CN111172399A - 一种利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法：(1)将待处理的铜钴合金与金属萃取介质放入坩埚中，在惰性保护气氛下加热使金属萃取介质熔化并保温，待合金中的铜进入金属熔体后固液分离，得到残留合金和萃后熔体；(2)将萃后熔体进行真空蒸馏，分离萃取介质和铜，提取出铜。本发明利用金属熔体萃取处理铜钴合金分离出的金属铜可用作生产铜产品的优质原料，分离出的多孔铁钴硅合金颗粒，有较高的比表面积，极易破碎，后续采用酸性浸出时其浸出效果好。

Description

一种利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法

技术领域

本发明属于冶炼领域，涉及一种利用金属熔体萃取法从铜钴合金中提取分离钴、铜等有价金属的方法。

背景技术

近年来，我国铜、钴的消费量大幅增长，但受矿产资源条件的制约，供需形势严峻，我国铜资源的对外依存度始终维系在70％左右，钴资源对外依存度维系在90％左右。因此，铜和钴都属于我国严重紧缺的金属资源。刚果(金)和赞比亚是世界上最大的钴资源国，铜钴合金通过电炉还原熔炼氧化铜钴精矿制得，主要含铜：10～70％，铁：5％～50％，钴：10～40％，硅：0.1％～15％。铜钴合金是目前刚果(金)铜钴矿深加工产品的主要形式之一，也是我国今后进口铜、钴资源的主要原料之一。

目前处理铜钴合金的工艺多为湿法，由于铜钴合金硬度大，难溶解，处理的难度集中在铜钴合金的浸出工艺。现阶段主要的浸出工艺为：

1、电溶解法：将铜钴合金块作为阳极，铜板作阴极，在硫酸体系中电解使铜、钴从阳极上溶解进入溶液。此方法工艺操作简单，产品质量高，但工艺流程长，电耗高，钴回收率低。

2、直接酸性法：首先将铜钴合金送入球磨机或管磨机细磨，使铜钴合金粉末的粒度降至100μm以下，然后配入氧化剂，在硫酸、盐酸、硝酸或其混合酸体系中浸出，铜、钴等有价金属溶入酸性溶液。该方法反应速度慢，浸出效率低，而且生产流程长，成本高。

3、氯气浸出法：首先将铜钴合金磨细，然后在密闭的反应器中将铜钴合金粉末和盐酸加入反应器中，通入氯气进行氧化溶解。虽然浸出效率高，但对设备防腐和密闭性要求高。

4、高温高压浸出法：首先将铜钴合金磨细，使用盐酸或硫酸将合金粉末在一段常压和一段高温高压下浸出。该方法对设备要求较为严苛，需要设备在高温高压的条件下抗腐蚀。

铜钴合金经浸出处理后的浸出后液可经氧化中和法、黄钾铁矾法除铁后分别进入电铜、电钴的生产环节，也可使用萃取法分离金属离子。

但现有技术的浸出工艺普遍具有生产流程长，产生废水废气等缺点。为解决浸出率低的问题，还需先将铜钴合金磨细至一定粒度。由于铜钴合金硬度高，此预处理工序能耗非常高，设备损耗严重。因此亟需利用一种清洁高效的方法处理铜钴合金。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，其工艺流程图如图1所示，包括以下步骤：

(1)将待处理的铜钴合金与金属萃取介质放入坩埚中，在惰性保护气氛下加热使金属萃取介质熔化并保温，待合金中的铜进入金属熔体后固液分离，得到残留合金和萃后熔体；

(2)将萃后熔体进行真空蒸馏，分离萃取介质和铜，分离出的萃取介质可回收或重新利用。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，金属萃取介质为镁、铅中的任意一种或镁-铅二元合金。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，镁-铅二元合金中Mg与Pb的质量比为1:3，控制镁铅合金中Mg与Pb的质量比为1:3，可以最佳地在抑制钴和硅溶出的同时保持较高的铜萃取率，可提高蒸馏后铜的纯度。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，金属萃取介质与待处理的铜钴合金的质量比为(1:1)～(10:1)。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，加热的温度为700℃～1000℃，保温时间为0.5～4小时。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，待处理的铜钴合金的粒为0.1-5mm。

上述的方法，优选的，步骤(2)中，真空蒸馏时的气压小于200Pa，温度为800～1100℃，时间为1～4小时。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，残留合金为铁钴硅合金，呈现多孔状，易破碎研磨，有利于后续的高效酸性浸出分离钴、铁、硅。

上述的方法，优选的，步骤(1)中，固液分离的方法为过滤、虹吸或倾倒。

金属铜在镁熔体中有较大的溶解度，钴和硅的溶解度较小，铁基本不溶于镁；而且，金属铜在铅熔体中亦呈现一定溶解度，但铁、钴、硅基本不溶于铅熔体。因此，本发明将镁熔体和/或铅熔体作为金属熔体萃取介质，尤其选择镁铅二元合金作为金属熔体萃取介质，可选择性地溶解铜钴合金中的铜，铁、钴、硅不溶解而残留于固相合金中，从而实现金属铜与合金中其他元素相分离；再维持较低的真空度和较高的温度，可以使镁和铅在较高的饱和蒸气压下蒸发，实现萃取介质与金属铜的分离。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，铜的萃取率高达99％，且工艺过程中加入的金属萃取介质可以重新回收并利用，无“三废”产生，整个流程短，效率高，成本低。

(2)本发明利用金属熔体萃取处理铜钴合金分离出的金属铜可用作生产铜产品的优质原料，分离出的多孔铁钴硅合金颗粒，有较高的比表面积，极易破碎，后续采用酸性浸出时其浸出效果好。

综上所述，本发明采用简单的工艺流程实现了铜钴合金中铜和铁钴硅的深度分离，并获得高价值的铜原料，加入的金属萃取介质可通过真空蒸馏的方法回收并循环使用，经济效益显著。

附图说明

图1是本发明利用金属熔体萃取处理铜钴合金的工艺流程图。

图2是本发明实施例1中的镁熔体萃取后残留合金切面的能量色散X射线光谱图及所分析区域的扫描电子显微镜图像。

图3是本发明实施例3萃取后的残留合金(多孔铁钴硅合金)形貌图。

图4是本发明实施例3萃取后的残留合金(多孔铁钴硅合金)与铜钴合金在相同条件下直接酸浸时溶液中各元素浓度随时间变化图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种本发明的利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，包括以下步骤：

(1)将粒度为0.1～2mm的铜钴合金(Cu 21.8％，Co 33.8％，Fe 33.3％，Si11.2％)与镁粒混合(合金与镁的质量比为1:5)，加入坩埚中，在惰性保护气氛下加热至850℃使镁熔化，1小时后倾斜管式炉，使熔体流过钛网与残留合金分离，残留合金的形貌见图2，可以看出残留合金表面呈现多孔状；

(2)将步骤(1)分离出的萃后熔体在100Pa、900℃的条件下蒸馏2小时，使镁与铜分离。

采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测残留合金的成分和蒸馏分离出铜的成分，残留合金中各组分的质量百分含量为Cu 0.3％，Co 41.8％，Fe43.7％，Si 14.2％，蒸馏后铜粉中各组分的质量百分含量为Cu 93.7％，Co 4.3％，Si 0.9％，Mg 1.1％；铜的提取率高达99％。

为了验证展示金属熔体萃取后合金中铜的溶解情况，取本实施例步骤(1)中残留合金与镁铜熔体未进行分离的样品，冷却凝固后切开，采用扫描电子显微镜及能量色散X射线光谱分析检测，得到的残留合金切面的能量色散X射线光谱图及分析区域的扫描电子显微镜图像如图2所示。由图2可知，萃取后得到的残留合金中未检测到铜，说明铜几乎全部溶解至镁熔体中。

实施例2：

一种本发明的利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，包括以下步骤：

(1)将粒度为0.1～2mm的铜钴合金(Cu 21.8％，Co 33.8％，Fe 33.3％，Si11.2％)与质量比为1:3的镁、铅颗粒混合(铜钴合金与镁铅总质量的质量比为1:5)，加入坩埚中，在惰性保护气氛下加热至900℃使镁铅熔化，1小时后倾斜管式炉，使熔体流过钛网从而与残留合金分离；

(2)将萃后熔体在50Pa、1100℃的条件下蒸馏2小时，使镁铅与铜分离。

采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测残留合金的成分和蒸馏分离出的铜粉的成分，萃取残留合金中各组分的质量百分含量Cu 0.3％，Co 42.4％，Fe 43.1％，Si14.2％，蒸馏后铜粉中各组分的质量百分含量为Cu 98.9％，Co 0.2％，Mg 0.2％，Pb0.7％；铜的提取率高达99％。

实施例3：

一种本发明的利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，包括以下步骤：

(1)将粒度为2～4mm的铜钴合金(Cu 21.8％，Co 33.8％，Fe 33.3％，Si 11.2％)与镁粒混合(铜钴合金与镁的质量比为1:10)，加入坩埚中，在惰性保护气氛下加热至800℃使镁熔化，1小时后倾斜管式炉，使熔体流过钛网从而与残留合金分离；

(2)将萃后熔体在100Pa、900℃的条件下蒸馏1小时，使镁与铜分离。

采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测残留合金的成分和蒸馏分离出的铜粉的成分，萃取残留合金中各组分的质量百分含量Cu 0.1％，Co 41.5％，Fe 43.2％，Si14.2％，蒸馏后铜粉中各组分的质量百分含量为Cu 94.6％，Co 3.8％，Si 0.5％，Mg1.1％；铜的提取率为96％。

步骤(1)所得到萃取后的残留合金(多孔铁钴硅合金)形貌如图3所示，从图中可以看出残留合金呈多孔状，并且极易破碎研磨。

将步骤(1)得到的残留合金和铜钴合金颗粒分别加入6mol/L的酸(硫酸与盐酸摩尔比为3:2)中，并采用氯酸钠作氧化剂、浸出温度为50℃的条件下，分别浸出残留合金(萃后铁钴硅合金颗粒)与铜钴合金颗粒，其浸出效果对比见图4，从图4可以看出采用本发明的金属熔体萃取后得到的残留合金(萃后铁钴硅合金颗粒)，其后续酸性浸出效率得到显著提升。

实施例4：

一种本发明的利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，包括以下步骤：

(1)将粒度为2～4mm的铜钴合金(Cu 11.2％，Co 5.3％，Fe 81.2％，Si 2.3％)与镁粒混合(铜钴合金与镁的质量比为1:1)，加入坩埚中，在惰性保护气氛下加热至1000℃使镁熔化，0.5小时后倾斜管式炉，使熔体流过钛网从而与残留合金分离；

(2)将萃后熔体在100Pa、800℃的条件下蒸馏1小时，使镁与铜分离。

采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测残留合金的成分和蒸馏分离出的铜粉的成分，萃取残留合金中各组分的质量百分含量Cu 0.1％，Co 5.8％，Fe 91.5％，Si 2.6％，蒸馏后铜粉中各组分的质量百分含量为Cu 90.2％，Co 1.3％，Si 0.3％，Mg 8.2％，铜的提取率高达99％。

实施例5：

一种本发明的利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，包括以下步骤：

(1)将粒度为4～5mm的铜钴合金(Cu 69.4％，Co 12.2％，Fe 15.9％，Si 2.5％)与镁粒混合(铜钴合金与镁的质量比为1:10)，加入坩埚中，在惰性保护气氛下加热至900℃使镁熔化，1小时后倾斜管式炉，使熔体流过钛网从而与残留合金分离；

(2)将萃后熔体在50Pa、800℃的条件下蒸馏4小时，使镁与铜分离。

采用电感耦合等离子体发射光谱仪检测残留合金的成分和蒸馏分离出的铜粉的成分，萃取残留合金中各组分的质量百分含量Cu 10.3％，Co35.4％，Fe 47％，Si 7.3％，蒸馏后铜粉中各组分的质量百分含量为Cu 92.6％，Co 0.3％，Mg 7.1％，铜的提取率为95％。

Claims (9)

1.一种利用金属熔体萃取处理铜钴合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将待处理的铜钴合金与金属萃取介质放入坩埚中，在惰性保护气氛下加热使金属萃取介质熔化并保温，合金中的铜进入金属熔体后固液分离，得到残留合金和萃后熔体；

(2)将萃后熔体进行真空蒸馏，分离萃取介质和铜。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，金属萃取介质为镁、铅中的任意一种或镁-铅二元合金。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，镁-铅二元合金中Mg与Pb的质量比为1:3。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，金属萃取介质与待处理的铜钴合金的质量比为(1:1)～(10:1)。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，加热的温度为700℃～1000℃，保温时间为0.5～4小时。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，待处理的铜钴合金的粒为0.1-5mm。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，真空蒸馏时的气压小于200Pa，温度为800～1100℃，时间为1～4小时。

8.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，残留合金为铁钴硅合金，呈现多孔状。

9.如权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，固液分离的方法为过滤、虹吸或倾倒。

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