硫酸鈷溶液析鈷研究及生產(chǎn)實(shí)踐

劉興鋒

摘 要：在工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)不斷進(jìn)步的同時(shí)，金屬資源儲(chǔ)量不斷減少，人類對(duì)自己生活的生態(tài)環(huán)境越來越重視，一次能源的高效利用已是大勢所趨。本文總結(jié)從濕法煉鋅過程所產(chǎn)生的二次含鈷物料中提取鈷，，對(duì)目前國內(nèi)外回收現(xiàn)狀進(jìn)行概述，對(duì)試液進(jìn)行溶液成分分析，分析漂水析鈷原理，制定試驗(yàn)流程與方法，在實(shí)驗(yàn)中，進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬試驗(yàn)研究，分別控制氯堿比、溫度、PH值、和漂水加入速度等來總結(jié)漂水析鈷工藝最優(yōu)實(shí)驗(yàn)條件。再對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行漂水析鈷生產(chǎn)實(shí)踐，簡述生產(chǎn)過程、設(shè)備及實(shí)踐結(jié)果分析，最后可得出結(jié)論，PH值在1.6-2.5，漂水加入速度為35升每分鐘時(shí)，獲得粗鈷含量大于45%，鈷回收率大于97.8%。希望本文對(duì)硫酸鈷溶液析鈷研究及生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：析鈷;漂水;硫酸鈷溶液;生產(chǎn)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：TF816 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）09-0222-02

0 前言

鈷是稀缺難提取的重要金屬資源，廣泛應(yīng)用于航空航天、電機(jī)電器、機(jī)械、化工、陶瓷和電池工業(yè)等領(lǐng)域。由于鈷的特殊離子價(jià)健和離子活性，很難再自然中形成獨(dú)立礦床。所以，含鈷資源都應(yīng)有效利用，鋅冶金工業(yè)濕法和火法工藝都會(huì)得到含鈷溶液，但溶液中雜質(zhì)含量高，如何從這種高含量含鈷溶液中提取鈷已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。漂水析鈷工藝是最近幾年熱門提取鈷的技術(shù)，此方法具有鈷的回收率高，操作簡單，儀器損耗小，雜質(zhì)分離更容易等優(yōu)勢。常規(guī)的實(shí)驗(yàn)流程通常將鈷鹽進(jìn)行堿浸，加入硫酸制成硫酸鈷溶液，然后對(duì)溶液進(jìn)行萃取，去除雜質(zhì)，加入鹽酸轉(zhuǎn)化為氯化鈷溶液，最后煅燒得到氧化鈷。本文通過對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行靜態(tài)控制模擬，把高含量含雜質(zhì)鈷溶液進(jìn)行漂水析鈷研究，得到雜質(zhì)含量低，品位高鈷制品，并將實(shí)驗(yàn)方案用于工業(yè)生產(chǎn)，最終得到雜質(zhì)含量低符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的粗氫氧化鈷產(chǎn)品。

1 式樣溶液元素分析研究

本文所用樣品原料為濕法冶金中高氧化還原電位溶液沉淀出的粗氫氧化鈷樣品，其化學(xué)組成見表1。

由上表測試分析可看出，二次含鈷物料經(jīng)浸出中和及初步凈化后，得到硫酸鈷溶液，溶液中金屬種類較多含有鈷、錳、鎳、鐵、銅等、溶液成分較復(fù)雜。

2 實(shí)驗(yàn)機(jī)理分析

試液中由化學(xué)分析結(jié)果可知，試液中多數(shù)離子成低價(jià)狀態(tài)，且發(fā)生沉淀時(shí)鐵、錳、鈷、鎳等離子所需PH環(huán)境差別較小，所以不能通過水解沉淀法進(jìn)行分離。只能對(duì)溶液進(jìn)行處理，使溶液中離子進(jìn)行氧化，金屬離子變成高價(jià)態(tài)離子，水解所需pH環(huán)境差別很大，這時(shí)就可以用不同的pH沉淀分離不同金屬。因此，氧化水解的順序依次是鐵離子，錳離子，鈷離子，鎳離子。

3 實(shí)驗(yàn)室研究

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)藥劑

實(shí)驗(yàn)室首先對(duì)硫酸鈷溶液多元素分析，金屬離子物相分析。實(shí)驗(yàn)試液500ml一次，試液篩選出不同濃度比。實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備主要包括溫度計(jì)、數(shù)顯酸度計(jì)、多用真空過濾機(jī)、電熱鼓風(fēng)干燥箱、分析篩、電子天平（稱重）、攪拌器等。實(shí)驗(yàn)所需主要藥劑有氫氧化鈉500g、硫化鈉500g、硫酸500ml、硝酸500ml、高氯酸500ml等。

3.2 溫度對(duì)析鈷影響的實(shí)驗(yàn)研究

首先取500ml含雜質(zhì)硫酸鈷樣品，在固定轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘、時(shí)間為90分鐘、氯堿比5：3，漂水加入速度為30升/分鐘，氫氧化鈉濃度為5mol/L，PH值開始為1.7，PH值終止值為3的實(shí)驗(yàn)條件下，考察溫度對(duì)析鈷的影響。實(shí)驗(yàn)初始溫度設(shè)定值為20℃，溫度梯度為5℃，分別做20℃-25℃、25℃-30℃，30-35℃、35-40℃、40-45℃、45-50℃、50-55℃、55-60℃、60-65℃、65-70℃、70-75℃共8組實(shí)驗(yàn)。

按照傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)理論，溫度越高時(shí)反應(yīng)速度越快，沉淀中金屬品味升高。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，最佳的析鈷溫度為70℃時(shí)，此刻母液中鈷的含量小于0.16%，氫氧化鈷的品味大于45%;當(dāng)溫度低于30℃時(shí)，析鈷速度較慢，但其他金屬離子的析出速度也會(huì)降低，而當(dāng)溫度大于30℃小于70℃時(shí)，析鈷的品位與溫度成正比。而溫度大于70℃時(shí)，析鈷的品位與溫度成反比。大于70℃時(shí)原因分析：溫度高使水分蒸發(fā)加快，溶液較為粘稠，不利于鈷在溶液中的析出，在一定的時(shí)間內(nèi)反而使之下降。所以在固定的析出條件內(nèi)選擇溫度為70℃時(shí)為最佳析鈷溫度。

3.3 漂水加入速度對(duì)析鈷影響的實(shí)驗(yàn)研究

首先取500ml含雜質(zhì)硫酸鈷樣品，在固定轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘、時(shí)間為90分鐘、氯堿比5：3，氫氧化鈉濃度為5mol/L，試驗(yàn)溫度控制在65-70℃，PH值開始為1.7，PH值終止值為3的實(shí)驗(yàn)條件下，考察漂水加入速度對(duì)析鈷的影響。實(shí)驗(yàn)中漂水加入速度梯度為10升/分鐘，速度設(shè)置分別為10-20升/分鐘、20-30升/分鐘、30-40升/分鐘、40-50升/分鐘共4組漂水加入速度影響析鈷實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)過程中伴有接觸、擴(kuò)散、吸附等物理反應(yīng)，同時(shí)氫氧化鈷的質(zhì)量與漂水加入方式、加入速度都有直接的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)中漂水加入方式以柱狀與噴霧散射狀為主，當(dāng)漂水以噴霧散射狀加入時(shí)與溶液接觸面積大，分散度好，析出氫氧化物質(zhì)量高且漂水用量低。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知：

當(dāng)漂水加入速度為30-40升/分鐘時(shí)，此刻母液中鈷的含量小于0.16%，氫氧化鈷的品味大于45%，為最佳漂水加入速度，但各種實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)成果無顯著差異，漂水加入速度雖對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定影響，漂水加入速度越慢，溶液中氫氧化鈷的品位越高，但從工業(yè)實(shí)際的角度出發(fā)，漂水加入速度為30升/分鐘時(shí)為最佳選擇，這樣既可減少成本，還可提高效率。

3.4 PH值對(duì)析鈷影響的實(shí)驗(yàn)研究

首先取500ml含雜質(zhì)硫酸鈷樣品，在固定轉(zhuǎn)速為200轉(zhuǎn)/分鐘、時(shí)間為90分鐘、氯堿比5：3，氫氧化鈉濃度為5mol/L，試驗(yàn)溫度控制在65-70℃，漂水加入速度為30升/分鐘的實(shí)驗(yàn)條件下，考察PH值對(duì)析鈷的影響。根據(jù)不同金屬氫氧化物的溶度積的差別，控制適宜的pH，可使溶液中的雜質(zhì)金屬離子與主體金屬分離。