CN115961309A - 一种硫酸体系下电积钴的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硫酸体系下电积钴的方法，包括以下步骤：(1)将含钴低铜萃余液依次经过除铁锰工序、除铜工序，得到除杂后的电解液；除铁锰工序中的pH控制在3.5～4.0，除铜工序中的pH控制在5.5～6；(2)将除杂后的电解液经过电解槽电积，得到阴极钴和电解贫液，电解贫液返回浸出过程；将除杂后的电解液经过电解槽电积的工艺条件为：电流密度为200A/m2～300A/m2、电解槽的槽电压为2.0V～3.0V、电解槽中溶液采用强制循环并且循环量为12m3/h～20m3/h。本发明能够减少浓差极化现象、提高阴极钴质量。

Description

一种硫酸体系下电积钴的方法
技术领域
本发明属于电解钴技术领域，具体涉及一种硫酸体系下电积钴的方法。
背景技术
目前，刚果(金)中资企业从含钴低铜萃余液中提取回收钴的工艺一般采用“石灰除铁—一段沉钴—二段沉钴—压滤浆化洗涤—闪蒸干燥”工艺流程制成粗制氢氧化钴，该工艺流程长、药剂消耗高。同时粗制氢氧化钴品位仅为30％左右，而电解钴纯度可达到90％以上，这将大大节约产品运费和一些税费，另外也将降低下游客户的产品除杂难度，提高产品竞争力。
目前，电解钴生产主要有硫酸体系及盐酸体系两种方法，常见的为盐酸体系电解，盐酸体系电解具有电流密度高、品质好、电耗低等优点，同时得到的电钴可以成板，但氯化盐体系电解的时候阳极会产生氯气，对设备腐蚀较大，影响作业环境。同时由于刚果(金)基础工业薄弱，生产中需消耗大量的盐酸和液碱，其来源及价格等因素均导致该工艺在刚果(金)难以适用。硫酸体系电解由于在电解过程中会产生相应的酸，使溶液pH值下降，降低电流效率的同时影响到钴在阴极的沉积，得到的电钴脆性较大，难以成板。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种能够减少浓差极化现象、提高阴极钴质量的硫酸体系下电积钴的方法。
本发明采用以下技术方案：
一种硫酸体系下电积钴的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钴低铜萃余液依次经过除铁锰工序、除铜工序，得到除杂后的电解液；除铁锰工序中的pH控制在3.5～4.5，除铜工序中的pH控制在5.5～6；
(2)将除杂后的电解液经过电解槽电积，得到阴极钴和电解贫液，电解贫液返回浸出过程；将除杂后的电解液经过电解槽电积的工艺条件为：电流密度为200A/m2～300A/m2、电解槽的槽电压为2.0V～3.0V、电解槽中溶液采用强制循环并且循环量为12m3/h～20m3/h。
进一步地，所述含钴低铜萃余液中Co>3.5g/L、Cu<1.5g/L、Fe<2.5g/L；所述含钴低铜萃余液中的硫酸浓度为10g/L～30g/L。
进一步地，步骤(1)中除铁锰工序的工艺流程为：将含钴低铜萃余液加入氧化剂，调节混合溶液的电位至500mV～700mV，同时向混合溶液中加入石灰浆调节pH至3.5～4.0进行反应，得到除铁锰后液。
进一步地，所述氧化剂为焦亚硫酸钠溶液+压缩空气形成的混合物、SO2+压缩空气形成的混合物中的一种，焦亚硫酸钠溶液的浓度为10％～20％，焦亚硫酸钠溶液+压缩空气形成的混合物中焦亚硫酸钠溶液与压缩空气的体积比为1:800～1:2000；SO2+压缩空气形成的混合物中SO2浓度为1％～2.5％。
进一步地，向混合溶液中加入的石灰浆的浓度为15％～25％。
进一步地，步骤(1)中除铜工序的工艺流程为：将除铁锰后液加入浓度为15％～25％的石灰浆进行反应，反应过程中pH为5.5～6.0，反应结束后得到除杂后的电解液。
进一步地，所述除杂后的电解液中Co>3g/L、Cu<0.1g/L、Fe<0.05g/L、Mn<0.5g/L；所述除杂后的电解液的pH为5.5～6.0。
进一步地，步骤(2)中将除杂后的电解液经过旋流电解槽电积。
本发明的有益技术效果：本发明提供一种硫酸体系下低浓度钴溶液旋流电积生产电解钴的工艺方法，用以解决当前从含钴低铜萃余液中生产粗制氢氧化钴工艺流程长、药剂消耗高、产品钴含量偏低等问题。本发明控制电解液参数及利用旋流电积等方法消除浓差极化现象，提高阴极钴质量。
本发明能够缩短现有工艺流程，直接将含钴低铜萃余液除铁锰除铜后，利用旋流电积工艺实现钴金属的回收；本发明相比传统电积钴工艺，利用旋流电积技术消除浓差极化现象，实现低钴浓度电积生产阴极钴；本发明相比其他旋流电解钴工艺，结合原有粗制氢氧化钴生产除杂工艺，降低杂质元素浓度，以提高电解效率及阴极钴质量；本发明相比粗制氢氧化钴生产工艺，能够减少MgO等药剂的使用，一方面降低生产成本，另一方面减少系统镁离子的富集，减少后续溶液处理问题；本发明相对于氯盐体系电积生产钴，避免了氯盐的强腐蚀性及阳极氯气的生成，作业环境良好。本发明制备的产品钴含量高达90％以上，大幅度降低产品运费并能提高产品竞争力。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
本发明的一种硫酸体系下电积钴的方法，包括以下步骤：
(1)将含钴低铜萃余液依次经过除铁锰工序、除铜工序，得到除杂后的电解液；除铁锰工序中的pH控制在3.5～4.5，除铜工序中的pH控制在5.5～6；含钴低铜萃余液中Co>3.5g/L、Cu<1.5g/L、Fe<2.5g/L；所述含钴低铜萃余液中的硫酸浓度为10g/L～30g/L。除铁锰工序的工艺流程为：将含钴低铜萃余液加入氧化剂，得到混合溶液，调节混合溶液的电位至500mV～700mV，同时向混合溶液中加入石灰浆调节pH至3.5～4.0进行反应，得到除铁锰后液和铁锰渣，铁锰渣洗涤后干排。氧化剂为焦亚硫酸钠溶液+压缩空气形成的混合物、SO2+压缩空气形成的混合物中的一种，焦亚硫酸钠溶液的浓度为10％～20％，焦亚硫酸钠溶液+压缩空气形成的混合物中焦亚硫酸钠溶液与压缩空气的体积比为1:800～1:2000；SO2+压缩空气形成的混合物中SO2浓度为1％～2.5％。向混合溶液中加入的石灰浆的浓度为15％～25％。除铜工序的工艺流程为：将除铁锰后液加入浓度为15％～25％的石灰浆进行反应，反应过程中pH为5.5～6.0，反应结束后得到除杂后的电解液和铜渣，铜渣返回浸出过程。除杂后的电解液中Co>3g/L、Cu<0.1g/L、Fe<0.05g/L、Mn<0.5g/L；所述除杂后的电解液的pH为5.5～6.0。
(2)将除杂后的电解液经过电解槽电积，得到阴极钴和电解贫液，电解贫液返回浸出过程，作为浸出浓密机洗涤液。优选的，将除杂后的电解液经过旋流电解槽电积。将除杂后的电解液经过电解槽电积的工艺条件为：电流密度为200A/m2～300A/m2、电解槽的槽电压为2.0V～3.0V、电解槽中溶液采用强制循环并且循环量为12m3/h～20m3/h。本发明制成的阴极钴含量达90％以上。
下面通过实施例对本发明的技术方案进行进一步的解释说明。
实施例1
取某企业的含钴低铜萃余液，其主要成分如表1所示。
将含钴低铜萃余液依次经过除铁锰工序、除铜工序，得到除杂后的电解液，除铁锰工序、除铜工序的工艺流程如下：
除铁锰工序：将含钴低铜萃余液作为原料，加入浓度为15％的焦亚硫酸钠溶液，并通入空气，调节溶液电位至550mV，同时加入浓度为20％的石灰浆调节pH至3.8，反应结束后得到除铁锰后液，其成分如表1所示。
除铜工序：将除铁锰后液加入浓度为20％的石灰浆进行反应，调节pH为5.5,反应结束后得到除杂后的电解液，其成分如表1所示。
将得到的除铁锰除铜后的除杂后的电解液作为电解前液，进入旋流电解槽进行电积，工艺条件为：温度选择常温，电流密度为200A/m2，槽电压为2.4V，电解槽中溶液采用强制循环并且循环量为15m3/h，控制电解液中Co>3g/L，电解8h，得到管状电积钴，洗涤干燥后分析，得到电解钴15.7g，纯度为95.7％，电解效率为89％。
表1实施例1中料液成分表
Figure BDA0004032130280000051
Figure BDA0004032130280000061
实施例2
取某企业的含钴低铜萃余液，其主要成分如表2。
将含钴低铜萃余液依次经过除铁锰工序、除铜工序，得到除杂后的电解液，除铁锰工序、除铜工序的工艺流程如下：
除铁锰工序：将含钴低铜萃余液作为原料，加入浓度为1.5％的SO2气体，调节溶液电位至600mV，同时加入浓度为15％的石灰浆调节pH至3.5，反应结束后得到除铁锰后液，其成分如表2所示。
除铜工序：将除铁锰后液加入浓度为15％的石灰浆进行反应，调节pH为5.5，反应结束后得到除杂后的电解液，其成分如表2所示。
将得到的除铁锰除铜后的除杂后的电解液作为电解前液，进入旋流电解槽进行电积，工艺条件为：温度选择常温，电流密度为300A/m2，槽电压为2.7V，电解槽中溶液采用强制循环并且循环量为20m3/h，控制电解液中Co>3g/L，电解8h，得到管状电积钴，洗涤干燥后分析，得到电解钴21.9g，纯度为95.0％，电解效率为83％。
表2实施例2中料液成分表
Figure BDA0004032130280000062
实施例3
取某企业的含钴低铜萃余液，其主要成分如表3。
将含钴低铜萃余液依次经过除铁锰工序、除铜工序，得到除杂后的电解液，除铁锰工序、除铜工序的工艺流程如下：
除铁锰工序：将含钴低铜萃余液作为原料，加入浓度1％的SO2气体，调节溶液电位至550mV，同时加入浓度为25％的石灰浆调节pH至4.5，反应结束后得到除铁锰后液，其成分如表3所示。
除铜工序：将除铁锰后液加入浓度为25％的石灰浆进行反应，调节pH为6.0,反应结束后得到除杂后的电解液，其成分如表3所示。
将得到的除铁锰除铜后的除杂后的电解液作为电解前液，进入旋流电解槽进行电积，工艺条件为：温度选择常温，电流密度为250A/m2，槽电压为2.6V，电解槽中溶液采用强制循环并且循环量为18m3/h，控制电解液中Co>3g/L，电解8h，得到管状电积钴，洗涤干燥后分析，得到电解钴16.5g，纯度为93％，电解效率为75％。
表3实施例3中料液成分表
Figure BDA0004032130280000071

Claims (8)

1.一种硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将含钴低铜萃余液依次经过除铁锰工序、除铜工序，得到除杂后的电解液；除铁锰工序中的pH控制在3.5～4.5，除铜工序中的pH控制在5.5～6；
(2)将除杂后的电解液经过电解槽电积，得到阴极钴和电解贫液，电解贫液返回浸出过程；将除杂后的电解液经过电解槽电积的工艺条件为：电流密度为200A/m2～300A/m2、电解槽的槽电压为2.0V～3.0V、电解槽中溶液采用强制循环并且循环量为12m3/h～20m3/h。
2.根据权利要求1所述的硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，所述含钴低铜萃余液中Co＞3.5g/L、Cu＜1.5g/L、Fe＜2.5g/L；所述含钴低铜萃余液中的硫酸浓度为10g/L～30g/L。
3.根据权利要求1所述的硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，步骤(1)中除铁锰工序的工艺流程为：将含钴低铜萃余液加入氧化剂，调节混合溶液的电位至500mV～700mV，同时向混合溶液中加入石灰浆调节pH至3.5～4.0进行反应，得到除铁锰后液。
4.根据权利要求3所述的硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，所述氧化剂为焦亚硫酸钠溶液+压缩空气形成的混合物、SO2+压缩空气形成的混合物中的一种，焦亚硫酸钠溶液的浓度为10％～20％，焦亚硫酸钠溶液+压缩空气形成的混合物中焦亚硫酸钠溶液与压缩空气的体积比为1∶800～1∶2000；SO2+压缩空气形成的混合物中SO2浓度为1％～2.5％。
5.根据权利要求3所述的硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，向混合溶液中加入的石灰浆的浓度为15％～25％。
6.根据权利要求3所述的硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，步骤(1)中除铜工序的工艺流程为：将除铁锰后液加入浓度为15％～25％的石灰浆进行反应，反应过程中pH为5.5～6.0，反应结束后得到除杂后的电解液。
7.根据权利要求6所述的硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，所述除杂后的电解液中Co＞3g/L、Cu＜0.1g/L、Fe＜0.05g/L、Mn＜0.5g/L；所述除杂后的电解液的pH为5.5～6.0。
8.根据权利要求1所述的硫酸体系下电积钴的方法，其特征在于，步骤(2)中将除杂后的电解液经过旋流电解槽电积。
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