硫酸钴溶液析钴研究及生产实践

刘兴锋

摘 要：在工业生产技术不断进步的同时，金属资源储量不断减少，人类对自己生活的生态环境越来越重视，一次能源的高效利用已是大势所趋。本文总结从湿法炼锌过程所产生的二次含钴物料中提取钴，，对目前国内外回收现状进行概述，对试液进行溶液成分分析，分析漂水析钴原理，制定试验流程与方法，在实验中，进行动态模拟试验研究，分别控制氯碱比、温度、PH值、和漂水加入速度等来总结漂水析钴工艺最优实验条件。再对实验结果进行综合验证。实验结束后进行漂水析钴生产实践，简述生产过程、设备及实践结果分析，最后可得出结论，PH值在1.6-2.5，漂水加入速度为35升每分钟时，获得粗钴含量大于45%，钴回收率大于97.8%。希望本文对硫酸钴溶液析钴研究及生产实践提供参考。

关键词：析钴;漂水;硫酸钴溶液;生产实践

中图分类号：TF816 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）09-0222-02

0 前言

钴是稀缺难提取的重要金属资源，广泛应用于航空航天、电机电器、机械、化工、陶瓷和电池工业等领域。由于钴的特殊离子价健和离子活性，很难再自然中形成独立矿床。所以，含钴资源都应有效利用，锌冶金工业湿法和火法工艺都会得到含钴溶液，但溶液中杂质含量高，如何从这种高含量含钴溶液中提取钴已经成为研究热点。漂水析钴工艺是最近几年热门提取钴的技术，此方法具有钴的回收率高，操作简单，仪器损耗小，杂质分离更容易等优势。常规的实验流程通常将钴盐进行碱浸，加入硫酸制成硫酸钴溶液，然后对溶液进行萃取，去除杂质，加入盐酸转化为氯化钴溶液，最后煅烧得到氧化钴。本文通过对实验条件进行静态控制模拟，把高含量含杂质钴溶液进行漂水析钴研究，得到杂质含量低，品位高钴制品，并将实验方案用于工业生产，最终得到杂质含量低符合工业标准的粗氢氧化钴产品。

1 式样溶液元素分析研究

本文所用样品原料为湿法冶金中高氧化还原电位溶液沉淀出的粗氢氧化钴样品，其化学组成见表1。

由上表测试分析可看出，二次含钴物料经浸出中和及初步净化后，得到硫酸钴溶液，溶液中金属种类较多含有钴、锰、镍、铁、铜等、溶液成分较复杂。

2 实验机理分析

试液中由化学分析结果可知，试液中多数离子成低价状态，且发生沉淀时铁、锰、钴、镍等离子所需PH环境差别较小，所以不能通过水解沉淀法进行分离。只能对溶液进行处理，使溶液中离子进行氧化，金属离子变成高价态离子，水解所需pH环境差别很大，这时就可以用不同的pH沉淀分离不同金属。因此，氧化水解的顺序依次是铁离子，锰离子，钴离子，镍离子。

3 实验室研究

3.1 实验设备与试验药剂

实验室首先对硫酸钴溶液多元素分析，金属离子物相分析。实验试液500ml一次，试液筛选出不同浓度比。实验仪器设备主要包括温度计、数显酸度计、多用真空过滤机、电热鼓风干燥箱、分析筛、电子天平（称重）、搅拌器等。实验所需主要药剂有氢氧化钠500g、硫化钠500g、硫酸500ml、硝酸500ml、高氯酸500ml等。

3.2 温度对析钴影响的实验研究

首先取500ml含雜质硫酸钴样品，在固定转速为200转/分钟、时间为90分钟、氯碱比5：3，漂水加入速度为30升/分钟，氢氧化钠浓度为5mol/L，PH值开始为1.7，PH值终止值为3的实验条件下，考察温度对析钴的影响。实验初始温度设定值为20℃，温度梯度为5℃，分别做20℃-25℃、25℃-30℃，30-35℃、35-40℃、40-45℃、45-50℃、50-55℃、55-60℃、60-65℃、65-70℃、70-75℃共8组实验。

按照传统实验理论，温度越高时反应速度越快，沉淀中金属品味升高。由实验结果分析可知，最佳的析钴温度为70℃时，此刻母液中钴的含量小于0.16%，氢氧化钴的品味大于45%;当温度低于30℃时，析钴速度较慢，但其他金属离子的析出速度也会降低，而当温度大于30℃小于70℃时，析钴的品位与温度成正比。而温度大于70℃时，析钴的品位与温度成反比。大于70℃时原因分析：温度高使水分蒸发加快，溶液较为粘稠，不利于钴在溶液中的析出，在一定的时间内反而使之下降。所以在固定的析出条件内选择温度为70℃时为最佳析钴温度。

3.3 漂水加入速度对析钴影响的实验研究

首先取500ml含杂质硫酸钴样品，在固定转速为200转/分钟、时间为90分钟、氯碱比5：3，氢氧化钠浓度为5mol/L，试验温度控制在65-70℃，PH值开始为1.7，PH值终止值为3的实验条件下，考察漂水加入速度对析钴的影响。实验中漂水加入速度梯度为10升/分钟，速度设置分别为10-20升/分钟、20-30升/分钟、30-40升/分钟、40-50升/分钟共4组漂水加入速度影响析钴实验。

实验过程中伴有接触、扩散、吸附等物理反应，同时氢氧化钴的质量与漂水加入方式、加入速度都有直接的关系。本实验中漂水加入方式以柱状与喷雾散射状为主，当漂水以喷雾散射状加入时与溶液接触面积大，分散度好，析出氢氧化物质量高且漂水用量低。由实验结果分析可知：

当漂水加入速度为30-40升/分钟时，此刻母液中钴的含量小于0.16%，氢氧化钴的品味大于45%，为最佳漂水加入速度，但各种实验实验成果无显著差异，漂水加入速度虽对实验有一定影响，漂水加入速度越慢，溶液中氢氧化钴的品位越高，但从工业实际的角度出发，漂水加入速度为30升/分钟时为最佳选择，这样既可减少成本，还可提高效率。

3.4 PH值对析钴影响的实验研究

首先取500ml含杂质硫酸钴样品，在固定转速为200转/分钟、时间为90分钟、氯碱比5：3，氢氧化钠浓度为5mol/L，试验温度控制在65-70℃，漂水加入速度为30升/分钟的实验条件下，考察PH值对析钴的影响。根据不同金属氢氧化物的溶度积的差别，控制适宜的pH，可使溶液中的杂质金属离子与主体金属分离。