CN109825720B - 一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺 - Google Patents

一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺，包括有以下步骤：（1）铜钴合金电解，得到电解液、阳极泥、阴极铜；（2）开路电解液，往电解开路液中加入钴盐进行酸溶并浸出，将钴盐浸出液进行高压除铁处理，得到除铁后液和铁渣，往除铁后液中再次加入钴盐进行酸溶并浸出，浸出液依次萃取得到铜和钴；（3）将阳极泥进行焙烧，得到焙烧渣和二氧化硫，将焙烧渣浸出得到浸出液，浸出液萃取铜后形成萃余液和反萃富液，萃余液萃取得到钴，反萃富液电积得到铜。该冶金工艺具有生产成本低、环保安全、有价金属回收率高等优点。

Description

一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺
技术领域
本发明涉及一种冶金工艺，具体涉及一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺。
背景技术
钴是一种应用广泛的金属，广泛用于合金制造、锂电材料、陶瓷材料等领域。随着世界钴矿的不断开采，高品位钴矿不断减少，加之钴矿主产地各国出于对本国资源的保护以及为本国增加就业机会的考虑，越来越多的钴矿被预处理成钴含量较高的钴盐及铜钴合金后才被允许出口，所以寻找钴盐和铜钴合金的联合冶金处理方法就显得十分紧迫。
铜钴合金里面的铜、钴一般呈还原态，需要在酸性条件下氧化气氛中才能被浸出，而目前通常被充当氧化剂的有空气、氧气、氯气、氯酸钠等。但以空气为氧化剂时效率不高，以氧气为氧化剂时成本太大，以氯气为氧化剂时操作环境恶劣且氯气具有一定的危险性，以氯酸钠为氧化剂时同样面临成本太大的难题。
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和钴盐矿料的联合冶金工艺，该冶金工艺具有生产成本低、环保安全、有价金属回收率高等优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺，包括有以下步骤：
（1）铜钴合金电解，得到电解液、阳极泥、阴极铜；
（2）开路电解液，往电解开路液中加入钴盐进行酸溶并浸出，将钴盐浸出液进行高压除铁处理，得到除铁后液和铁渣，往除铁后液中再次加入钴盐进行酸溶并浸出，浸出液依次萃取得到铜和钴；
（3）将阳极泥进行焙烧，得到焙烧渣和二氧化硫，将焙烧渣浸出得到浸出液，浸出液萃取铜后形成萃余液和反萃富液，萃余液萃取得到钴，反萃富液电积得到铜。
本发明可进一步设置为步骤（1）中的电解采用挂篮电解，反应中控制电解液成分为：Cu 25-40g/L，Fe 10-20 g/L，H2SO4 80-160 g/L，温度30-60℃，电流密度150-250A/m2。
本发明还可进一步设置为步骤（2）中高压除铁的反应温度为170-210℃，氧分压为0.2-0.6Mpa，反应时间为2-5h。
本发明还可进一步设置为步骤（3）中焙烧的反应温度为180-450℃，反应时间为2-5h；焙烧渣浸出反应为温度30-80℃，反应时间为2-8h，反应PH值为1.0-1.5。
本发明还可进一步设置为步骤（3）中一部分反萃富液反向开路给步骤（1）电解液，从而作为电解液的补充来源，进一步降低生产成本，并使原料得到循环利用。
工艺流程中发生的化学反应为：
（1）铜钴合金挂篮电解：
阳极：Me(Co,Fe,Cu)= Me2+(Co,Fe,Cu)+2e
阴极：Cu2++2e = Cu
（2）电解液酸溶钴盐：Co(OH)2+H2SO4= CoSO4+2H2O
CoCO3+H2SO4= CoSO4+ H2O+ CO2
CoO+H2SO4= CoSO4+ H2O
（3）高压除铁：4Fe2+ +O2+4H+=4Fe3+ +2H2O
Fe2(SO4)3 + 3H2O= Fe2O3 +3H2SO4
（4）阳极泥焙烧浸出：S+O2=SO2
MeS+3/2O2=MeO+SO2
MeO+H2SO4= MeSO4+H2O
本发明的有益效果是：1、生产成本低。铜钴合金采用电解法回收有价金属较常规酸浸法节省大量辅料消耗，生产成本显著降低，且电解过程本身不耗酸；阳极泥因含硫量较高，采用先焙烧后浸出工艺，焙烧过程中产生的SO2用水吸收可制取稀硫酸，节省了整个冶金体系中辅料硫酸的消耗。2、环保安全。铜钴合金采用电解法避免了酸溶过程中产生的H2、SO2等气体的产生，提高了安全环保性，采用高压除铁工艺，所得铁渣含铁量较高，夹带有色金属量少，可直接作为低级颜料用于地砖、油漆、油墨和塑料等的着色，减少了常规除铁工艺过程中产生大量废铁渣的堆存。3、有价金属回收率高。铜钴有价金属综合回收率均达99.5%以上。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
某铜钴合金粒径为5-8mm，其成分以重量百分比计变为(%)：Cu 61.3%，Co 20. 1%，Fe 9.9%，Ni 1.1%，余量为杂质，将其挂篮电解，并控制电解液成分Cu 35g/L，Fe 10 g/L，H2SO4155 g/L，温度50℃，电流密度180A/m2。电解液连续开路，同时补充反萃富液，维持上述电解液离子浓度。电解后液酸溶氢氧化钴钴盐（钴盐以干基计算，含钴53.7%）。钴盐浸出液含Co 25.3g/L，Cu 6.7 g/L，Fe 26.8 g/L，PH值为1.5，此后采用高压除铁，控制除铁工艺：反应温度180℃，氧分压：0.3Mpa，反应时间4h，得到铁渣主要成分以重量百分比计为(%)：Fe64.3%，Co 0.3%，Cu 0.2%，Ni 0.01%，除铁后液含Co 25.2g/L，Cu 6.6g/L，Fe 0.8 g/L，H2SO4 70.8 g/L，再次酸溶氢氧化钴钴盐，控制PH值为1.5，反应后溶液含Co 48.1g/L，Cu6.1g/L，Fe 0.7 g/L，送萃铜萃钴工段。另一方面电解所得阳极泥主要成分以重量百分比计为(%)：Cu 41.3%，Co 23. 4%，Fe 8.2%，Ni 1.1%，S 23.6%，采用先焙烧后浸出工艺，控制焙烧反应温度450℃，反应时间4h，焙烧渣浸出控制反应温度50℃，反应时间4h，反应PH值为1.5，反应完成后浸出液含Co 25.2g/L，Cu 44.4g/L，Fe 8.8 g/L，该浸出液送萃铜萃钴工段。
实施例2
某铜钴合金粒径为3-5mm，以重量百分比计为(%)：Cu 66.3%，Co 22. 1%，Fe 8.5%，Ni 1.5%，余量为杂质，将其挂篮电解，控制电解液成分Cu 30g/L，Fe 12 g/L，H2SO4 155 g/L，温度55℃，电流密度200A/m2。电解液连续开路，同时补充反萃富液，维持上述电解液离子浓度。开路液酸溶碳酸钴钴盐（钴盐以干基计算，含钴41.2%）。钴盐浸出液含Co 24.1g/L，Cu10.1g/L，Fe 20.4 g/L，PH值为1.5，此后采用高压除铁，控制除铁工艺：反应温度185℃，氧分压：0.3Mpa，反应时间4h，得到铁渣主要成分以重量百分比计为(%)：Fe 65.1%，Co 0.3%，Cu 0.2%，Ni 0.02%，除铁后液含Co 24.0g/L，Cu 9.9g/L，Fe 0.3 g/L，H2SO4 59.1 g/L，再次酸溶碳酸钴钴盐，控制PH值为1.5，反应后溶液含Co 44.2g/L，Cu 9.8g/L，Fe 0.2g/L，送萃铜萃钴工段。另一方面电解所得阳极泥主要成分以重量百分比计为(%)：Cu 61.4%，Co18.7%，Fe 2.2%，Ni 1.1%，S 15.5%，采用先焙烧后浸出工艺，控制焙烧反应温度350℃，反应时间3h，焙烧渣浸出控制反应温度60℃，反应时间4h，反应PH值为1.5，浸出液含Co 22.5g/L，Cu 72.1g/L，Fe 2.6 g/L，该浸出液与钴盐酸溶中和浸出后送萃铜萃钴工段。
实施例3
某铜钴合金粒径为4-6mm，其成分以重量百分比计变为(%)：Cu 63.3%，Co 23. 1%，Fe 9.5%，Ni 1.2%，余量为杂质，将其挂篮电解，并控制电解液成分Cu 25g/L，Fe 15 g/L，H2SO4 80 g/L，温度30℃，电流密度150A/m2。电解液连续开路，同时补充反萃富液，维持上述电解液离子浓度。电解后液酸溶氢氧化钴钴盐（钴盐以干基计算，含钴55.6%）。钴盐浸出液含Co 26.3g/L，Cu 5.7 g/L，Fe 26.5 g/L，PH值为1.5，此后采用高压除铁，控制除铁工艺：反应温度170℃，氧分压：0.2Mpa，反应时间5h，得到铁渣主要成分以重量百分比计为(%)：Fe64.1%，Co 0.3%，Cu 0.2%，Ni 0.01%，除铁后液含Co 24.2g/L，Cu 6.8g/L，Fe 0.8 g/L，H2SO4 69.8 g/L，再次酸溶氢氧化钴钴盐，控制PH值为1.5，反应后溶液含Co 48.1g/L，Cu6.1g/L，Fe 0.7 g/L，送萃铜萃钴工段。另一方面电解所得阳极泥主要成分以重量百分比计为(%)：Cu 40.3%，Co 23. 8%，Fe 9.2%，Ni 1.1%，S 22.6%，采用先焙烧后浸出工艺，控制焙烧反应温度180℃，反应时间5h，焙烧渣浸出控制反应温度30℃，反应时间8h，反应PH值为1.0，反应完成后浸出液含Co 24.2g/L，Cu 45.4g/L，Fe 9.3 g/L，该浸出液送萃铜萃钴工段。
实施例4
某铜钴合金粒径为4-7mm，其成分以重量百分比计变为(%)：Cu 63.9%，Co 23. 2%，Fe 9.1%，Ni 1.2%，余量为杂质，将其挂篮电解，并控制电解液成分Cu 40g/L，Fe 20 g/L，H2SO4 160 g/L，温度60℃，电流密度250A/m2。电解液连续开路，同时补充反萃富液，维持上述电解液离子浓度。电解后液酸溶氢氧化钴钴盐（钴盐以干基计算，含钴56.6%）。钴盐浸出液含Co 27.3g/L，Cu 5.9 g/L，Fe 27.5 g/L，PH值为1.5，此后采用高压除铁，控制除铁工艺：反应温度210℃，氧分压：0.6Mpa，反应时间2h，得到铁渣主要成分以重量百分比计为(%)：Fe 63.1%，Co 0.3%，Cu 0.2%，Ni 0.01%，除铁后液含Co 22.2g/L，Cu 6.9g/L，Fe 0.8g/L，H2SO4 71.8 g/L，再次酸溶氢氧化钴钴盐，控制PH值为1.5，反应后溶液含Co 49.1g/L，Cu 6.3g/L，Fe 0.6 g/L，送萃铜萃钴工段。另一方面电解所得阳极泥主要成分以重量百分比计为(%)：Cu 39.3%，Co 24. 2%，Fe 9.5%，Ni 1.1%，S 23.6%，采用先焙烧后浸出工艺，控制焙烧反应温度300℃，反应时间2h，焙烧渣浸出控制反应温度80℃，反应时间2h，反应PH值为1.4，反应完成后浸出液含Co 23.2g/L，Cu 46.3g/L，Fe 9.1g/L，该浸出液送萃铜萃钴工段。
通过上述实施例1-4可进一步表明本发明具有以下优点：1、生产成本低。铜钴合金采用电解法回收有价金属较常规酸浸法节省大量辅料消耗，生产成本显著降低，且电解过程本身不耗酸；阳极泥因含硫量较高，采用先焙烧后浸出工艺，焙烧过程中产生的SO2用水吸收可制取稀硫酸，节省了整个冶金体系中辅料硫酸的消耗。2、环保安全。铜钴合金采用电解法避免了酸溶过程中产生的H2、SO2等气体的产生，提高了安全环保性，采用高压除铁工艺，所得铁渣含铁量较高，夹带有色金属量少，可直接作为低级颜料用于地砖、油漆、油墨和塑料等的着色，减少了常规除铁工艺过程中产生大量废铁渣的堆存。3、有价金属回收率高。铜钴有价金属综合回收率均达99.5%以上。

Claims (5)

1.一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺，其特征在于：包括有以下步骤：
（1）铜钴合金电解，得到电解液、阳极泥、阴极铜；
（2）开路电解液，往电解开路液中加入钴盐进行酸溶并浸出，将钴盐浸出液进行高压除铁处理，得到除铁后液和铁渣，往除铁后液中再次加入钴盐进行酸溶并浸出，浸出液依次萃取得到铜和钴；
（3）将阳极泥进行焙烧，得到焙烧渣和二氧化硫，将焙烧渣浸出得到浸出液，浸出液萃取铜后形成萃余液和反萃富液，萃余液萃取得到钴，反萃富液电积得到铜。
2.根据权利要求1所述的一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺，其特征在于：步骤（1）中的电解采用挂篮电解，反应中控制电解液成分为：Cu 25-40g/L，Fe 10-20 g/L，H2SO480-160 g/L，温度30-60℃，电流密度150-250A/m2。
3.根据权利要求1所述的一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺，其特征在于：步骤（2）中高压除铁的反应温度为170-210℃，氧分压为0.2-0.6Mpa，反应时间为2-5h。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺，其特征在于：步骤（3）中焙烧的反应温度为180-450℃，反应时间为2-5h；焙烧渣浸出反应为温度30-80℃，反应时间为2-8h，反应PH值为1.0-1.5。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种铜钴合金和钴盐矿料的联合冶金工艺，其特征在于：步骤（3）中一部分反萃富液反向开路给步骤（1）电解液。
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