常压下钴白合金浸出工艺研究

王军龙 ， 梁浈晶 ， 单绍军,2*

(1.广东药科大学 医药化工学院 ， 广东 中山 528458 ； 2.广东省化妆品工程技术研究中心 ， 广东 中山 528458)

钴白合金是以钴、镍、铜、铁为主要成分的冶炼中间产品，是熔炼氧化钴矿和钴精矿的富铜产品之一[1]。钴白合金的成分基本为钴、铜、铁，其他元素的含量极低，通常钴量通常高达10%以上。作为非常短缺的资源，钴及其化合物在航空航天、机械、化工、陶瓷、通讯及电池等领域具有重要的用途，素有“工业味精”和“工业牙齿”之称。目前，中国已成为世界精炼钴的第二大消费国，但中国的钴资源非常稀缺，可利用的钴矿石资源较少，钴生产所需的绝大部分原料依赖于从南非、赞比亚和刚果(金)等国家进口[2-3]。

随着全球钴需求量的不断增长以及钴资源的日益枯竭，对钴白合金进行高效且低成本的开发处理对于满足钴的增长需求以及钴工业的发展有着重要的意义。当前对钴白合金处理回收钴的方法主要有火法-湿法结合工艺、常压湿法工艺、电化学溶解法和加压浸出工艺。这些方法回收钴的同时可以提取回收铜，开发和利用钴白金，同时也是对铜资源开发的促进。

其中，电化学处理方法无尾气产生，是一种对环境友好、高浸出率、低成本的高效处理铜钴合金块的方法，但工艺较复杂，条件难以控制。加压酸浸过程可以提高钴的浸出率，缩短反应时间，由于加压浸出产量小、对设备要求苛刻， 投资大，因此采用的厂家很少[4-7]。

本文以难处理的钴白合金为研究对象，研究了常压下酸性浸出时的浸出时间、浸出温度、液固比和硫酸浓度等因素对钴和铜浸出率的影响，从而为钴白合金浸出工艺提供合适的工艺条件。

1 实验部分

1.1 实验仪器与原料

原子吸收光谱仪，SP-3500 AAPC；电热恒温鼓风干燥箱；恒温磁力搅拌器；旋转蒸发仪等。

试验所用原料钴白合金由非洲进口，经过球磨机细磨并过筛74 μm(200目)，在烘箱中于105 ℃下干燥8 h。钴白合金的主要化学成分如下：25.7%钴、13.2%铜、42.7%铁、1.7%镍。

1.2 实验方法

将细磨后的钴白合金置于烧杯中，接着加入配制好的硫酸，在一定温度下持续鼓入空气，加热、搅拌一段时间。浸出完成后，过滤得到浸出液，浸出渣用水淋洗烘干，分析浸出液中钴和铜含量。

1.3 实验原理

钴白合金粉末在常压酸浸和溶液中溶解氧气的共同作用下 , 形成的金属氧化物与酸反应生成可溶性的硫酸盐。

2 结果与讨论

本文研究了常压下酸性浸出时的浸出时间、浸出温度、液固比和硫酸浓度等因素对钴和铜浸出率的影响。

2.1 浸出时间的影响

以硫酸为浸出介质，浸出温度为70 ℃，硫酸浓度为2.0 mol/L，液固比9∶1[液体体积(mL)与固体质量比(g)，下同]，鼓入空气进行浸出，考察了浸出时间对钴白合金的浸出效果，结果见表1。

表1 浸出时间的影响

从表1可以看出，随着浸出时间的延长，钴与铜浸出率呈增加趋势，但在时间超过6 h后的浸出率变化不大，综合考虑浸出时间选择6 h为宜。

2.2 浸出温度的影响

以硫酸为浸出介质，浸出时间为6 h，硫酸浓度为2.0 mol/L，液固比9∶1，鼓入空气进行浸出，考察了温度对钴白合金的浸出效果，结果见表2。

表2 浸出温度的影响

从表2可以看出，随着浸出温度的延长，钴与铜浸出率相应呈增加趋势，但在温度>70 ℃浸出率增加不大，综合考虑浸出温度选择70 ℃为宜。

2.3 液固比的影响

浸出温度为70 ℃，浸出时间为6 h，硫酸浓度为2.0 mol/L，鼓入空气进行浸出，考察了液固比对钴白合金的浸出效果，结果见表3。

表3 液固比的影响

从表3可以看出，随着液固比的增加，钴与铜浸出率也相应呈增加趋势，但在液固比>9∶1浸出率增加不大，综合考虑浸出液固比为9∶1较为合适。

2.4 硫酸浓度的影响

浸出温度为70 ℃，浸出时间为6 h，液固比9∶1，鼓入空气进行浸出，考察了硫酸浓度对钴白合金的浸出效果，结果见表4。

表4 硫酸浓度的影响

从表4可以看出，随着硫酸浓度的增加, 钴和镍的浸出率相应增加,特别是当硫酸浓度从0.5 mol/L升至2.0 mol/L时, 钴和镍的浸出率有明显增加,但当浓度升至2.0 mol/L 以上时,硫酸浓度对钴和镍的浸出率影响不明显。因此,选用硫酸的浓度为2.0 mol/L为宜。

3 结论

综上所述，采用常压氧化酸浸法从钴白合金中浸出钴、铜是可行的，此方法操作简单，金属浸出率较高，酸浸的最优条件为：浸出时间6 h，浸出温度70 ℃，液固比9∶1，硫酸浓度2.0 mol/L，此时钴的浸出率为88.7%，铜的浸出率为86.4%。