CN113953094A - 一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，属于元素分离技术领域，解决了现有技术中钴离子分离效率低且不彻底的问题。采用将钴离子螯合沉淀后浮选分离的方法实现镍钴的分离。包括：步骤1、通过pH调节剂将含镍、钴离子的溶液的pH调整至酸性；步骤2、在一定温度下，向上述溶液中同时加入钴离子螯合沉淀剂和颗粒稳定剂，搅拌混合，获得含有钴离子螯合沉淀颗粒的第一中间体系；步骤3、向第一中间体系中加入表面活性剂，并搅拌混合均匀，获得含有钴沉淀悬浮颗粒的第二中间体系；步骤4、采用浮选分离装置对上述第二中间体系进行充气浮选，收集得到含有钴沉淀的颗粒。本发明的方法有效解决了镍、钴分离的难题。
Description
技术领域
本发明属于元素分离技术领域，特别涉及一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法。
背景技术
钴是一种支撑高科技领域发展的战略关键金属。随着电子产品的普及和新能源汽车的推广，钴在电池材料中的应用越来越广泛，其需求量也与日俱增。目前，我国已成为钴消费第一大国。然而，我国钴储量仅占全球储量的1.1％，对外依存度超过90％，且大多以镍、铜等金属的硫化矿伴生。含钴矿物钴品位普遍偏低，直接冶炼提取工艺难度大、成本高，而且其产量也难以满足我国迅速增长的钴消费需求。因此，各类含钴二次资源(含钴固体废弃物、工业废水等)的开发是保障我国钴原料供应的有效途径。
含镍钴的冶炼渣、工业固废、废催化剂、废旧电池材料是重要的含钴二次资源，通过酸浸工艺可使金属组分进入到浸出液中；另外，还有一部分工业废水中存在一定浓度的镍钴离子。无论是含镍钴二次资源中钴的分离提取还是溶液中钴的净化除杂，都需要面临溶液中镍、钴离子的高效分离问题。
目前，溶液中镍钴的分离方法主要有化学沉淀法、溶剂萃取法、还有离子交换树脂法、氧化还原法等。镍、钴的化学沉淀分离是根据镍化合物与钴化合物两者间的溶度积差异来实现的；但沉淀法对于镍、钴选择性低，操作复杂而漫长，生产效率不高、投资费用较高，上述缺点限制了沉淀法在镍、钴分离中的应用范围。溶剂萃取技术由于具有高选择性、高回收率、流程简单、操作连续化和易于实现自动化等优点，已成为钴镍分离的主要工业方法，但该法使用的有机溶剂毒性大，损失多，污染严重且对钴离子含量低的镍钴体系，萃取效果不佳；采用沉淀法分离溶液中镍钴时，可用沉淀剂包括硫化物、黄药等，但同样受到钴离子含量低的影响，难以形成较大的沉淀颗粒，沉降过程缓慢，难以彻底分离。
溶液中镍钴分离难题的根本原因在于钴离子浓度普遍偏低，采用以上方法进行镍钴分离时，均存在选择性差、传质过程缓慢、分离效率低且不彻底等问题。因此，如何能有效实现各类含镍钴固体渣酸浸液中镍钴的高效分离是一个亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上分析，本发明旨在提供一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，用以解决现有技术中由于溶液中钴离子浓度低而造成的选择性差、分离效率低且不彻底的问题，本发明能实现溶液中镍、钴离子的高效分离。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，采用将钴离子螯合沉淀后浮选分离螯合沉淀物的方法实现镍钴的分离。
进一步的，包括：
步骤1、通过pH调节剂将含镍、钴离子的溶液的pH调整至酸性；
步骤2、在一定温度下，向上述溶液中同时加入钴离子螯合沉淀剂和颗粒稳定剂，搅拌混合，获得含有钴离子螯合沉淀颗粒的第一中间体系；
步骤3、向第一中间体系中加入表面活性剂，并搅拌混合均匀，获得含有钴沉淀悬浮颗粒的第二中间体系；
步骤4、采用浮选分离装置对上述第二中间体系进行充气浮选，收集得到含有钴沉淀的颗粒。
进一步的，所述步骤1中，含镍、钴离子的溶液中，镍离子的浓度为50mg/L～120g/L，钴离子的浓度为10mg/L～60g/L。
进一步的，所述步骤1中，调整后的溶液的pH为2.0～4.0。
进一步的，所述步骤2中，钴离子螯合沉淀剂为α-亚硝基-β-萘酚。
进一步的，所述步骤2中，温度为30～70℃。
进一步的，所述步骤2中，钴离子螯合沉淀剂的加入量与溶液中钴离子的摩尔比为3:1～10:1。
进一步的，所述步骤2中，颗粒稳定剂为含Fe3+溶液。
进一步的，所述步骤2中，颗粒稳定剂的加入量与溶液中钴离子的摩尔比为0.5:1～1.5:1。
进一步的，所述步骤2中，搅拌速率小于或等于100rpm，搅拌时间为10～60min。
与现有技术相比，本发明至少能实现以下技术效果之一：
1)本发明首次将螯合沉淀-浮选方法应用于溶液中镍钴离子的分离，利用钴离子螯合沉淀剂(α-亚硝基-β-萘酚)与钴离子的选择性络合作用，钴离子螯合沉淀剂与溶液中的钴离子选择性螯合，并通过同时加入的颗粒稳定剂，使钴离子与药剂的螯合物形成稳定的悬浮颗粒，再借助微泡浮选技术，最终实现溶液中钴离子的选择性提取，从而达到高效分离溶液中镍、钴离子的目的。本发明的方法可用于各种含有低浓度钴离子的溶液中镍钴离子分离及钴离子去除，镍钴分离效果好，钴离子回收率高，成本低，流程短。
2)现有的镍钴分离技术中的黄药沉淀除钴法由于溶液中钴离子浓度较低，要使反应迅速进行且除钴彻底，必须加入过量的黄药，用量一般为理论用量的10～15倍，为保证净化后溶液的品质，需要去除浸出液中过量的有机药剂，工艺流程长，成本高，且分离效果差。有机溶剂萃取法由于镍钴物化性质相近，需要多级萃取-洗涤-反萃，萃取级数一般在8级以上，存在流程长、有机试剂消耗大、废液量大等问题。本发明的方法与现有方法相比，本发明采用沉淀-浮选分离的方法实现钴离子去除，对溶液中金属离子浓度适用范围广，尤其在低浓度离子去除方面具有更强的适用性，试剂用量低；可连续进行，溶液处理量大，且固液分离速率快、镍钴离子分离更为彻底。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书中所特别指出的内容来实现和获得。
具体实施方式
以下结合具体实施例对一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本发明不限定于这些实施例中。
目前，溶液中镍钴的分离方法主要有化学沉淀法、溶剂萃取法、还有离子交换树脂法、氧化还原法等。镍、钴的化学沉淀分离是根据镍化合物与钴化合物两者间的溶度积差异来实现的；但沉淀法对于镍、钴选择性低，操作复杂而漫长，并且受到钴离子含量低的影响，难以形成较大的沉淀颗粒，沉降过程缓慢，难以彻底分离生产效率不高、投资费用较高。溶剂萃取技术由于具有高选择性、高回收率、流程简单、操作连续化和易于实现自动化等优点，已成为钴镍分离的主要工业方法，但该法使用的有机溶剂毒性大，损失多，污染严重且对钴离子含量低的镍钴体系，萃取效果不佳。
申请人经过深入研究，提供了一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，采用将钴离子螯合沉淀后浮选分离的方法实现镍钴的分离。
一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，包括以下步骤：
步骤1、通过pH调节剂将含镍、钴离子的溶液的pH调整至酸性；
步骤2、在一定温度下，向上述溶液中同时加入钴离子螯合沉淀剂和颗粒稳定剂，搅拌混合，获得含有钴离子螯合沉淀颗粒的第一中间体系；
步骤3、向第一中间体系中加入表面活性剂，并搅拌混合均匀，获得含有钴沉淀悬浮颗粒的第二中间体系；
步骤4、采用浮选分离装置对上述第二中间体系进行充气浮选，收集得到含有钴沉淀的颗粒，实现溶液中钴离子的选择性螯合沉淀-浮选去除，实现镍钴高效分离。
具体的，上述步骤1中，含镍、钴离子的溶液可以为湿法炼镍酸浸液，或含镍钴固体废弃物的酸性浸出液，或含镍钴电子垃圾酸性浸出液，或含镍钴的工业废水。其中镍、钴离子浓度范围分别为50mg/L～120g/L，10mg/L～60g/L。其中，镍离子的浓度为50mg/L～120g/L，示例性地，如50mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L、700mg/L、800mg/L、900mg/L、10g/L、30g/L、40g/L、50g/L、70g/L、90g/L、100g/L、120g/L；钴离子的浓度为10mg/L～60g/L，示例性地，如10mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L、500mg/L、600mg/L、700mg/L、800mg/L、900mg/L、10g/L、20g/L、30g/L、40g/L、50g/L、60g/L。
具体的，上述步骤1中，考虑到溶液pH过高会造成后续步骤中镍离子水解沉淀，从而影响镍钴离子的分离效率；溶液pH过低，将影响后续步骤中螯合沉淀剂与钴离子的络合沉淀效率。因此，控制步骤1中调整后的溶液的pH为2.0～4.0，示例性地，如2.0、2.2、2.8、3.0、3.5、3.8、4.0。
需要说明的是，上述步骤1中，pH调节剂为无机酸或碱，例如硫酸、盐酸或氢氧化钠等。
具体的，上述步骤2中，温度过高将使螯合沉淀剂分解，造成螯合沉淀剂的不必要损耗；温度过低，则加重处理过程中温度控制的难度；因此，控制温度为30～70℃，示例性地，如30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃。
具体的，上述步骤2中，钴离子螯合沉淀剂为α-亚硝基-β-萘酚。
考虑到钴离子螯合沉淀剂的加入量过低，则会造成溶液中钴离子的去除率偏低；沉淀剂加入量过高，则会造成试剂的浪费以及对溶液造成污染。因此，上述步骤2中，控制钴离子螯合沉淀剂的加入量与溶液中钴离子的摩尔比为3:1～10:1，示例性地，如3:1、4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1。
具体的，上述步骤2中，颗粒稳定剂为含Fe3+溶液，可以为硫酸铁溶液和/或氯化铁溶液。
具体的，上述步骤2中，含Fe3+溶液稳定钴离子螯合沉淀产物的原理是：鉴于溶液中钴离子浓度较低的特点，为保证钴离子螯合沉淀颗粒尺寸满足浮选过程要求，利用Fe3+易于水解形成Fe(OH)3絮体沉淀的特点，实现钴离子螯合沉淀颗粒尺寸的调控，使得较细微沉淀颗粒生长成为符合浮选要求的颗粒。
考虑到颗粒稳定剂的加入量过低，则会造成溶液中钴离子的去除率偏低；颗粒稳定剂的加入量过高，则会造成试剂的浪费以及对溶液造成铁离子污染。因此，控制颗粒稳定剂的加入量与溶液中钴离子的摩尔比为0.5:1～1.5:1，示例性地，如0.5:1、0.7:1、0.9:1、1:1、1.2:1、1.3:1、1.5:1。
具体的，上述步骤2中，搅拌速度过快会造成颗粒难以聚集长大，对后续浮选造成不利影响；搅拌时间过短会造成螯合沉淀不充分；时间过长则影响处理效率。因此，控制搅拌速率小于或等于100rpm，搅拌时间为10～60min，示例性地，如10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min。
具体的，上述步骤3中，表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十二烷基硫酸钠(SDS)和甲基异丁基甲醇(MIBC)中的一种或多种。
具体的，上述步骤3中，表面活性剂用于进一步调控颗粒尺寸及稳定性。考虑到表面活性剂的加入量过多，会造成溶液中表面活性剂的残留；加入量过少，则起不到调控颗粒尺寸的作用。因此，控制表面活性剂的添加量为10～100mg/L，示例性地，如10mg/L、15mg/L、20mg/L、25mg/L、30mg/L、40mg/L、45mg/L、50mg/L、55mg/L、60mg/L、65mg/L、70mg/L、80mg/L、85mg/L、90mg/L、95mg/L、100mg/L。
具体的，上述步骤3中，搅拌混合的时间为5～60min，示例性地，如5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min、60min。
具体的，上述步骤3中，影响悬浮颗粒的颗粒大小的因素主要包括颗粒稳定剂的加入量、搅拌混合时间、搅拌速度、离子浓度等；考虑到悬浮颗粒的颗粒尺寸过小，则浮选过程中难以被气泡黏附后浮选分离；颗粒尺寸过大，质量大、动量高难以被气泡带出。因此，控制悬浮颗粒的颗粒直径为20～50μm。
需要说明的是，发明人经过深入研究发现，由于溶液中钴离子浓度很低，形成的颗粒较小，如果采用沉淀过滤的方法则容易堵塞滤布，如果采用沉淀过滤的方法则需要形成大颗粒沉淀，生产时间长、并且需要更多的过量反应试剂来增大颗粒；生产效率低，反应试剂用量大，经济性差；因此，上述步骤4中，采用浮选分离装置对上述第二中间体系进行充气浮选。
具体的，上述步骤4中，浮选分离装置包括浮选机或浮选柱。
具体的，上述步骤4中，充气浮选的步骤包括：将第二中间体系通入浮选分离装置中，充气浮选；含有钴沉淀的颗粒随气泡上浮并富集在上部泡沫层中，随泡沫排出而被收集。
或者，上述步骤1-4中，将含镍、钴离子的溶液通入浮选分离装置中，然后将含镍、钴离子的溶液的pH调整至酸性；然后继续进行步骤2-4。
与现有技术相比，现有的溶液中镍钴分离普遍采用有机溶剂萃取法，然而由于镍钴物化性质相近，需要多级萃取-洗涤-反萃，萃取级数一般在8级以上，存在流程长、有机试剂消耗大、废液量大等问题。本发明的技术方案中利用钴离子螯合沉淀剂α-亚硝基-β-萘酚与溶液中的钴离子选择性螯合，通过同时加入的颗粒稳定剂，使钴离子与钴离子螯合沉淀剂形成稳定的悬浮沉淀颗粒，进而采用微泡浮选技术实现溶液中钴离子螯合沉淀颗粒的浮选分离，最终实现溶液中低浓度钴离子的选择性提取，从而达到高效分离溶液中镍、钴离子的目的；本发明的方法反应试剂用量少，反应时间短，生产效率高，经济效益显著，且镍钴分离效果良好。
实施例1
本实施例提供了一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，包括如下步骤：
向含有50mg/L镍离子和10mg/L钴离子的溶液中加入pH调节剂，调节溶液的pH值为2.0；控制溶液温度为30℃，向溶液中加入钴离子螯合沉淀剂α-亚硝基-β-萘酚，其加入量与溶液中钴离子的摩尔比为3:1，同时加入颗粒稳定剂(硫酸铁溶液)，其加入量与溶液中钴离子的摩尔比为0.5:1；在搅拌速度为50rpm条件下，搅拌10min，获得含有钴离子螯合沉淀颗粒的溶液(第一中间体系)；然后向混合溶液中加入10mg/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，进一步搅拌均匀得到含有钴沉淀悬浮颗粒的第二中间体系，搅拌时间为5min；鼓入气泡进行浮选，浮选的泡沫产品经干燥后获得富钴物质。经螯合沉淀-浮选过程，可将溶液中85.7％的钴离子浮选回收，镍离子浮选回收率为2.1％，获得的富钴物质中镍离子含量为2.1％，镍钴分离效果良好。
实施例2
本实施例提供了一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，包括如下步骤：
向含有75g/L镍离子和5g/L钴离子的溶液中加入pH调节剂，调节溶液的pH值为3.0；控制溶液温度为45℃，向溶液中加入钴离子螯合沉淀剂α-亚硝基-β-萘酚，其加入量与溶液中钴离子的摩尔比为5:1，同时加入颗粒稳定剂(氯化铁溶液)，其加入量与溶液中钴离子的摩尔比为1:1；在搅拌速度为75rpm条件下，搅拌30min，获得含有钴离子螯合沉淀颗粒的溶液(第一中间体系)；然后向混合溶液中加入50mg/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，进一步搅拌均匀得到含有钴沉淀悬浮颗粒的第二中间体系，搅拌时间为30min；鼓入气泡进行浮选，浮选的泡沫产品经干燥后获得富钴物质。经螯合沉淀-浮选过程，可将溶液中90.8％的钴离子浮选回收，镍离子浮选回收率为1.3％，获得的富钴物质中镍离子含量为3.6％，镍钴分离效果良好。
实施例3
本实施例提供了一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，包括如下步骤：
向含有120g/L镍离子和60g/L钴离子的溶液中加入pH调节剂，调节溶液的pH值为4.0；控制溶液温度为70℃，向溶液中加入钴离子螯合沉淀剂α-亚硝基-β-萘酚，其加入量与溶液中钴离子的摩尔比为10:1，同时加入颗粒稳定剂(硫酸铁和氯化铁的混合溶液)，其加入量与溶液中钴离子的摩尔比为1.5:1；在搅拌速度为100rpm条件下，搅拌60min，获得含有钴离子螯合沉淀颗粒的溶液(第一中间体系)；然后向混合溶液中加入100mg/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，进一步搅拌均匀得到含有钴沉淀悬浮颗粒的第二中间体系，搅拌时间为60min；鼓入气泡进行浮选，浮选的泡沫产品经干燥后获得富钴物质。经螯合沉淀-浮选过程，可将溶液中97.3％的钴离子浮选回收，镍离子浮选回收率为1.6％，获得的富钴物质中镍离子含量为3.9％，镍钴分离效果良好。
对比例1
本对比例提供了一种镍钴离子的分离方法，采用P507有机溶剂萃取法，处理与实施例1相同的含有镍、钴离子的溶液。采用此方法时，有机相组成15％P507、85％260#溶剂油，进行钠皂，实际皂化率70.47％。处理含镍、钴离子溶液时，溶液pH需调整到5.0～5.5，钴萃取率70％左右，经过8级萃取、8级洗涤、4级反萃，所得富镍溶液中镍钴浓度比达8000、富钴溶液中钴镍浓度比达12576。该对比例虽然也能实现溶液中镍钴离子的有效分离，但所需萃取-洗涤-反萃的级数多，流程长，且需要预先调整溶液pH以满足萃取要求，效率低。
本发明的技术方案中利用钴离子螯合沉淀剂(α-亚硝基-β-萘酚)与溶液中的钴离子选择性螯合，通过同时加入的颗粒稳定剂，使钴离子与钴离子螯合沉淀剂形成稳定的悬浮沉淀颗粒，进而采用微泡浮选技术实现溶液中钴离子螯合沉淀颗粒的浮选分离，最终实现溶液中低浓度钴离子的选择性提取，从而达到高效分离溶液中镍、钴离子的目的。本发明的方法反应试剂用量少，反应时间短，生产效率高，经济效益显著，且镍钴分离效果良好。
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揭露的技术范围内，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。
Claims (10)
1.一种溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，采用将钴离子螯合沉淀后浮选分离螯合沉淀物的方法实现镍钴的分离。
2.根据权利要求1所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，包括：
步骤1、通过pH调节剂将含镍、钴离子的溶液的pH调整至酸性；
步骤2、在一定温度下，向上述溶液中同时加入钴离子螯合沉淀剂和颗粒稳定剂，搅拌混合，获得含有钴离子螯合沉淀颗粒的第一中间体系；
步骤3、向第一中间体系中加入表面活性剂，并搅拌混合均匀，获得含有钴沉淀悬浮颗粒的第二中间体系；
步骤4、采用浮选分离装置对上述第二中间体系进行充气浮选，收集得到含有钴沉淀的颗粒。
3.根据权利要求2所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤1中，含镍、钴离子的溶液中，镍离子的浓度为50mg/L～120g/L，钴离子的浓度为10mg/L～60g/L。
4.根据权利要求2所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤1中，调整后的溶液的pH为2.0～4.0。
5.根据权利要求2所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤2中，钴离子螯合沉淀剂为α-亚硝基-β-萘酚。
6.根据权利要求2所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤2中，温度为30～70℃。
7.根据权利要求2所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤2中，钴离子螯合沉淀剂的加入量与溶液中钴离子的摩尔比为3:1～10:1。
8.根据权利要求2所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤2中，颗粒稳定剂为含Fe3+溶液。
9.根据权利要求2所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤2中，颗粒稳定剂的加入量与溶液中钴离子的摩尔比为0.5:1～1.5:1。
10.根据权利要求2-9所述的溶液中钴离子选择性沉淀浮选的镍钴分离方法，其特征在于，所述步骤2中，搅拌速率小于或等于100rpm，搅拌时间为10～60min。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 刘邦瑞: "日用化学产品达标生产及质量检测分析标准实用手册 第三卷", 冶金工业出版社, pages: 1687 - 1688 * |
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