密闭电解槽在钴电积上的产业化应用.pdf

1 0 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 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 3 密闭电解槽在钴电积上的产业化应用 王振文1 ，张爱青2 ，江培海1 ，尹飞1 ，阮书锋1 ，姚志超1 1 ．北京矿冶研究总院，北京1 0 0 1 6 0 ；2 ．江苏凯力克钴业股份有限责任公司，江苏泰兴2 2 5 4 0 4 摘要应用密闭电解槽技术的20 0 0t ／a 电钻生产线已运行4 年。与隔膜电解槽的工艺指标及成本比较 结果表明，密闭电解槽具有良好的技术经济指标，避免了氯气泄漏，改善现场作业环境，吨钴成本降低 1 ．1 万元。 关键词密闭电解槽；氯化钴；钴电积；应用 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 0 0 3 I n d u s t r i a l i z a t i o no fC l o s e dE l e c t r o l y t i cC e l lo nC o b a l tE l e c t r o w i n n i n g W A N GZ h e n w e n l ，Z H A N GA i q i n 9 2 ，j I A N GP e i h a i l ，Y I N f e i l ，R U A NS h u f e n 9 1 ，Y A OZ h i c h a 0 1 1 ．B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n ga n dM e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 1 6 0 ，C h i n a ； 2 ．J i a n g s uC o b a l tN i c k e lM e t a lC o ．，L t d ．，T a i x i n g2 2 5 4 0 4 ，J i a n g s u ，C h i n a A b s t r a c t Ac o b a l te l e c t r o w i n n i n gp r o d u c t i o nl i n ea p p l y i n gt h ec l o s e de l e c t r o l y t i cc e l lw i t hc a p a c i t yo f20 0 0 t ／ah a sb e e nr u n n i n gs u c c e s s f u l l yf o r4y e a r s ．T h ec o m p a r i s o no nt e c h n i c a li n d e xa n do p e r a t i o nc o s tw i t h t h o s eo fm e m b r a n ee l e c t r o l y t i cc e l ls h o w st h a tt h ec l o s e dc e l lp e r f o r m sb e t t e r ，t o ，a v o i dc h l o r i n eg a sl e a k i n g ，i m p r o v eo p e r a t i o nc o n d i t i o n s ，a n dr e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o n ．T h ec o s to fo n et o ne l e c t r o w i n n i n g c o b a l tr e d u c e s110 0 0R M B ． K e yw o r d s c l o s e de l e c t r o l y t i cc e l l ；c o b a l tc h l o r i d e ；c o b a l te l e c t r o w i n n i n g ；a p p l i c a t i o n 金属钴具有优良的物理、化学和机械性能[ 1 ] 。 2 0 1 0 年我国钴消费量高达2 ．1 万t ，成为世界第一 大消费国比j 。 从水溶液中电解钴金属，采用氯盐体系较硫酸 盐体系有金属离子溶解度高、黏度小、导电率大、电 流密度高、电解液酸度稳定等优点[ 3 ] 。传统的隔膜 电解槽存在现场作业环境差、吨钴能耗高、隔膜及试 剂消耗多、产品质量不稳定等问题。我们新开发用 于氯化钴电积的密闭电解槽[ 4 ] 可以克服上述缺点， 并取得了较好的试验结果[ 5 ] ，该工艺已经在江苏凯 力克钴业股份有限责任公司实现产业化，形成以密 闭电解槽为主的电积钴一氯气吸收的成套操作技 术，建成了20 0 0t ／a 的电积钴生产线，本文对该生 产线的各项指标进行分析。 收稿日期2 0 1 2 1 1 3 0 作者简介王振文 1 9 7 2 一 ，女，内蒙古赤峰市人，硕士，高级工程师 1 生产原料 主要原料为P 5 0 7 萃取、盐酸反萃得到的高浓 度氯化钴溶液 含钴1 2 0 ～1 4 5g ／L ，其他杂质含量 均低于0 ．0 0 2g ／L 及工业级氯化钴 含钴≥ 2 4 ．3 ％ [ 5 ] ，将上述原料配成质量浓度为6 0 ～7 0 g ／L 左右的氯化钴溶液并泵入密闭电解槽进行电 积。辅助试剂有3 2 ％工业盐酸、3 2 ％工业液碱以及 自来水。 2 生产方法及设备 生产线主要配置设备有电解液循环槽、6 3 0 型 密闭钴电积槽、氯气吸收槽、钴板处理系统等。电解 周期一般为8 0 ～1 1 0h ，原则工艺流程见图1 。 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 ．c n 图1 原则生产工艺流程 F i g ．1P r i n c i p l ef i o w s h e e to fc o b a l t e l e c t r o w i n n i n gp r o c e s s 图2 是20 0 0t ／a 电钴氯化钴电积生产线生产 现场的照片。 图2 20 0 0t ／a 氯化钴电积生产线现场照片 F i g ．2 I n s t a l l a t i o n so f20 0 0t ／aC o C l 2 e l e c t r o w i n n i n gp r o d u c t i o nl i n e 3生产指标与讨论 3 ．1 消耗比较 6 3 0 型密闭电解槽主要原料消耗见表1 。 根据表1 数据，每吨电积钴的平均总电耗约 44 0 0k W h ，3 2 ％液碱消耗～5 ．2t ，3 2 ％工业盐酸消 耗～5 5k g ，电流效率6 7 ％～7 4 ％。 表1 每吨电积钴原料消耗表 T a b l e1M a t e r i a l sc o n s u m p t i o nf o ro n et o ne l e t r o w i n n i n gc o b a l t 总电耗／k w h用碱量／t用酸量／t总产量／t 总电流效率／％ 44 9 4 39 5 9 49 9 7 ．3 45 9 5 35 1 5 ．3 43 7 6 46 0 0 4 ．7 4 0 5 ．2 6 0 5 ．1 5 0 5 ．1 5 0 5 ．0 6 0 5 ．4 9 8 5 ．0 1 1 0 ．0 4 6 0 ．0 5 1 O 0 ．0 2 7 0 ．0 2 4 O ．1 1 4 0 ．1 1 0 1 6 5 ．2 5 0 1 5 7 ．1 0 4 1 4 2 ．1 Z O 1 5 3 ．9 0 4 9 6 ．3 5 0 1 6 5 ．2 5 0 1 6 7 ．0 0 0 7 1 ．4 6 7 0 ．4 4 6 7 ．6 2 7 1 ．5 0 7 0 ．4 4 7 4 ．3 2 7 4 ．3 6 3 ．2 密闭电解槽与隔膜电解槽各项指标的对比 6 3 0 型密闭电解槽从2 0 0 8 年底开始进行电积 钴的生产，通过近4 年的生产及技术改进，经济效益 稳步增长，生产环境大大改善。表2 为与隔膜电解 槽主要技术指标的比较结果。 表2 表明，采用密闭电解槽进行钴电积，阴极电 流密度可以增加到5 0 0A ／m 2 ，提高了单位槽体的产 能，同时槽电压较隔膜电解槽低了1V 左右，降低了 能耗。 密闭电解槽进行电积钴的电流效率比传统工艺 低1 5 ％，这是由于密闭电解槽没有隔膜，电解过程 要控制一定的酸度及延长电解时间，以防止高价钴 产生的沉淀影响电钻的物理外观，从而牺牲了部分 表2 密闭电解槽与隔膜电解槽电积钴的 主要技术指标 T a b l e2M a i nt e c h n i c a li n d e x e so fc l o s e d e l e c t r o l y t i cc e l l sa n dm e m b r a n ee l e c t r o l y t i cc e l l s 份一o o ，o o m u 一均肭一。。，。。№u一糊 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 h t t p H y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 3 年5 期 电效，但由于槽压低，总的直流电耗节省约1 0 ％，总 电耗降低约3 5 ％。 3 ．3 生产单耗指标对比 生产过程隔膜电解槽与密闭电解槽各项单耗指 标的单位成本对比结果见表3 。 表3隔膜电解槽与密闭电解槽的成本对比 T a b l e3 O p e r a t i o nc o s t so fm e m b r a n ee l e c t r o l y t i cc e l l sa n dc l o s e de l e c t r o l y t i cc e l l s 项目单价 吨钴单耗吨钴成本／元 隔膜电解槽 密闭电解槽隔膜电解槽密闭电解槽 差值 氯化钴 2 4 ．3 ％c o 4 ．8 万元／t 盐酸 3 2 ％2 6 0 元／t 硼酸0 ．7 5 万元／t 明胶i ．3 万元／t 液碱 3 2 ％ 0 ．I 万元／t 电0 ．6 元／k W h 蒸汽 2 0 0 元／t 水 5 元／t 隔膜架、隔膜消耗 氯气吸收液处理 设备折旧 人员工资 其它 管理费 合计 40 0 0 元／ 人月 维修摊销 总销售费用的0 ．6 ％ 4 ．1 4 0t O ．1 0 3t O 0 5 ．1 2 4t 43 6 2k W h 4 4 通过表3 可看出，采用密闭电解槽进行电积钴 的工艺投资相对较高，但运行成本比隔膜电解工艺 每吨钴降低了1 09 4 1 元，按每年生产20 0 0t 钴计 算，每年可以增加利润20 0 0 万元以上。 成本只有94 9 9 元，实现了清洁生产。 5 该项目社会效益十分突出。氯气以次氯酸钠 溶液形式回收，避免了隔膜电解槽生产厂区的污染， 降低大气污染物的排放总量。 4总结5结论 通过近4 年的生产实践，密闭电解槽电解氯化 钴新技术的产业化应用具有如下特点 1 与现有的隔膜电解槽相比，新型电解槽具有 独特的结构，密闭性能好、环境友好、电流密度高、单 槽产能大、设备配置简洁等优点。 2 经过工业试验和生产过程的技术改进，新型 密闭电解槽的结构更趋合理，工艺趋于稳定。采用 三级气液分离，减少电解槽气蚀；强化电解液循环， 降低了浓差极化；高效吸收排放氯气，直接生产次氯 酸钠溶液，消除了污染，实现了回收利用。 3 工业试验取得了很好的技术经济指标。钴直 收率达到9 9 ．5 0 ％，产成品总直收率9 9 ．4 0 ％，吨钴 总电耗43 6 2 ．3 7k W h ，每吨钴消耗3 2 ％盐酸1 0 3 k g ，氯气经过碱吸收后可得到有效氯浓度达到1 2 ％ 以上的次氯酸钠溶液，可以直接作为产品销售。 4 新型节能密闭电解槽比传统隔膜电解槽具有 显著的经济效益。总电耗降低3 5 ％，直流电耗降低 1 0 ％，吨钴运行成本降低1 09 4 1 元，吨钴直接加工 1 新型电解槽具有独特的结构，密闭性能好、环 境友好、电流密度高、单槽产能大、设备配置简洁。 2 新型节能密闭电解槽比传统隔膜电解槽的总 电耗降低3 5 ％，直流电耗降低1 0 ％，吨钴运行成本 降低1 09 4 1 元，钴直收率达到9 9 5 0 ％．；而且不会产 生氯气的污染。 参考文献 [ 1 ] 侯慧芳．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 5 ． [ 2 ] 杨晓菲．钴行业的中国因素[ J ] ．中国金属通报，2 0 1 1 2 3 1 6 - 1 9 ． [ 3 ] 乐颂光，夏忠让，余邦林，等．钻冶金E M ] ．北京冶金工 业出版社，1 9 8 7 5 0 - 5 6 ． [ 4 ] 王振文，江培海，尹飞．密闭式电解槽及电解系统中 国，C N 2 0 0 7 1 0 1 7 8 2 5 0 ．4 [ P ] ．2 0 0 8 0 8 2 7 ． [ 5 ] 王振文，江培海，尹飞，等．采用密闭电解槽电积氯化钴 生产电钻工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 4 8 1 】． ∞；o o ％髂∞ ∞∞∞mⅢ“挈篡黧一。篡嚣豸 Z 1 1 1 3 一 一 ． 2 4 7 O 0 0 1 毗打o oⅢⅢ啪加o|妻㈣㈣渤川 祟麓篇 ㈣呲吣㈣2 5 7 万方数据