CN109517982A - 一种铜钴合金的快速浸出方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铜钴合金的快速浸出方法，包括有以下步骤：（1）配制浓度为1‑6mol/L的硫酸溶液，并往里面添加硫酸铁，直至铁离子浓度达到25‑40g/L；（2）按液固比10‑15：1往步骤（1）的混合溶液内加入直径为50‑200μm的铜钴合金粉末，并对其进行搅拌使其发生反应；（3）待反应溶液内的Fe3+浓度低于8 g/L时，停止搅拌，静置，并将静置后分离出来的溶液导出至另一容器内，再往导出的溶液内通入氧气，直至该溶液内的Fe3+浓度达到20‑25 g/L时，再将其重新倒回，此后继续搅拌；（4）重复步骤（3），直至合金完全浸出。相比传统技术，本发明工艺简单、浸出速度快、成本低且无污染。

Description

一种铜钴合金的快速浸出方法
技术领域
本发明涉及一种合金处理方法，具体涉及一种铜钴合金的快速浸出方法。
背景技术
钴是一种重要的战略有色金属，广泛应用于锂离子电池正极材料等领域。我国钴资源非常缺乏，长期从钴资源丰富的刚果(金)、赞比亚等国进口，但是随着钴矿出口大国刚果(金)政府“限制钴矿出口，鼓励钴矿加工”政策的实施，钴矿转变为以电炉熔炼成铜钴合金出口，所以铜钴合金代替钴矿成为我国市场重要的钴原料。铜钴合金的主要成分为钴、铜和铁，主要以单质形态存在。铜钴合金湿法冶炼的主要技术难点在溶解浸出。目前文献报道的铜钴合金溶解浸出方法主要有电化学溶解法、氧化酸溶法、微气泡酸溶法、混酸体系溶解法和氟化物添加法等。电化学溶解法是将铜钴合金铸造成阳极板后在硫酸体系通入直流电进行电化学溶解，该方法虽然处理成本低，但存在溶解时间长、金属直收率低的缺点，且不利于连续化工业生产。氧化酸溶法则是磨细后的铜钴合金在硫酸体系用氧化剂(氯气、次氯酸钠、氯酸钠、双氧水等)氧化溶解，虽然溶解效果较好，但是存在氧化剂消耗量大、成本高等缺点。微气泡酸溶法是在铜钴合金溶解体系中通入大量氧气，空气以微气泡的形式溶于水中，该法虽然成本较低，但存在溶解速度较慢，合金易结块等缺点。混酸体系溶解则是在含有催化剂的硫酸和硝酸等混合体系中溶解铜钴合金，虽然钴、铜浸出率较高，但是存在金属直收率低、操作环境差、成本高和含氮废水难处理等缺点。氟化物添加法是在溶解体系中添加氟化氢、氟化钠等氟化物，虽然具有溶解速度快等优点，但由于体系中引入了氟离子，给废水处理带来了较大难度。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种铜钴合金的快速浸出方法，该方法工艺简单、浸出速度快、成本低且无污染。
为实现上述目的，本发明提供了一种铜钴合金的快速浸出方法，包括有以下步骤：
（1）配制浓度为1-6mol/L的硫酸溶液，并往里面添加硫酸铁，直至铁离子浓度达到25-40g/L；
（2）按液固比10-15：1往步骤（1）的混合溶液内加入直径为50-200μm的铜钴合金粉末，并对其进行搅拌使其发生反应；
（3）待反应溶液内的Fe3+浓度低于8 g/L时，停止搅拌，静置，并将静置后分离出来的溶液导出至另一容器内，再往导出的溶液内通入氧气，直至该溶液内的Fe3+浓度达到20-25 g/L时，再将其重新倒回，此后继续搅拌；
（4）重复步骤（3），直至合金完全浸出。
上述方法中溶解反应过程发生的化学反应为：
Me+ H2SO4= MeSO4+ H2（Me分别为Ni、Fe、Co） （1）
Fe3++ Me= Fe2++ Me2+（Me分别为Cu、Fe、Co、Ni） （2）
4Fe2+ + 4H++ O2 = 4Fe3++2H2O （3）
其中Cu2+对反应（3）具有催化氧化作用。
本发明与传统的方法相比较，具有以下优点：
1、处理成本低。只需在反应开始时添加一定量的硫酸铁作为起始氧化剂，后续待反应溶液中的Fe3+浓度低于临界值时，可通过通入氧气加压氧化来循环获得，同时铜钴合金本身也含有大量Fe，亦可作为后续氧化剂的来源，因此综合处理成本较低。
2、浸出速度快。Fe3+是一种强氧化剂，EΘ(Fe3+/Fe2+)=0.770V，Cu、Co等有价金属与Fe3+反应较迅速。
3、环保，无污染。本发明工艺流程简单，劳动强度低、无有毒有害物质添加和产生，是一种安全环保的生产工艺。
本发明可进一步设置为步骤（2）的反应温度控制在40-90℃，在该温度下可进一步加快反应速度。反应溶液的pH值控制在1.0-1.5，在该pH值下亚铁离子氧化形成的铁离子不会发生水解。
本发明可进一步设置为步骤（3）中氧气的氧分压控制在0.05-0.2Mpa，通入氧气时，溶液的温度控制在60-95℃，pH值控制在1.0-1.5。由于溶液中存在的Cu2+具有催化氧化Fe2+作用，因此在上述条件下可进一步加快铁离子的产生。
本发明可进一步设置为搅拌速度保持在200-500r/min。
具体实施方式
实施例1
一种铜钴合金的快速浸出方法，包括有以下步骤：
（1）配制浓度为1mol/L的硫酸溶液，并往里面添加硫酸铁，直至铁离子浓度达到25g/L；
（2）按液固比10：1往步骤（1）的混合溶液内加入直径为50μm的铜钴合金粉末（各成分重量百分比为：Cu 10%，Co 44%，Fe 44%，Ni 1%，杂质余量），并对其进行搅拌使其发生反应，反应温度控制在40℃，反应溶液的pH值控制在1.0，搅拌速度保持在200r/min；
（3）待反应溶液内的Fe3+浓度低于8 g/L时，停止搅拌，静置，并将静置后分离出来的溶液导出至另一容器内，再往导出的溶液内通入氧气，氧气的氧分压控制在0.05Mpa，通入氧气时，溶液的温度控制在60℃，pH值控制在1.0，直至该溶液内的Fe3+浓度达到20 g/L时，再将其重新倒回，此后继续搅拌，搅拌速度保持在200r/min；
（4）重复步骤（3），直至合金完全浸出。
实施例2
一种铜钴合金的快速浸出方法，包括有以下步骤：
（1）配制浓度为3mol/L的硫酸溶液，并往里面添加硫酸铁，直至铁离子浓度达到30g/L；
（2）按液固比12：1往步骤（1）的混合溶液内加入直径为100μm的铜钴合金粉末（各成分重量百分比为：Cu 38%，Co 30%，Fe 30%，Ni 0.3%，杂质余量），并对其进行搅拌使其发生反应，反应温度控制在60℃，反应溶液的pH值控制在1. 5，搅拌速度保持在300r/min；
（3）待反应溶液内的Fe3+浓度低于8 g/L时，停止搅拌，静置，并将静置后分离出来的溶液导出至另一容器内，再往导出的溶液内通入氧气，氧气的氧分压控制在0.1Mpa，通入氧气时，溶液的温度控制在70℃，pH值控制在1. 5，直至该溶液内的Fe3+浓度达到22 g/L时，再将其重新倒回，此后继续搅拌，搅拌速度保持在300r/min；
（4）重复步骤（3），直至合金完全浸出。
实施例3
一种铜钴合金的快速浸出方法，包括有以下步骤：
（1）配制浓度为4mol/L的硫酸溶液，并往里面添加硫酸铁，直至铁离子浓度达到35g/L；
（2）按液固比13：1往步骤（1）的混合溶液内加入直径为150μm的铜钴合金粉末（各成分重量百分比为：Cu 60%，Co 20%，Fe 10%，Ni 8.5%，杂质余量），并对其进行搅拌使其发生反应，反应温度控制在80℃，反应溶液的pH值控制在1.2，搅拌速度保持在400r/min；
（3）待反应溶液内的Fe3+浓度低于8 g/L时，停止搅拌，静置，并将静置后分离出来的溶液导出至另一容器内，再往导出的溶液内通入氧气，氧气的氧分压控制在0.15Mpa，通入氧气时，溶液的温度控制在80℃，pH值控制在1.2，直至该溶液内的Fe3+浓度达到24 g/L时，再将其重新倒回，此后继续搅拌，搅拌速度保持在400r/min；
（4）重复步骤（3），直至合金完全浸出。
实施例4
一种铜钴合金的快速浸出方法，包括有以下步骤：
（1）配制浓度为6mol/L的硫酸溶液，并往里面添加硫酸铁，直至铁离子浓度达到40g/L；
（2）按液固比15：1往步骤（1）的混合溶液内加入直径为200μm的铜钴合金粉末（各成分重量百分比为：Cu 70%，Co 15%，Fe 10%，Ni 4%，杂质余量），并对其进行搅拌使其发生反应，反应温度控制在90℃，反应溶液的pH值控制在1.4，搅拌速度保持在500r/min；
（3）待反应溶液内的Fe3+浓度低于8 g/L时，停止搅拌，静置，并将静置后分离出来的溶液导出至另一容器内，再往导出的溶液内通入氧气，氧气的氧分压控制在0.2Mpa，通入氧气时，溶液的温度控制在95℃，pH值控制在1.4，直至该溶液内的Fe3+浓度达到25 g/L时，再将其重新倒回，此后继续搅拌，搅拌速度保持在500r/min；
（4）重复步骤（3），直至合金完全浸出。
将上述实施例1-4浸出的合金进行过滤、洗涤并烘干处理。此后，通过称重可知铜、钴、镍的浸出率均达到99%以上，浸出率较高。

Claims (4)

1.一种铜钴合金的快速浸出方法，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）配制浓度为1-6mol/L的硫酸溶液，并往里面添加硫酸铁，直至铁离子浓度达到25-40g/L；
（2）按液固比10-15：1往步骤（1）的混合溶液内加入直径为50-200μm的铜钴合金粉末，并对其进行搅拌使其发生反应；
（3）待反应溶液内的Fe3+浓度低于8 g/L时，停止搅拌，静置，并将静置后分离出来的溶液导出至另一容器内，再往导出的溶液内通入氧气，直至该溶液内的Fe3+浓度达到20-25 g/L时，再将其重新倒回，此后继续搅拌；
（4）重复步骤（3），直至合金完全浸出。
2.根据权利要求1所述的一种铜钴合金的快速浸出方法，其特征在于：步骤（2）的反应温度控制在40-90℃，反应溶液的pH值控制在1.0-1.5。
3.根据权利要求1或2所述的一种铜钴合金的快速浸出方法，其特征在于：步骤（3）中氧气的氧分压控制在0.05-0.2Mpa，通入氧气时，溶液的温度控制在60-95℃，pH值控制在1.0-1.5。
4.根据权利要求1所述的一种铜钴合金的快速浸出方法，其特征在于：搅拌速度保持在200-500r/min。
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