從工業(yè)廢渣中浸出鈷鎳試驗研究

肖 利，唐 杰，郭權文，付海闊

(1.湖南工業(yè)大學 冶金與材料工程學院，湖南 株洲 412007；2.廣東佳納能源科技有限公司，廣東 清遠 513056)

從工業(yè)廢渣中浸出鈷鎳試驗研究

肖 利1，唐 杰1，郭權文2，付海闊2

(1.湖南工業(yè)大學 冶金與材料工程學院，湖南 株洲 412007；2.廣東佳納能源科技有限公司，廣東 清遠 513056)

研究了用硫酸從含鈷鎳工業(yè)廢渣中浸出鈷、鎳，及用焦亞硫酸鈉將Co3+、Ni3+還原為Co2+、Ni2+，考察了硫酸濃度、還原劑用量、液固體積質量比、浸出時間、攪拌速度及反應溫度對鈷、鎳浸出率的影響。試驗結果表明：在硫酸濃度0.95 mol/L、還原劑用量25 g、液固體積質量比5∶1、浸出時間3 h、攪拌強度300 r/min、反應溫度95 ℃條件下，鈷、鎳浸出率均超過99%，浸出效果較好。

工業(yè)廢渣；鈷；鎳；浸出

含鈷、鎳材料用途廣泛，可用于生產硬質合金、耐熱合金、磁性合金、防腐合金等，也可用于航空航天、武器制造、機械制造、化工等領域，鈷和鎳同時也是新能源電池材料的重要組成部分[1-2]。隨著鈷、鎳材料需求的逐年增加，含鎳、鈷二次資源的回收利用研究越來越受重視，從廢棄物中提取鈷、鎳已成為研究熱點[3-12]。目前的相關研究多為酸浸鎳、鈷。試驗針對含鎳鈷氧化物廢渣，研究了用硫酸浸出，同時用還原劑焦亞硫酸鈉使Co3+和Ni3+還原為更易溶的Co2+和Ni2+，以實現(xiàn)有價金屬的高效浸出。

1 試驗部分

1.1 試驗原料和試劑

試驗用含鈷、鎳廢渣取自廣東英德佳鈉金屬科技有限公司，主要化學成分見表1。鈷、鎳及其他雜質金屬主要以氧化物和碳酸鹽形式存在。

表1 含鈷鎳廢渣的主要化學成分 %

試驗用試劑主要有濃硫酸(H2SO4)、焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)，均為分析純。

1.2 試驗原理與方法

試驗在燒杯中進行。

試驗用廢渣中鈷、鎳主要為Co3+、Ni3+，需要加入還原劑將其還原為Co2+、Ni2+以利于后續(xù)工藝得到CoSO4和NiSO4。先在廢渣中加入一定濃度的濃硫酸，將鈷、鎳及雜質鋅、銅、鎂、錳、鐵等浸出，然后再向浸出液中加入還原劑焦亞硫酸鈉，將Co3+、Ni3+還原為Co2+、Ni2+，最后過濾，得到浸出液。

浸出反應：

3H2O+3CO2;

3H2O+3CO2。

還原反應：

2 試驗結果與討論

2.1 硫酸濃度對鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質量100 g，還原劑用量25 g，液固體積質量比5∶1，浸出時間3 h，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，硫酸濃度對鎳、鈷浸出率的影響試驗結果見表2。

表2 硫酸濃度對鈷、鎳浸出的影響

由表2看出：鈷、鎳浸出率均隨硫酸濃度增大先提高后略有降低；硫酸濃度太低，廢渣中鈷、鎳反應不完全；硫酸濃度高于0.95 mol/L后，鈷、鎳浸出率基本維持在98%左右。綜合考慮，確定硫酸濃度以0.95 mol/L為宜。

2.2 還原劑用量對鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，液固體積質量比5∶1，浸出時間3 h，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，還原劑焦亞硫酸鈉用量對鎳、鈷浸出率的影響試驗結果見表3。

表3 焦亞硫酸鈉用量對鈷、鎳浸出的影響

從表3看出：鈷、鎳浸出率隨還原劑用量增加而提高；焦亞硫酸鈉用量為25 g左右時，鈷、鎳浸出率均接近99%，浸出比較徹底。綜合考慮，確定還原劑焦亞硫酸鈉用量以25 g為宜。

2.3 液固體積質量比對鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，浸出時間3 h，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，液固體積質量比對鎳、鈷浸出率的影響試驗結果見表4。

表4 液固體積質量比對鈷、鎳浸出率的影響

由表4看出：鈷、鎳浸出率隨液固體積質量比增大而提高，液固體積質量比在5∶1時，鈷、鎳浸出率超過99%，浸出近于完全；繼續(xù)增大液固體積質量比，鈷、鎳浸出率均略有降低。綜合考慮，確定液固體積質量比以5∶1為宜。

2.4 浸出時間對鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，液固體積質量比5∶1，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，浸出時間對鎳、鈷浸出率的影響試驗結果見表5。

表5 浸出時間對鈷、鎳浸出率的影響

由表5看出：隨浸出進行，鎳、鈷浸出率增大，浸出3 h左右，鈷、鎳浸出率已超過99%，浸出比較徹底；繼續(xù)延長浸出時間，鈷、鎳浸出率反而有下降趨勢。綜合考慮，確定浸出時間以3 h為宜。

2.5 攪拌速度對鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，液固體積質量比5∶1，浸出時間3 h，溫度95 ℃，攪拌速度對鈷、鎳浸出率的影響試驗結果見表6。

表6 攪拌強度對鈷、鎳浸出率的影響

由表6看出，鈷、鎳浸出率隨攪拌強度增大而提高，攪拌速度為300 r/min時，鈷、鎳浸出率超過99%，浸出比較徹底。綜合考慮，適宜的攪拌速度選定為300 r/min。

2.6 反應溫度對鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，液固體積質量比5∶1，浸出時間3h，攪拌速度300 r/min，反應溫度對鈷、鎳浸出率的影響試驗結果見表7。

表7 反應溫度對鈷、鎳浸出率的影響

由表7看出，鈷、鎳浸出率隨溫度升高而提高，溫度為65 ℃時，鎳、鈷浸出率均超過99%，浸出接近完全。綜合考慮，確定溫度以65 ℃為宜。

2.7 最優(yōu)條件下的驗證試驗

在單因素試驗確定的最優(yōu)條件下進行鈷、鎳浸出綜合驗證試驗，結果見表8。可以看出，鈷、鎳浸出率均在99%以上。

表8 最優(yōu)條件下實驗結果

3 結論

試驗結果表明，用硫酸從含鈷、鎳工業(yè)廢渣中浸出鈷、鎳是可行的，加酸同時加入焦亞硫酸鈉作還原劑可將鈷、鎳還原為Co2+、Ni2+，有利于浸出及后續(xù)回收。在硫酸濃度0.95 mol/L、還原劑焦亞硫酸鈉用量25 g、液固體積質量比5∶1、浸出時間3 h、攪拌速度300 r/min、反應溫度65 ℃最優(yōu)條件下，鈷、鎳浸出率均超過99%。此方法簡單易行，鈷、鎳浸出率高，可供從類似物料中回收鈷、鎳等有價金屬借鑒。

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Leaching of Cobalt and Nickel From Industry Waste Residues

XIAO Li1，TANG Jie1，GUO Quanwen2，F(xiàn)U Haikuo2

(1.SchoolofMetallurgical&MaterialEngineering，Hu′nanUniversityofTechnology，Zhuzhou412007，China;2.GuangdongJianaEnergyTechnologyCo.，Ltd.，Qingyuan513056，China)

Leaching of cobalt and nickel from industry waste residues using H2SO4as leaching agent，and Na2S2O5which can reduce Co3+，Ni3+to Co2+，Ni2+as reductant was studied.The effects of sulfuric acid concentration，reductant dosage，liquid-to-solid ratio，leaching time，stirring speed and temperature on leaching of cobalt and nickel from industrial waste residue were examined.The results show that under the conditions of sulfuric acid concentration of 0.95 mol/L，reductant dosage of 25 g，liquid-to-solid ratio of 5∶1，leaching time of 3 h，stirring intensity of 300 r/min，and temperature of 95 ℃，leaching rate of cobalt and nickel are more than 99%，respectively.The leaching effect is good.

industrial waste residues;cobalt;nickel;leaching

2016-12-17

國家自然科學基金資助項目(51208193)；湖南工業(yè)大學教改課題(2013B06)；廣東省第十五批省級企業(yè)技術中心專項資金資助項目(粵經(jīng)信創(chuàng)新函[2015]629號)。

肖利(1973-)，女，湖南湘潭人，博士，教授，主要研究方向為冶金物理化學。E-mail:xiaoli_csu@163.com。

TF803.21;TF815;TF816

A

1009-2617(2017)04-0267-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.004