CN109518225B

CN109518225B - 一种分离溶液中二价铁和钴镍的方法

Info

Publication number: CN109518225B
Application number: CN201910040018.7A
Authority: CN
Inventors: 阮书锋; 王振文; 江培海; 尹飞; 揭晓武; 张永禄; 崔成旺
Original assignee: BGRIMM Technology Group Co Ltd
Current assignee: BGRIMM Technology Group Co Ltd
Priority date: 2019-01-16
Filing date: 2019-01-16
Publication date: 2020-10-02
Anticipated expiration: 2039-01-16
Also published as: CN109518225A

Abstract

本发明公开了一种分离溶液中二价铁和钴镍的方法，将含二价铁的钴、镍溶液和除铁后溶液分别加入设有加热装置的溶液高位槽内；将加热后的溶液分别加入电解装置的阳极区和阴极区内；开启电解装置的电源，控制所述电解装置中阴极电流密度，并根据含二价铁钴镍溶液中二价铁含量控制阳极区的进料流量，根据阴极板厚度定期取出阴极剥取电积产出的粗制钴镍金属板；在电解一定时间后，溶液中的二价铁经过电解装置中阳极氧化为三价铁，并自流至带加热的中和搅拌反应罐内，采用过滤装置过滤洗涤后得到铁渣，实现含二价铁钴镍溶液中二价铁的脱除和钴镍的电积分离。该方法不需要消耗氧化剂和钴镍中和剂，而且充分利用电能，钴镍损失率低，产品钴镍含量高。

Description

一种分离溶液中二价铁和钴镍的方法

技术领域

本发明涉及有色金属湿法冶金技术领域，尤其涉及一种分离溶液中二价铁和钴镍的方法。

背景技术

目前，在钴、镍湿法冶金浸出过程中通常会产出含二价铁的钴、镍溶液，特别是在常压酸浸铜钴合金、钴冰铜、高镍铁合金过程中得到的钴镍浸出液，其二价铁含量5～70g/L，钴镍总含量3～50g/L,铜含量<0.1g/L，溶液pH值1.5～4.5，该溶液中二价铁性质与钴、镍相似，所以在钴镍分离提纯前必须先行脱除。在化工行业不发达的国家或地区针对这种含二价铁的钴镍溶液一般采用化学氧化中和除铁法脱除二价铁，除铁后溶液再采用中和沉淀法生产氢氧化钴镍产品，销售运输至化工行业发达的国家或地区进行进一步深加工和提纯。然而，采用化学氧化中和除铁-中和沉淀钴镍法分离溶液中二价铁和钴镍存在如下不足：

(1)化学氧化中和除铁法脱除二价铁需要消耗大量氧化剂，特别在化工行业不发达国家或地区氧化剂价格高昂，化学氧化除铁成本较高；

(2)化学氧化除铁过程中由于氧化剂的过氧化以及中和过程局部过碱，容易造成钴镍沉淀进入铁渣，造成钴镍的损失；

(3)除铁后溶液中钴镍需要采用中和剂中和沉淀为氢氧化钴镍，特别在化工行业不发达的国家或地区中和剂价格高昂，中和沉淀成本较高；

综上可见，针对钴、镍湿法冶金浸出过程中产出的含二价铁的钴、镍溶液中二价铁和钴镍的分离仍然缺乏合理有效的处理方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种分离溶液中二价铁和钴镍的方法，该方法不需要消耗氧化剂和钴镍中和剂，而且充分利用电能，钴镍损失率低，产品钴镍含量高。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种分离溶液中二价铁和钴镍的方法，所述方法包括：

步骤1、将含二价铁的钴、镍溶液和除铁后溶液分别加入设有加热装置的溶液高位槽内，并分别加热至30～60℃；

步骤2、将加热后的含二价铁的钴、镍溶液和除铁后溶液分别加入电解装置的阳极区和阴极区内，阴极区与阳极区的溶液采用隔膜隔离开；

步骤3、开启所述电解装置的电源，通过调整变压器电流输出，控制所述电解装置中阴极电流密度在50～300A/m²，并根据含二价铁钴镍溶液中二价铁含量控制阳极区的进料流量，根据阴极板厚度定期取出阴极剥取电积产出的粗制钴镍金属板；

步骤4、在电解一定时间后，溶液中的二价铁经过电解装置中阳极氧化为三价铁，并自流至带加热的中和搅拌反应罐内，再添加除铁中和剂进行处理，并采用过滤装置过滤洗涤后得到铁渣；

步骤5、经上述步骤连续循环，实现含二价铁钴镍溶液中二价铁的脱除和钴镍的电积分离。

在步骤1中，所述含二价铁的钴、镍溶液为钴、镍湿法冶金浸出过程中产出的含二价铁的钴、镍溶液；

进一步是在常压酸浸铜钴合金、钴冰铜、镍铁合金过程中得到的钴镍浸出液，具体组成为：二价铁含量5～70g/L；钴、镍总含量3～50g/L；铜含量<0.1g/L；溶液pH值为1.5～4.5。

在步骤2中，所采用的电解装置为常规隔膜电解槽、密闭隔膜电解槽或隔膜旋流电解槽；所述电解装置的阴极板材质为不锈钢、钛板、钴始极片或镍始极片中的至少一种；阳极板材质为石墨或铅板；

所采用的隔膜为耐酸材料制成，包括复合微孔隔膜、涤纶、丙纶、锦纶材质中的至少一种，且隔膜平均孔径为1.5～5μm。

在步骤2中，所述电解装置的阴极区内液面比阳极区液面高20～80mm；

阴、阳极板分别插入阴、阳极区内，同极之间的极距为100～250mm；

阴、阳极板分别通过导电棒、导电铜排和导电母排与变压整流后的直流电源的负极和正极连接。

在步骤3中，所述阴极板的厚度控制在2～10mm，并用剪板机剪成小片，包装销售。

在步骤4中，所采用的除铁中和剂为碳酸钙、氧化钙、碳酸钠或氢氧化钠中的至少一种。

在步骤4的中和搅拌反应罐内，加热升温至50～90℃，再添加除铁中和剂，控制中和沉淀终点pH值为3～4.5，中和时间为0.5～4小时。

在步骤4中，经过过滤装置处理后得到的滤液为除铁后液，具体为含二价铁<5g/L的钴镍溶液。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述方法不需要消耗氧化剂和钴镍中和剂，而且充分利用电能，在氧化脱除二价铁的同时电积产出粗制金属钴镍产品，钴镍损失率低，产品钴镍含量高，处理成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的分离溶液中二价铁和钴镍的方法流程示意图；

图2为本发明实施例所述方法具体实施的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。如图1所示为本发明实施例提供的分离溶液中二价铁和钴镍的方法流程示意图，所述方法包括：

在该步骤中，所述含二价铁的钴、镍溶液为钴、镍湿法冶金浸出过程中产出的含二价铁的钴、镍溶液；进一步是在常压酸浸铜钴合金、钴冰铜、镍铁合金过程中得到的钴镍浸出液，具体组成为：二价铁含量5～70g/L；钴、镍总含量3～50g/L；铜含量<0.1g/L；溶液pH值为1.5～4.5。这里，所述常压酸浸采用的酸为硫酸、盐酸、醋酸中的至少一种。

在该步骤中，所采用的电解装置为常规隔膜电解槽、密闭隔膜电解槽或隔膜旋流电解槽；

所述电解装置的阴极板材质为不锈钢、钛板、钴始极片或镍始极片中的至少一种；阳极板材质为石墨或铅板；

所述电解装置的阴极区内液面比阳极区液面高20～80mm；

该步骤中，所述阴极板的厚度控制在2～10mm，并用剪板机剪成小片，包装销售。

在该步骤中，所采用的除铁中和剂为碳酸钙、氧化钙、碳酸钠或氢氧化钠中的至少一种。

在中和搅拌反应罐内，加热升温至50～90℃，再添加除铁中和剂，控制中和沉淀终点pH值为3～4.5，中和时间为0.5～4小时。

另外，经过过滤装置处理后得到的滤液为除铁后液，具体为含二价铁<5g/L的钴镍溶液。可将该除铁后液送至所述步骤1中除铁后液加热高位槽中加热后补入电解装置阴极区。

在上述工艺实施过程中，具体采用电解装置在阳极区将溶液中二价铁氧化为三价铁，之后将溶液取出中和脱除溶液中铁；在电解氧化铁的同时，电解装置阴极区溶液中钴镍电积产出粗制钴镍金属板，实现溶液中二价铁的脱除和钴镍的电积，主要化学反应如下：

阳极氧化反应：

Fe²⁺＝Fe³⁺+e

中和除铁反应：

Fe³⁺+3OH^-＝Fe(OH)₃↓

阴极电积钴、镍反应：

Co²⁺+2e＝Co↓

Ni²⁺+2e＝Ni↓

下面以具体实施例对本发明所提供的方法进行详细描述：

实施例1、采用赞比亚某钴冰铜两段逆流常压硫酸浸出得到的含二价铁的钴浸出液，该浸出液的主要元素成分如下表1所示：

表1：

元素

Co

Ni

总Fe

Fe<sup>2+</sup>

Cu

pH值

含量/(g/L)

25.50

1.20

60.00

59.85

<0.005

3.0

如图2所示为本发明实施例所述方法具体实施的工艺流程图，基于图2，该方法包括：

取2L该溶液，加入阳极盛液烧杯中，并将盛溶液的烧杯放入水浴加热锅中加热至60℃，采用软管泵缓慢加入隔膜电解槽的阳极区，阳极采用石墨电极，溶液经电解氧化后从溢流口自流至阳极液中和除铁烧杯内。阴极采用316L不锈钢阴极，放入平均孔径为2.0μm的耐酸复合微孔隔膜袋内，采用隔膜袋将阴极液和阳极液隔离开，取除铁后液加入阴极盛液烧杯内用水浴锅加热至60℃，并采用软管泵连续加入隔膜电解槽的隔膜袋内，控制隔膜袋内阴极液面比阳极区液面高50mm；将阳极板和阴极板分别通过导线接至直流电源的正极和负极，开启电源供电，控制阴极电流密度100A/m²,电解。将电解氧化后自流出的阳极液采用水浴锅加热至80℃，开启搅拌，并缓慢添加碳酸钙，中和沉淀三价铁，并控制溶液中和终点pH值为3.8，沉淀2小时，过滤洗涤，得到的除铁后液二价铁、钴和镍的含量分别为3.10g/L、25.42g/L和1.20g/L,铁、钴和镍沉淀率分别为94.84％、0.30％和0.08％。将该除铁后液加入阴极盛液烧杯内，给阴极区补充溶液。如此连续循环电解18小时，取出阴极，洗涤后，剥取电积的金属板，该金属板中钴、镍、铁含量分别为92.15％、3.14％和2.71％。

实施例2、采用刚果金某铜钴合金两段逆流常压盐酸浸出得到的含二价铁的钴浸出液，该浸出液的主要元素成分如下表2所示：

表2：

元素	Co	Ni	总Fe	Fe<sup>2+</sup>	Cu	pH值
							含量/(g/L)	20.65	1.85	31.67	31.52	0.010	3.5

该方法包括：

取2L该溶液，加入阳极盛液烧杯中，并将盛溶液的烧杯放入水浴加热锅中加热至45℃，采用软管泵缓慢加入隔膜电解槽的阳极区，阳极采用石墨电极，溶液经电解氧化后从溢流口自流至阳极液中和除铁烧杯内。阴极采用钛板，放入平均孔径为2.5μm的丙纶隔膜袋内，采用隔膜袋将阴极液和阳极液隔离开，取除铁后液加入阴极盛液烧杯内用水浴锅加热至45℃，并采用软管泵连续加入隔膜电解槽的隔膜袋内，控制隔膜袋内阴极液面比阳极区液面高30mm；将阳极板和阴极板分别通过导线接至直流电源的正极和负极，开启电源供电，控制阴极电流密度80A/m²,电解。将电解氧化后自流出的阳极液采用水浴锅加热至70℃，开启搅拌，并缓慢添加氢氧化钠溶液，中和沉淀三价铁，并控制溶液中和终点pH值为4.0，沉淀1小时，过滤洗涤，得到的除铁后液二价铁、钴和镍的含量分别为1.24g/L、20.61g/L和1.85g/L,铁、钴和镍沉淀率分别为96.08％、0.19％和0.10％。将该除铁后液加入阴极盛液烧杯内，给阴极区补充溶液。如此连续循环电解8小时，取出阴极，洗涤后，剥取电积的金属板，该金属板中钴、镍、铁含量分别为93.56％、4.48％和1.96％。

实施例3、采用印度尼西亚高镍铁合金两段逆流常压硫酸浸出得到的含二价铁的镍浸出液，该浸出液的主要元素成分如下表3所示：

表3：

元素

Co

Ni

总Fe

Fe<sup>2+</sup>

Cu

pH值

含量/(g/L)

1.75

21.74

58.62

58.45

<0.005

4.0

该方法包括：

取2L该溶液，加入阳极盛液烧杯中，并将盛溶液的烧杯放入水浴加热锅中加热至50℃，采用软管泵缓慢加入隔膜电解槽的阳极区，阳极采用石墨电极，溶液经电解氧化后从溢流口自流至阳极液中和除铁烧杯内。阴极采用316L不锈钢阴极，放入平均孔径为2.8μm的涤纶隔膜袋内，采用隔膜袋将阴极液和阳极液隔离开，取除铁后液加入阴极盛液烧杯内用水浴锅加热至50℃，并采用软管泵连续加入隔膜电解槽的隔膜袋内，控制隔膜袋内阴极液面比阳极区液面高60mm；将阳极板和阴极板分别通过导线接至直流电源的正极和负极，开启电源供电，控制阴极电流密度150A/m²,电解。将电解氧化后自流出的阳极液采用水浴锅加热至85℃，开启搅拌，并缓慢添加碳酸钠溶液，中和沉淀三价铁，并控制溶液中和终点pH值为3.5，沉淀3小时，过滤洗涤，得到的除铁后液二价铁、钴和镍的含量分别为3.05g/L、1.75g/L和21.68g/L,铁、钴和镍沉淀率分别为94.80％、0.07％和0.28％。将该除铁后液加入阴极盛液烧杯内，给阴极区补充溶液。如此连续循环电解18小时，取出阴极，洗涤后，剥取电积的金属板，该金属板中钴、镍、铁含量分别为4.54％、91.78％和3.68％。

值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

综上所述，本发明实施例所述方法具有如下优点：

(1)采用电能氧化溶液中二价铁，不消耗其它氧化剂。

(2)在电解过程中同时实现了在阳极区氧化二价铁和阴极电积产出粗制钴镍金属板，充分利用电能，不需要采用钴镍中和剂来沉淀生产氢氧化钴镍，处理成本低。

(3)采用电能分离溶液中二价铁和钴镍，不消化氯气、氯酸钠、次氯酸钠、双氧水等氧化剂，不消耗氢氧化钠、碳酸钠、活性氧化镁等钴镍中和剂，应用地区较广，特别适合于化工行业不发达，氧化剂和钴镍中和剂生产与采购困难的国家或地区应用。

(4)电解得到的粗制钴镍金属板中钴、镍含量高，钴、镍总含量大于90％，与传统工艺生产钴、镍总含量35％左右的氢氧化钴镍产品相比，运至钴镍精加工厂所在地的吨钴单位运输成本降低。

(5)除铁先采用电解将二价铁氧化为三价铁，之后中和沉淀三价铁，二价铁的氧化和中和沉淀分步进行来实现铁的脱除，沉淀过程不容易形成局部过碱，钴镍沉淀进入铁渣造成的损失低，钴镍损失率<0.5％。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种分离溶液中二价铁和钴镍的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、将含二价铁的钴、镍溶液和除铁后溶液分别加入设有加热装置的溶液高位槽内，并分别加热至30～60℃；其中，所述含二价铁的钴、镍溶液是在常压酸浸铜钴合金、钴冰铜、镍铁合金过程中得到的钴镍浸出液，具体组成为：二价铁含量5～70g/L；钴、镍总含量3～50g/L；铜含量<0.1g/L；溶液pH值为1.5～4.5；

2.根据权利要求1所述分离溶液中二价铁和钴镍的方法，其特征在于，在步骤2中，所采用的电解装置为常规隔膜电解槽、密闭隔膜电解槽或隔膜旋流电解槽；

3.根据权利要求1所述分离溶液中二价铁和钴镍的方法，其特征在于，在步骤2中，所述电解装置的阴极区内液面比阳极区液面高20～80mm；

4.根据权利要求1所述分离溶液中二价铁和钴镍的方法，其特征在于，在步骤3中，所述阴极板的厚度控制在2～10mm，并用剪板机剪成小片，包装销售。

5.根据权利要求1所述分离溶液中二价铁和钴镍的方法，其特征在于，在步骤4中，所采用的除铁中和剂为碳酸钙、氧化钙、碳酸钠或氢氧化钠中的至少一种。

6.根据权利要求1所述分离溶液中二价铁和钴镍的方法，其特征在于，在步骤4的中和搅拌反应罐内，加热升温至50～90℃，再添加除铁中和剂，控制中和沉淀终点pH值为3～4.5，中和时间为0.5～4小时。

7.根据权利要求1所述分离溶液中二价铁和钴镍的方法，其特征在于，在步骤4中，经过过滤装置处理后得到的滤液为除铁后液，具体为含二价铁<5g/L的钴镍溶液。