從凈化鈷渣中富集Co的工藝研究*

任 婷，牟興兵，施輝獻，莊曉東，袁 野，徐慶鑫

（昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031）

鈷是新能源電池材料、電子設備、超級耐熱合金、催化劑的重要原料，廣泛應用于航天、醫(yī)療、化工、生物等領域[1-3]。我國的鈷資源含量較為匱乏，但也是鈷消費大國。除了鈷冶煉以獲得精煉鈷之外，從各種二次廢料中回收鈷等有價金屬尤為重要[4-6]。其中，濕法煉鋅在凈化階段產(chǎn)生的凈化鈷渣是重要的富含鈷資源的二次固廢，從中回收鈷資源不僅可以補充鈷元素的來源、同時提升企業(yè)的經(jīng)濟效益。

云南某冶煉廠在鋅冶煉的凈化階段使用有機沉鈷試劑，產(chǎn)生的凈化鈷渣會選擇堆存和外售，但在堆存過程中有環(huán)境污染的隱患，同時鈷、鋅等有價金屬被浪費，凈化鈷渣品位較低，外售價格較低。為了提高凈化鈷渣中鈷的品位，有必要開發(fā)一種經(jīng)濟有效的鈷渣富集工藝。

1 試驗

1.1 原料及設備

試驗中使用的原料來自于某冶煉廠凈化車間除鈷段后產(chǎn)生的凈化鈷渣，呈黃綠色，其主要成分見表1。

表1 凈化鈷渣的主要元素分析結果Tab.1 Main element analysis results of purified cobalt slag %

試驗試劑主要有分析純濃硫酸、分析純氫氧化鈉，設備主要有恒溫水浴鍋、循環(huán)水真空泵、馬弗爐、鼓風干燥箱、電子天平等。

1.2 試驗方法

凈化鈷渣中的Zn主要以硫酸鋅形式存在，Cd、Fe主要以硫酸鹽和硫化物存在，F(xiàn)e同時還以針鐵礦形式存在，酸浸過程中可以將部分Zn、Cd和Fe溶出進入溶液，可以將酸浸溶液返回到鋅冶煉系統(tǒng)回收鋅，而Co、Si則留在渣中，為了實現(xiàn)脫Si，可以使用堿浸浸出，Co的存在形式是高價鈷與有機凈化劑形成的配合物，在常規(guī)條件下很難浸出，在焙燒過程中將凈化鈷渣中的有機物燃燒除去，大部分的鈷則留在焙砂中。

2 試驗結果及討論

2.1 酸浸實驗

2.1.1 酸度的影響

不同硫酸濃度對凈化鈷渣中鋅、鈷元素的浸出率的影響結果如圖1所示。試驗條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，硫酸濃度分別為40 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L、120 g/L，溫度60℃，時間2 h，液固比10∶1。從圖1可以看出，Zn的浸出率隨著硫酸濃度的提升變化較小，但Zn的浸出率都可以達到90%以上，在硫酸濃度為100 g/L時Zn的浸出率可以達到97.7%。Co的浸出率隨著硫酸濃度的升高而增加，但酸度過高會導致Co的浸出率大幅提升，綜合考慮到Zn、Co的浸出分離效果，確定100 g/L為最佳硫酸濃度。

圖1 酸度對浸出率的影響Fig.1 Effect of acidity on leaching rate

2.1.2 浸出溫度的影響

不同浸出溫度對凈化鈷渣中鎳鈷浸出率的影響結果如圖2所示。試驗條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，溫度分別為20℃、40℃、60℃、80℃，酸度100 g/L，時間2 h，液固比10∶1。由圖2可知，隨著浸出溫度的升高，Zn的浸出率先大幅提升然后小幅提高，浸出率從溫度20℃的73.59%升高至60℃的97.7%，Co的浸出率呈增長狀態(tài)。溫度增加到80℃時，Zn、Co的浸出率只有很小幅的增加，溫度越高，浸出率也會越高，但能耗隨之增加，綜合考慮，能耗與Zn、Co的分離效果，選擇60℃為最佳浸出溫度。

圖2 溫度對浸出率的影響Fig.2 Effect of temperature on leaching rate

2.1.3 浸出時間的影響

不同浸出時間對凈化鈷渣中鎳鈷浸出率的影響結果如圖3所示。試驗條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，時間分別為1 h、2 h、3 h、4 h，硫酸濃度100 g/L，溫度60℃，液固比10∶1。從圖3可以看出，隨著浸出時間的增加，Zn、Co的浸出率都在增加。當浸出試驗進行到2 h時，Zn、Co的浸出率分別達到97.7%和10.29%。相比于浸出時間的增加，Zn和Co的浸出率僅有小幅的增加，綜上所述，浸出時間為2 h時最有利于Zn、Co的分離浸出。

圖3 時間對浸出率的影響Fig.3 Effect of time on leaching rate

根據(jù)上述的試驗結果，可以確定凈化鈷渣的最佳工藝條件為硫酸濃度為100 g/L、浸出溫度60℃、浸出時間2 h、液固比10∶1，Zn、Co的分離效果較好。

2.2 堿浸試驗

由于凈化鈷渣中硅含量較高，在酸浸過程中，SiO2仍留在渣中，為了提升最終含鈷焙砂中Co的含量，進行堿浸脫硅試驗。試驗條件為取酸浸后的凈化鈷渣50 g、置于燒杯中，氫氧化鈉濃度分別為 40 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L，溫度 80℃，堿浸時間為60 min、液固比10∶1，堿浸濃度對酸浸鈷渣的影響試驗結果見圖4。如圖4所示，堿浸濃度為80 g/L，脫硅率最大，可以達到98.34%，再次提高堿度，硅的脫除率反而有小幅的降低。綜合考慮，確定堿度為80 g/L為宜。

圖4 堿浸濃度對浸出率的影響Fig.4 Effect of alkaline leaching concentration on leaching rate

對于酸浸后凈化鈷渣進行堿浸脫硅，在溫度80℃、氫氧化鈉濃度80 g/L、堿浸時間60 min、液固比10∶1的條件下，脫硅率達到98.34%。

2.3 焙燒試驗

在焙燒過程中可以將凈化鈷渣中的有機物燃燒除去，鈷元素會留在焙砂中。將堿浸后的鈷渣進行焙燒試驗，焙燒試驗條件為溫度800℃、升溫2 h、保溫2 h，冷卻到室溫取出即可。將含鈷焙砂進行測試得到以下結果，其組分如表2所示。從表2中可以看出，含鈷焙砂中鈷的含量可以達到61.77%，綜合來看，該工藝流程簡單，金屬富集效果較好。

表2 含鈷焙砂組分分析結果Tab.2 Composition analysis results of cobalt-bearing calcining %

3 結語

1） 在硫酸濃度100 g/L、浸出溫度60℃、浸出時間2 h、液固比10∶1的條件下，Zn、Co的分離效果較好，同時酸浸溶液可以返回鋅冶煉系統(tǒng)進一步進行鋅的回收；

2）為了脫除酸浸凈化鈷渣中的硅，對其進行堿浸脫硅，在溫度80℃、氫氧化鈉濃度80 g/L、堿浸時間60 min、液固比10∶1的條件下，脫硅率達到98.34%；

3） 為了進一步提高鈷的品位，進行焙燒試驗，在溫度800℃、升溫2 h、保溫2 h，鈷的含量可以達到61.77%。