Co(Ⅲ)-Na2SO3-H2SO4体系浸出钴的研究.pdf

2 0 1 3 年5 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．o n 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 【／J ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 3 ．0 5 ．0 0 5 C o 1 l I - N a 2S 0 3 一H 2S 0 4 体系浸出钴的研究 卢苏君1 ’2 ，王书友1 ，诸葛福瑜1 ，张晗1 ，张鹏 1 ．金J I I 镍钴研究设计院，甘肃金昌7 3 7 1 0 0 ；2 ．兰州大学，兰州7 3 0 0 0 0 摘要在硫酸体系下对某含钴原料进行了还原浸出研究。考察硫酸用量、亚硫酸钠用量、浸出温度、聚丙 烯酰胺用量对钴浸出率及过滤性能的影响。结果表明，对1k g 钴原料，在液固比5 1 、浸出温度6 0 ℃、 浓硫酸4 0 0m L 、亚硫酸钠用量3 6 0g 、浸出终点p H1 ．o ～1 ．5 的条件下，钴浸出率达到9 7 ％以上。加入 2 0 ～4 0m L 聚丙烯酰胺可以改善浸出液的过滤性能。 关键词钴；浓硫酸；浸出率；过滤性能；聚丙烯酰胺 中图分类号T F 8 1 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 3 0 5 0 0 1 7 0 3 S t u d yO i lC o b a l tL e a c h i n gi nC o Ⅲ - N a 2S 0 3 。H 2S 0 4S y s t e m L US u j u n l ”，W A N GS h u y o u l ，Z H U G EF u y u l ，Z H A N GH a n l 1 ．J i n c h u a nN i c k e l8 LC o b a l tR e s e a r c hE n g i n e e r i n gI n s t i t u t e ，J i n c h a n g7 3 7 1 0 0 ， 2 ．L a n z h o uU n i v e r s i t y ，L a n z h o u7 3 0 0 0 0 ，C h i n a ，Z H A N GP e n 9 1 G a n s u ，C h i n a ； A b s t r a c t C o b a l t b e a r i n gr a wm a t e r i a l sw e r er e d u c t i o nl e a c h e di ns u l f u r i ca c i ds y s t e m ．T h ee f f e c t so fd o s a g e o fs u l f u r i ca c i da n ds o d i u ms u l f i t e ，l e a c h i n gt e m p e r a t u r e ，d o s a g eo fp o l y a c r y l a m i d eo nl e a c h i n gr a t eo fC O b a i ta n dt h ef i l t e r i n gp e r f o r m a n c ew e r ei n v e s t i g a t e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h el e a c h i n gr a t eo fc o b a l ti sa b o v e9 7 ％a n dt h ef i l t e r i n gp e r f o r m a n c ei sf a v o r a b l eu n d e rt h eo p t i m u mc o n d i t i o n si n c l u d i n g f o r1k gr a w m a t e r i a l s r a t i oo fl i q u i dt os o l i do f5 1 。l e a c h i n gt e m p e r a t u r eo f6 0 ℃，d o s a g eo fc o n c e n t r a t e ds u l f u r i c a c i do f4 0 0m L ，d o s a g eo fs o d i u ms u l f i t eo f3 6 0g ，d o s a g eo fp o l y a c r y l a m i d eo f2 0 ～4 0m L ，a n dp Hv a l u e o ft e r m i n a lo f1 ．0 ～1 ．5 ． K e yw o r d s c o b a l t ；c o n c e n t r a t e ds u l f u r i ca c i d ；l e a c h i n gr a t e ；f i l t e r i n gp e r f o r m a n c e ；p o l y a c r y l a m i d e 钴是制造耐热合金、耐蚀合金、磁性台金、硬质 合金、精密合金和各种钴锰化合物的重要原料。广 泛用于航空航天、电机电器、机械、化工和陶瓷工业 中n ] 。我国钴资源分布广泛，储量不少，但大型矿不 多，品位普遍偏低。随着我国经济的稳步高速发展， 钴消费量日益增大，国内原料已不能满足需求，需要 从国外购买含钴原料[ 2 ] 。外购钴原料由于浸出率低， 且浸出液较难过滤，给实际生产造成了很大困难。 1 试验原料、设备和原理 1 ．1 原料 收稿日期2 0 1 2 0 9 2 4 作者简介卢苏君 1 9 8 2 一 ，男，甘肃通渭人，工程师，工程硕士 钴原料为褐色和黑色固体料的混合物。化学成 分见表1 。 表1 钴原料化学成分 T a b l e lC h e m i c a lc o m p o s i t i o no fc o b a l t r a wm a t e r i a l s／％ 原料名称 C oC u F eS i H z O 1 ．2 试剂及仪器 主要试剂有工业级亚硫酸钠、浓硫酸、聚丙烯酰 万方数据 1 8 有色金属 冶炼部分 h t t p ／] y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年5 期 胺。试验仪器有M i n i F l e x 型X 一射线衍射仪、J S M 一 7 0 0 0 F 型扫描电镜、M 6 型原子吸收光谱仪、M 1 2 9 3 9 型激光粒度仪、P H S 一3 C 型精密p H 计、E H 2 0 B 型电 热板、J B 9 0 D 型搅拌器、S H B I l lA 型真空泵、 P L 2 0 0 2 一I C 型电子天平、D H G 一9 2 4 6 A 型烘箱、5 L 和 3L 烧杯。 1 ．3 试验原理 该钴料含有高价金属元素，因此在处理过程中 必须加入还原剂。在用浓硫酸或盐酸浸出后加入亚 硫酸钠对部分浸出渣进行还原浸出 2 M e O H 。 N a 2 S 0 3 2 H 2 S O 。一2 M e S 0 4 N a 2 S O 。 5 H2 0 1 2 M e O H 3 N a 2 S 0 3 4 H C l 2 M e C l 2 N a 2 S 0 4 5 H 2 0 2 M e O H 2 H 2 S 0 4 一M e S 0 4 2 H 2 0 3 M e O H 2 2 H C l 一M e C l 2 2 H 2 0 4 M e C o 、N i 、F e 、M n 湿法处理钴原料的最大难点是浸出时有难过滤 的硅酸胶质生成∞‘4 ] 。硅酸盐极易被酸溶解，在金属 溶解的同时硅酸也进入溶液并发生聚合作用形成硅 溶胶，硅溶胶再经胶凝形成水凝胶。水凝胶中溶液 含量通常在9 5 ％以上，呈半固体状态失去流动性， 给液固分离带来困难酯’7 ] 。 2 试验结果与讨论 2 ．1 浓硫酸用量 按L ／S 5 1 对5 0 0g 原料用水浆化，加入不 同量的浓硫酸浸出0 ．5h 后加入2 5 ％亚硫酸钠进行 还原浸出，反应温度为6 0 ℃，试验结果见图1 。 7 1 1l8 1l q 2 1 1 12 1 02 2 { 2 3 2 4 4 l2 5 02 6 ‘ 浓硫酸加入量／m L 图1 浓硫酸用量对渣计钴浸出率的影响 F i g ．1 E f f e c to fd o s a g eo fc o n c e n t r a t e ds u l f u r i c a c i do nc o b a l tl e a c h i n gr a t e 图1 表明，随着浓硫酸用量的增加，渣率逐渐 降低，渣计钴浸出率逐渐上升，当硫酸加入量达到一 定值后钴浸出率趋于稳定。如果硫酸含量过高使得 浸出液p H 太低，不利于浸出液的净化处理，为了进 一步提高钴的浸出率需要增加亚硫酸钠的用量。 2 ．2 亚硫酸钠用量 未加入亚硫酸钠进行还原浸出之前，体系的 p H 要用硫酸浸出到0 ．5 以下，加入亚硫酸钠可以 使部分不溶的浸出渣能够被还原浸出，同时使溶液 的p H 提高到1 ．0 以上，以满足下一步工序的要求。 按L ／S 5 1 对5 0 0g 原料用水浆化，加入2 0 0m L 浓硫酸浸出0 ．5h 后加入不同量的亚硫酸钠于6 0 ℃进行还原浸出。试验结果见图2 。 图2 亚硫酸钠用量对渣计钴浸出率的影响 F i g ．2 E f f e c to fd o s a g eo fs o d i u ms u l f i t eo n c o b a l tl e a c h i n gr a t e 由图2 可知，亚硫酸钠用量过少或过多都会降 低钴原料的浸出率，亚硫酸钠的加入可以使C 0 3 还 原为C 0 2 ，从而提高钴的浸出率。结果表明，当 5 0 0g 原料中加入1 8 0g 亚硫酸钠时，渣率仅为 4 ．6 ％，钴浸出率可以达到9 5 ．4 ％。 2 ．3 浸出温度 按L ／S 5 1 对5 0 0g 原料用水浆化，加入 2 0 0m L 浓硫酸浸出0 ．5h 后加入1 8 0g 亚硫酸钠进 行还原浸出，不同反应温度的结果见图3 。 图3 表明，钴浸出率随浸出温度的升高而上 升，反应温度由常温升高到6 0 ℃时，浸出渣率从 5 ．6 ％下降到3 ．0 ％，渣计钴浸出率由8 3 ．6 ％升高到 9 7 ．8 ％。当温度高于6 0 ℃后，钴浸出率趋于稳定， 但能耗会升高，因此最佳浸出温度为6 0 ℃。 2 ．4 聚丙烯酰胺用量 在浸出过程中，浸出渣沉降速率很慢，导致浸出 液过滤性能下降，为了提高浸出液的过滤性能，需要 万方数据 2 0 1 3 年5 期 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．r n 1 9 冰 、 碍 壬 嬲 蓝 划 图3 浸出温度对渣计钴浸出率的影响 F i g ．3 E f f e c to fr e a c t i o nt e m p e r a t u r eo n c o b a l tl e a c h i n gr a t e 在浸出液中加入一定量的絮凝剂。按L ／S 一5 1 对5 0 0g 原料用水浆化，加入2 0 0m L 的浓硫酸浸出 一段时间后加入1 8 0g 亚硫酸钠进行还原浸出，浸 出温度6 0 ℃，然后用一定量的聚丙烯酰胺进行絮凝 沉降。试验结果见图4 。 图4 表明，聚丙烯酰胺加入量过高或过低对改 善浸出液的过滤性能影响都不大，当聚丙烯酰胺加 入量为2 0 ～4 0m L 时，浸出液过滤性能较好。 3结论 在硫酸和亚硫酸钠体系中还原浸出钴原料的最 佳工艺条件为液固比5 1 、浸出温度5 0 ～6 0 ℃、 钴原料量1k g 、浓硫酸4 0 0m L 、亚硫酸钠3 6 0g 、聚 丙烯酰胺加入量2 0 ～4 0m L 、浸出终点p H1 ．0 ～ 1 ．5 ，在此条件下钴浸出率可达到9 7 ％以上，溶液的 过滤性能良好。 图4 聚丙烯酰胺用量对过滤性能的影响 F i g ．4D o s a g eo ff l o c c u l a n to n f i l t e r i n gp e r f o r m a n c e 参考文献 [ 1 ] 喻正军，冯其明，欧乐明，等．常压下硫酸体系中钴冰铜 的浸出[ J ] ．中南大学学报自然科学版，2 0 0 6 ，1 5 4 6 7 5 6 7 9 ． [ 2 ] 侯慧芬．从各种含钴原料中提取电解钴[ J ] ．上海有色 金属，2 0 0 1 ，2 2 3 1 3 2 1 3 7 ． [ 3 ] 张景强，邵传兵．利用钴矿制取氯化钴的试验研究[ J ] ． 甘肃冶金，2 0 0 7 4 4 6 4 8 ． [ 4 ] 李春雷．钴渣的综合回收生产工艺探讨I - J ] ．新疆有色 金属，2 0 0 7 2 2 6 2 8 ． [ 5 ] 阮书锋，江培海，王成彦，等．低品位红土镍矿选择性还 原焙烧试验研究[ J ] ．矿冶，2 0 0 7 ，1 6 2 3 1 3 4 ，6 7 ． [ 6 ] 白存银．硅胶生产中影响凝胶的因素分析[ J ] ．内蒙古 石油化工，1 9 9 9 4 1 4 0 1 4 0 ． [ 7 ] 李锋，金作美，王励生．浸出高硅锌焙砂中硅胶聚沉的 规律[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 1 ，1 1 6 1 1 1 4 1 1 1 7 ． 万方数据