常壓下鈷白合金浸出工藝研究

王軍龍 ， 梁湞晶 ， 單紹軍,2*

(1.廣東藥科大學(xué) 醫(yī)藥化工學(xué)院 ， 廣東 中山 528458 ； 2.廣東省化妝品工程技術(shù)研究中心 ， 廣東 中山 528458)

鈷白合金是以鈷、鎳、銅、鐵為主要成分的冶煉中間產(chǎn)品，是熔煉氧化鈷礦和鈷精礦的富銅產(chǎn)品之一[1]。鈷白合金的成分基本為鈷、銅、鐵，其他元素的含量極低，通常鈷量通常高達(dá)10%以上。作為非常短缺的資源，鈷及其化合物在航空航天、機(jī)械、化工、陶瓷、通訊及電池等領(lǐng)域具有重要的用途，素有“工業(yè)味精”和“工業(yè)牙齒”之稱(chēng)。目前，中國(guó)已成為世界精煉鈷的第二大消費(fèi)國(guó)，但中國(guó)的鈷資源非常稀缺，可利用的鈷礦石資源較少，鈷生產(chǎn)所需的絕大部分原料依賴(lài)于從南非、贊比亞和剛果(金)等國(guó)家進(jìn)口[2-3]。

隨著全球鈷需求量的不斷增長(zhǎng)以及鈷資源的日益枯竭，對(duì)鈷白合金進(jìn)行高效且低成本的開(kāi)發(fā)處理對(duì)于滿(mǎn)足鈷的增長(zhǎng)需求以及鈷工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。當(dāng)前對(duì)鈷白合金處理回收鈷的方法主要有火法-濕法結(jié)合工藝、常壓濕法工藝、電化學(xué)溶解法和加壓浸出工藝。這些方法回收鈷的同時(shí)可以提取回收銅，開(kāi)發(fā)和利用鈷白金，同時(shí)也是對(duì)銅資源開(kāi)發(fā)的促進(jìn)。

其中，電化學(xué)處理方法無(wú)尾氣產(chǎn)生，是一種對(duì)環(huán)境友好、高浸出率、低成本的高效處理銅鈷合金塊的方法，但工藝較復(fù)雜，條件難以控制。加壓酸浸過(guò)程可以提高鈷的浸出率，縮短反應(yīng)時(shí)間，由于加壓浸出產(chǎn)量小、對(duì)設(shè)備要求苛刻， 投資大，因此采用的廠(chǎng)家很少[4-7]。

本文以難處理的鈷白合金為研究對(duì)象，研究了常壓下酸性浸出時(shí)的浸出時(shí)間、浸出溫度、液固比和硫酸濃度等因素對(duì)鈷和銅浸出率的影響，從而為鈷白合金浸出工藝提供合適的工藝條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與原料

原子吸收光譜儀，SP-3500 AAPC；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；恒溫磁力攪拌器；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀等。

試驗(yàn)所用原料鈷白合金由非洲進(jìn)口，經(jīng)過(guò)球磨機(jī)細(xì)磨并過(guò)篩74 μm(200目)，在烘箱中于105 ℃下干燥8 h。鈷白合金的主要化學(xué)成分如下：25.7%鈷、13.2%銅、42.7%鐵、1.7%鎳。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

將細(xì)磨后的鈷白合金置于燒杯中，接著加入配制好的硫酸，在一定溫度下持續(xù)鼓入空氣，加熱、攪拌一段時(shí)間。浸出完成后，過(guò)濾得到浸出液，浸出渣用水淋洗烘干，分析浸出液中鈷和銅含量。

1.3 實(shí)驗(yàn)原理

鈷白合金粉末在常壓酸浸和溶液中溶解氧氣的共同作用下 , 形成的金屬氧化物與酸反應(yīng)生成可溶性的硫酸鹽。

2 結(jié)果與討論

本文研究了常壓下酸性浸出時(shí)的浸出時(shí)間、浸出溫度、液固比和硫酸濃度等因素對(duì)鈷和銅浸出率的影響。

2.1 浸出時(shí)間的影響

以硫酸為浸出介質(zhì)，浸出溫度為70 ℃，硫酸濃度為2.0 mol/L，液固比9∶1[液體體積(mL)與固體質(zhì)量比(g)，下同]，鼓入空氣進(jìn)行浸出，考察了浸出時(shí)間對(duì)鈷白合金的浸出效果，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 浸出時(shí)間的影響

從表1可以看出，隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，鈷與銅浸出率呈增加趨勢(shì)，但在時(shí)間超過(guò)6 h后的浸出率變化不大，綜合考慮浸出時(shí)間選擇6 h為宜。

2.2 浸出溫度的影響

以硫酸為浸出介質(zhì)，浸出時(shí)間為6 h，硫酸濃度為2.0 mol/L，液固比9∶1，鼓入空氣進(jìn)行浸出，考察了溫度對(duì)鈷白合金的浸出效果，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 浸出溫度的影響

從表2可以看出，隨著浸出溫度的延長(zhǎng)，鈷與銅浸出率相應(yīng)呈增加趨勢(shì)，但在溫度>70 ℃浸出率增加不大，綜合考慮浸出溫度選擇70 ℃為宜。

2.3 液固比的影響

浸出溫度為70 ℃，浸出時(shí)間為6 h，硫酸濃度為2.0 mol/L，鼓入空氣進(jìn)行浸出，考察了液固比對(duì)鈷白合金的浸出效果，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 液固比的影響

從表3可以看出，隨著液固比的增加，鈷與銅浸出率也相應(yīng)呈增加趨勢(shì)，但在液固比>9∶1浸出率增加不大，綜合考慮浸出液固比為9∶1較為合適。

2.4 硫酸濃度的影響

浸出溫度為70 ℃，浸出時(shí)間為6 h，液固比9∶1，鼓入空氣進(jìn)行浸出，考察了硫酸濃度對(duì)鈷白合金的浸出效果，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 硫酸濃度的影響

從表4可以看出，隨著硫酸濃度的增加, 鈷和鎳的浸出率相應(yīng)增加,特別是當(dāng)硫酸濃度從0.5 mol/L升至2.0 mol/L時(shí), 鈷和鎳的浸出率有明顯增加,但當(dāng)濃度升至2.0 mol/L 以上時(shí),硫酸濃度對(duì)鈷和鎳的浸出率影響不明顯。因此,選用硫酸的濃度為2.0 mol/L為宜。

3 結(jié)論

綜上所述，采用常壓氧化酸浸法從鈷白合金中浸出鈷、銅是可行的，此方法操作簡(jiǎn)單，金屬浸出率較高，酸浸的最優(yōu)條件為：浸出時(shí)間6 h，浸出溫度70 ℃，液固比9∶1，硫酸濃度2.0 mol/L，此時(shí)鈷的浸出率為88.7%，銅的浸出率為86.4%。