硫酸鈷溶液析鈷研究及生產實踐

劉興鋒

摘 要：在工業生產技術不斷進步的同時，金屬資源儲量不斷減少，人類對自己生活的生態環境越來越重視，一次能源的高效利用已是大勢所趨。本文總結從濕法煉鋅過程所產生的二次含鈷物料中提取鈷，，對目前國內外回收現狀進行概述，對試液進行溶液成分分析，分析漂水析鈷原理，制定試驗流程與方法，在實驗中，進行動態模擬試驗研究，分別控制氯堿比、溫度、PH值、和漂水加入速度等來總結漂水析鈷工藝最優實驗條件。再對實驗結果進行綜合驗證。實驗結束后進行漂水析鈷生產實踐，簡述生產過程、設備及實踐結果分析，最后可得出結論，PH值在1.6-2.5，漂水加入速度為35升每分鐘時，獲得粗鈷含量大于45%，鈷回收率大于97.8%。希望本文對硫酸鈷溶液析鈷研究及生產實踐提供參考。

關鍵詞：析鈷;漂水;硫酸鈷溶液;生產實踐

中圖分類號：TF816 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）09-0222-02

0 前言

鈷是稀缺難提取的重要金屬資源，廣泛應用于航空航天、電機電器、機械、化工、陶瓷和電池工業等領域。由于鈷的特殊離子價健和離子活性，很難再自然中形成獨立礦床。所以，含鈷資源都應有效利用，鋅冶金工業濕法和火法工藝都會得到含鈷溶液，但溶液中雜質含量高，如何從這種高含量含鈷溶液中提取鈷已經成為研究熱點。漂水析鈷工藝是最近幾年熱門提取鈷的技術，此方法具有鈷的回收率高，操作簡單，儀器損耗小，雜質分離更容易等優勢。常規的實驗流程通常將鈷鹽進行堿浸，加入硫酸制成硫酸鈷溶液，然后對溶液進行萃取，去除雜質，加入鹽酸轉化為氯化鈷溶液，最后煅燒得到氧化鈷。本文通過對實驗條件進行靜態控制模擬，把高含量含雜質鈷溶液進行漂水析鈷研究，得到雜質含量低，品位高鈷制品，并將實驗方案用于工業生產，最終得到雜質含量低符合工業標準的粗氫氧化鈷產品。

1 式樣溶液元素分析研究

本文所用樣品原料為濕法冶金中高氧化還原電位溶液沉淀出的粗氫氧化鈷樣品，其化學組成見表1。

由上表測試分析可看出，二次含鈷物料經浸出中和及初步凈化后，得到硫酸鈷溶液，溶液中金屬種類較多含有鈷、錳、鎳、鐵、銅等、溶液成分較復雜。

2 實驗機理分析

試液中由化學分析結果可知，試液中多數離子成低價狀態，且發生沉淀時鐵、錳、鈷、鎳等離子所需PH環境差別較小，所以不能通過水解沉淀法進行分離。只能對溶液進行處理，使溶液中離子進行氧化，金屬離子變成高價態離子，水解所需pH環境差別很大，這時就可以用不同的pH沉淀分離不同金屬。因此，氧化水解的順序依次是鐵離子，錳離子，鈷離子，鎳離子。

3 實驗室研究

3.1 實驗設備與試驗藥劑

實驗室首先對硫酸鈷溶液多元素分析，金屬離子物相分析。實驗試液500ml一次，試液篩選出不同濃度比。實驗儀器設備主要包括溫度計、數顯酸度計、多用真空過濾機、電熱鼓風干燥箱、分析篩、電子天平（稱重）、攪拌器等。實驗所需主要藥劑有氫氧化鈉500g、硫化鈉500g、硫酸500ml、硝酸500ml、高氯酸500ml等。

3.2 溫度對析鈷影響的實驗研究

首先取500ml含雜質硫酸鈷樣品，在固定轉速為200轉/分鐘、時間為90分鐘、氯堿比5：3，漂水加入速度為30升/分鐘，氫氧化鈉濃度為5mol/L，PH值開始為1.7，PH值終止值為3的實驗條件下，考察溫度對析鈷的影響。實驗初始溫度設定值為20℃，溫度梯度為5℃，分別做20℃-25℃、25℃-30℃，30-35℃、35-40℃、40-45℃、45-50℃、50-55℃、55-60℃、60-65℃、65-70℃、70-75℃共8組實驗。

按照傳統實驗理論，溫度越高時反應速度越快，沉淀中金屬品味升高。由實驗結果分析可知，最佳的析鈷溫度為70℃時，此刻母液中鈷的含量小于0.16%，氫氧化鈷的品味大于45%;當溫度低于30℃時，析鈷速度較慢，但其他金屬離子的析出速度也會降低，而當溫度大于30℃小于70℃時，析鈷的品位與溫度成正比。而溫度大于70℃時，析鈷的品位與溫度成反比。大于70℃時原因分析：溫度高使水分蒸發加快，溶液較為粘稠，不利于鈷在溶液中的析出，在一定的時間內反而使之下降。所以在固定的析出條件內選擇溫度為70℃時為最佳析鈷溫度。

3.3 漂水加入速度對析鈷影響的實驗研究

首先取500ml含雜質硫酸鈷樣品，在固定轉速為200轉/分鐘、時間為90分鐘、氯堿比5：3，氫氧化鈉濃度為5mol/L，試驗溫度控制在65-70℃，PH值開始為1.7，PH值終止值為3的實驗條件下，考察漂水加入速度對析鈷的影響。實驗中漂水加入速度梯度為10升/分鐘，速度設置分別為10-20升/分鐘、20-30升/分鐘、30-40升/分鐘、40-50升/分鐘共4組漂水加入速度影響析鈷實驗。

實驗過程中伴有接觸、擴散、吸附等物理反應，同時氫氧化鈷的質量與漂水加入方式、加入速度都有直接的關系。本實驗中漂水加入方式以柱狀與噴霧散射狀為主，當漂水以噴霧散射狀加入時與溶液接觸面積大，分散度好，析出氫氧化物質量高且漂水用量低。由實驗結果分析可知：

當漂水加入速度為30-40升/分鐘時，此刻母液中鈷的含量小于0.16%，氫氧化鈷的品味大于45%，為最佳漂水加入速度，但各種實驗實驗成果無顯著差異，漂水加入速度雖對實驗有一定影響，漂水加入速度越慢，溶液中氫氧化鈷的品位越高，但從工業實際的角度出發，漂水加入速度為30升/分鐘時為最佳選擇，這樣既可減少成本，還可提高效率。

3.4 PH值對析鈷影響的實驗研究

首先取500ml含雜質硫酸鈷樣品，在固定轉速為200轉/分鐘、時間為90分鐘、氯堿比5：3，氫氧化鈉濃度為5mol/L，試驗溫度控制在65-70℃，漂水加入速度為30升/分鐘的實驗條件下，考察PH值對析鈷的影響。根據不同金屬氫氧化物的溶度積的差別，控制適宜的pH，可使溶液中的雜質金屬離子與主體金屬分離。