵渣含鈷走勢圖

圖5 2014年鐵渣含鈷走勢圖

5 結束語

在漿化液固比2∶1、兩級逆流洗滌、洗滌終點pH=2、洗滌液溫度65 ℃、洗酸配比HCl∶H2SO4=1∶2時，鐵渣酸性洗滌效果好，洗滌鐵渣含鈷低于0.7%，是降低鐵渣中有價金屬含量簡單、有效的途徑，值得推廣應用。

[1] 袁芳沁，吳克明，丁倩倩，等. 濕法煉鋅除鐵工藝的現(xiàn)狀與展望[J]. 礦產(chǎn)綜合利用，2011(2).

[2] 黃禮煌.化學選礦:第2版[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，201-202.

Comprehensive Recovery and Utilization of Valuable Metal Cobalt in Iron Slag

ZENG Hui

In this paper, the reason of high cobalt content in iron slag is analyzed，through washing iron slag by acid, and adjusting stage of washing, pH value, temperature, acid wash ratio and other technical conditions, then the cobalt content in iron slag is reduced, and the metal yield is raised.

iron slag washing; cobalt-containing iron slag; recovery and utilization

2015-06-07

金川鈷系統(tǒng)擴能降耗技術改造項目原料預處理工程(2041009)是甘肅省重點項目

曾輝(1965—)，男，湖南常德人，冶金高級工程師，長期從事濕法冶金技術研究和設計工作。

X758

A

1008-5122(2015)06-0047-04