用純堿沉淀轉化法從草酸鈷廢料中回收鈷

柳 濤，張小劉

（荊門市格林美新材料有限公司，湖北 荊門 448124）

金屬鈷是一種重要的戰略資源［1－3］，其主要是通過分類拆解、分離提純、液相合成及高溫熱處理等方法從廢棄鎳鈷資源中獲得。草酸鈷是制備超細鈷粉的主要原料，但在草酸鈷制備過程中往往因為工藝技術原因而產生大量草酸鈷廢料，通常情況下，這些草酸鈷廢料的回收工藝復雜，鈷回收率不高［4－5］。試驗研究了在草酸鈷廢料液中加入純堿，通過直接沉淀轉化將草酸鈷轉化成碳酸鈷，再用酸浸出碳酸鈷。

1 試驗部分

1．1 試驗試劑與儀器

試驗試劑主要有純堿、濃硫酸，均為分析純；草酸鈷廢料，由荊門格林美新材料有限公司提供，鈷金屬質量分數為32．5%。

試驗主要儀器有恒溫水浴鍋、鼓風干燥箱、原子吸收分光光度計。

1．2 試驗原理

向溶液中引入碳酸鹽時，極易促進（3）式平衡右移，草酸鈷向碳酸鈷轉化［6－9］。

1．3 試驗流程

試驗工藝流程如圖1所示。

圖1 試驗工藝流程

1．4 試驗步驟

取50g草酸鈷廢料，加入200～500mL水，再加入36～50g純堿，升溫至60～90℃，反應0．5～2h后過濾，得到濾液1和濾渣1。1）首先取濾液1滴加濃硫酸使pH至1．5～2．0，靜置1h后過濾得濾液2和濾渣2；濾渣2烘干、稱重。2）濾渣1烘干、稱重，放入燒杯中，加入適量水，然后滴加適量硫酸，升溫至40℃后反應1h，過濾得濾液3和濾渣3；濾渣3在110℃下烘干、稱重。最后分別對濾液2、3，濾渣2、3進行鈷金屬量平衡計算。

鈷金屬浸出率＝濾液3中鈷金屬質量／草酸鈷廢料中鈷金屬質量。

2 試驗結果與討論

2．1 反應溫度對鈷浸出率的影響

在初始投料液固體積質量比8∶1、純堿與草酸鈷廢料的物質的量比1．2∶1、反應時間2h條件下，考察溫度對鈷浸出率的影響，試驗結果如圖2所示。

圖2 反應溫度對鈷浸出率的影響

從圖2看出，溫度對鈷浸出率影響較大：溫度為80℃以下時，鈷浸出率隨溫度升高而增大；溫度超過80℃，鈷浸出率變化不大。最終確定溫度以80℃為宜。

2．2 初始投料液固體積質量比對鈷浸出率的影響

控制純堿與草酸鈷物質的量比為1．2∶1，溫度為80℃，反應時間為2h。初始投料液固體積質量比對鈷浸出率的影響試驗結果如圖3所示。

圖3 初始投料液固體積質量比對鈷浸出率的影響

由圖3看出，初始投料液固體積質量比對鈷浸出率影響明顯：液固體積質量比低于8∶1時，鈷浸出率隨液固體積質量比增大而增大；液固體積質量比高于8∶1后，隨液固體積質量比增大，鈷浸出率變化不明顯，甚至稍有下降。綜合考慮，最終確定適宜的初始液固體積質量比為8∶1。

2．3 純堿加入量對鈷浸出率的影響

控制初始液固體積質量比為8∶1，溫度為80℃，反應時間為2h，純堿與草酸鈷物質的量比對鈷浸出率的影響試驗結果如圖4所示。

理論上，純堿與草酸鈷的物質的量比為1∶1，但從圖4看出，純堿與草酸鈷廢料物質的量比為1∶1時，鈷浸出率不是很高，而二者物質的量比達1．2∶1時，鈷浸出率達90%以上，之后再繼續增大二者的物質的量比，鈷浸出率變化不大。綜合考慮，最終確定適宜的純堿與草酸鈷的物質的量比為1．2∶1。

2．4 反應時間對鈷浸出率的影響

控制初始投料液固體積質量比為8∶1，純堿與草酸鈷的物質的量比為1．2∶1，反應溫度為80℃，反應時間對鈷浸出率的影響試驗結果如圖5所示。

圖5 反應時間對鈷浸出率的影響

由圖5看出，反應時間對鈷浸出率有一定影響：反應2h以下時，隨反應時間延長，鈷浸出率稍有增大；反應2h時，鈷浸出率達91．57%；反應時間大于2h后，隨反應時間延長，鈷浸出率反而有所下降。綜合考慮實際生產中的傳熱及傳質，最終選擇適宜的反應時間為2h。

2．5 鈷金屬量平衡分析

對最終所有濾液和濾渣稱重并分析，計算鈷回收率，結果見表1。可以看出，在試驗允許誤差范圍內，鈷金屬的投入與產出基本相當，全程物料平衡。

表1 鈷金屬物料平衡分析

3 結論

純堿沉淀轉化法從草酸鈷廢料中回收鈷是可行的，最佳條件（初始投料固液質量比為1∶8，純堿加入量與草酸鈷的物質的量比為1．2∶1，反應溫度為80℃，反應時間為2h）下，鈷回收率達91．57%。沉淀轉化法工藝簡單，鈷回收率高，可用于工業生產。

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