從凈化鈷渣中富集Co的工藝研究*

任 婷，牟興兵，施輝獻(xiàn)，莊曉東，袁 野，徐慶鑫

（昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031）

鈷是新能源電池材料、電子設(shè)備、超級(jí)耐熱合金、催化劑的重要原料，廣泛應(yīng)用于航天、醫(yī)療、化工、生物等領(lǐng)域[1-3]。我國(guó)的鈷資源含量較為匱乏，但也是鈷消費(fèi)大國(guó)。除了鈷冶煉以獲得精煉鈷之外，從各種二次廢料中回收鈷等有價(jià)金屬尤為重要[4-6]。其中，濕法煉鋅在凈化階段產(chǎn)生的凈化鈷渣是重要的富含鈷資源的二次固廢，從中回收鈷資源不僅可以補(bǔ)充鈷元素的來(lái)源、同時(shí)提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

云南某冶煉廠在鋅冶煉的凈化階段使用有機(jī)沉鈷試劑，產(chǎn)生的凈化鈷渣會(huì)選擇堆存和外售，但在堆存過(guò)程中有環(huán)境污染的隱患，同時(shí)鈷、鋅等有價(jià)金屬被浪費(fèi)，凈化鈷渣品位較低，外售價(jià)格較低。為了提高凈化鈷渣中鈷的品位，有必要開(kāi)發(fā)一種經(jīng)濟(jì)有效的鈷渣富集工藝。

1 試驗(yàn)

1.1 原料及設(shè)備

試驗(yàn)中使用的原料來(lái)自于某冶煉廠凈化車(chē)間除鈷段后產(chǎn)生的凈化鈷渣，呈黃綠色，其主要成分見(jiàn)表1。

表1 凈化鈷渣的主要元素分析結(jié)果Tab.1 Main element analysis results of purified cobalt slag %

試驗(yàn)試劑主要有分析純濃硫酸、分析純氫氧化鈉，設(shè)備主要有恒溫水浴鍋、循環(huán)水真空泵、馬弗爐、鼓風(fēng)干燥箱、電子天平等。

1.2 試驗(yàn)方法

凈化鈷渣中的Zn主要以硫酸鋅形式存在，Cd、Fe主要以硫酸鹽和硫化物存在，F(xiàn)e同時(shí)還以針鐵礦形式存在，酸浸過(guò)程中可以將部分Zn、Cd和Fe溶出進(jìn)入溶液，可以將酸浸溶液返回到鋅冶煉系統(tǒng)回收鋅，而Co、Si則留在渣中，為了實(shí)現(xiàn)脫Si，可以使用堿浸浸出，Co的存在形式是高價(jià)鈷與有機(jī)凈化劑形成的配合物，在常規(guī)條件下很難浸出，在焙燒過(guò)程中將凈化鈷渣中的有機(jī)物燃燒除去，大部分的鈷則留在焙砂中。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 酸浸實(shí)驗(yàn)

2.1.1 酸度的影響

不同硫酸濃度對(duì)凈化鈷渣中鋅、鈷元素的浸出率的影響結(jié)果如圖1所示。試驗(yàn)條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，硫酸濃度分別為40 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L、120 g/L，溫度60℃，時(shí)間2 h，液固比10∶1。從圖1可以看出，Zn的浸出率隨著硫酸濃度的提升變化較小，但Zn的浸出率都可以達(dá)到90%以上，在硫酸濃度為100 g/L時(shí)Zn的浸出率可以達(dá)到97.7%。Co的浸出率隨著硫酸濃度的升高而增加，但酸度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致Co的浸出率大幅提升，綜合考慮到Zn、Co的浸出分離效果，確定100 g/L為最佳硫酸濃度。

圖1 酸度對(duì)浸出率的影響Fig.1 Effect of acidity on leaching rate

2.1.2 浸出溫度的影響

不同浸出溫度對(duì)凈化鈷渣中鎳鈷浸出率的影響結(jié)果如圖2所示。試驗(yàn)條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，溫度分別為20℃、40℃、60℃、80℃，酸度100 g/L，時(shí)間2 h，液固比10∶1。由圖2可知，隨著浸出溫度的升高，Zn的浸出率先大幅提升然后小幅提高，浸出率從溫度20℃的73.59%升高至60℃的97.7%，Co的浸出率呈增長(zhǎng)狀態(tài)。溫度增加到80℃時(shí)，Zn、Co的浸出率只有很小幅的增加，溫度越高，浸出率也會(huì)越高，但能耗隨之增加，綜合考慮，能耗與Zn、Co的分離效果，選擇60℃為最佳浸出溫度。

圖2 溫度對(duì)浸出率的影響Fig.2 Effect of temperature on leaching rate

2.1.3 浸出時(shí)間的影響

不同浸出時(shí)間對(duì)凈化鈷渣中鎳鈷浸出率的影響結(jié)果如圖3所示。試驗(yàn)條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，時(shí)間分別為1 h、2 h、3 h、4 h，硫酸濃度100 g/L，溫度60℃，液固比10∶1。從圖3可以看出，隨著浸出時(shí)間的增加，Zn、Co的浸出率都在增加。當(dāng)浸出試驗(yàn)進(jìn)行到2 h時(shí)，Zn、Co的浸出率分別達(dá)到97.7%和10.29%。相比于浸出時(shí)間的增加，Zn和Co的浸出率僅有小幅的增加，綜上所述，浸出時(shí)間為2 h時(shí)最有利于Zn、Co的分離浸出。

圖3 時(shí)間對(duì)浸出率的影響Fig.3 Effect of time on leaching rate

根據(jù)上述的試驗(yàn)結(jié)果，可以確定凈化鈷渣的最佳工藝條件為硫酸濃度為100 g/L、浸出溫度60℃、浸出時(shí)間2 h、液固比10∶1，Zn、Co的分離效果較好。

2.2 堿浸試驗(yàn)

由于凈化鈷渣中硅含量較高，在酸浸過(guò)程中，SiO2仍留在渣中，為了提升最終含鈷焙砂中Co的含量，進(jìn)行堿浸脫硅試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為取酸浸后的凈化鈷渣50 g、置于燒杯中，氫氧化鈉濃度分別為 40 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L，溫度 80℃，堿浸時(shí)間為60 min、液固比10∶1，堿浸濃度對(duì)酸浸鈷渣的影響試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。如圖4所示，堿浸濃度為80 g/L，脫硅率最大，可以達(dá)到98.34%，再次提高堿度，硅的脫除率反而有小幅的降低。綜合考慮，確定堿度為80 g/L為宜。

圖4 堿浸濃度對(duì)浸出率的影響Fig.4 Effect of alkaline leaching concentration on leaching rate

對(duì)于酸浸后凈化鈷渣進(jìn)行堿浸脫硅，在溫度80℃、氫氧化鈉濃度80 g/L、堿浸時(shí)間60 min、液固比10∶1的條件下，脫硅率達(dá)到98.34%。

2.3 焙燒試驗(yàn)

在焙燒過(guò)程中可以將凈化鈷渣中的有機(jī)物燃燒除去，鈷元素會(huì)留在焙砂中。將堿浸后的鈷渣進(jìn)行焙燒試驗(yàn)，焙燒試驗(yàn)條件為溫度800℃、升溫2 h、保溫2 h，冷卻到室溫取出即可。將含鈷焙砂進(jìn)行測(cè)試得到以下結(jié)果，其組分如表2所示。從表2中可以看出，含鈷焙砂中鈷的含量可以達(dá)到61.77%，綜合來(lái)看，該工藝流程簡(jiǎn)單，金屬富集效果較好。

表2 含鈷焙砂組分分析結(jié)果Tab.2 Composition analysis results of cobalt-bearing calcining %

3 結(jié)語(yǔ)

1） 在硫酸濃度100 g/L、浸出溫度60℃、浸出時(shí)間2 h、液固比10∶1的條件下，Zn、Co的分離效果較好，同時(shí)酸浸溶液可以返回鋅冶煉系統(tǒng)進(jìn)一步進(jìn)行鋅的回收；

2）為了脫除酸浸凈化鈷渣中的硅，對(duì)其進(jìn)行堿浸脫硅，在溫度80℃、氫氧化鈉濃度80 g/L、堿浸時(shí)間60 min、液固比10∶1的條件下，脫硅率達(dá)到98.34%；

3） 為了進(jìn)一步提高鈷的品位，進(jìn)行焙燒試驗(yàn)，在溫度800℃、升溫2 h、保溫2 h，鈷的含量可以達(dá)到61.77%。