1、從濕法煉鋅除鈷渣的浸出液中分離鈷的研究李林波,洪濤,賈青,王成剛(西安建筑科技大學(xué)冶金工程學(xué)院,陜西西安710055摘要:從理論上分析了用氧化劑將濕法煉鋅除鈷渣浸出溶液中的Co (氧化成Co (,使鈷以Co (OH 3的形式沉淀出的可能性,考察了溫度、p H 、凝聚劑對鈷氧化沉淀的影響,初步確定出溶液中鈷氧化沉淀的較優(yōu)條件,并對沉淀的顆粒進行了X 2射線衍射分析,拍攝了顆粒的SEM 照片。關(guān)鍵詞:除鈷渣;鈷;氧化分離中圖分類號:TF816文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-7545(200403-0013-03Study on Cobalt Extraction from Cobalt Sla

2、g Leached SolutionL I Lin 2bo ,HON G Tao ,J IA Qing ,WAN G Cheng 2gang(School of Metallurgy Engineering ,Xi an University of Architecture &Technology ,Shaanxi ,Xi an 710055,China Abstract :The precipitated possibility of Co (OH 3deposition is analyzed in theory by oxidizing the Co 2+to Co 3+with

3、 oxidant ,the Co 2+is coming from the electrolytic zinc de 2cobalt slag leached solution 1The effect of the temperature ,p H ,flocculating agent on the Co deposition are studied ,and the better parameters are con 2firmed ,the sediment is analyzed by X 2ray and SEM 1K eyw ords :Cobalt slag ;Cobalt ;O

4、xidation 2deposition作者簡介:李林波(1974-,男,河南省三門峽人,講師,博士研究生鈷在濕法煉鋅過程中是一種有害的金屬元素。在濕法煉鋅工藝中常用鋅粉加銻鹽的方法將鈷從溶液中置換除去,得到的固體沉淀稱為“鈷渣”。鈷渣中金屬鋅的含量達60%70%,鈷含量一般在018%112%,其余是氧化鋅和硫酸鋅。該種渣具有再利用價值,一些學(xué)者1-6提出了幾個鈷渣分離的方法,但都存在工藝復(fù)雜,技術(shù)難度大,分離成本高的問題,無法在工業(yè)上應(yīng)用,因此大多數(shù)煉鋅企業(yè)只得將這部分渣堆放。為此作者提出了氧化沉淀分離法,即用強氧化劑將溶液中的Co (氧化成Co (,使鈷以Co (OH 3的形式沉淀。沉鈷后

5、的硫酸鋅溶液返回?zé)掍\的主流程生產(chǎn)金屬鋅。該法突出的優(yōu)點是設(shè)備簡單,工藝流程短,與主流程結(jié)合緊密。但該法成敗的關(guān)鍵是鈷能否氧化沉淀,為此本文研究了用過硫酸鹽氧化沉淀混合溶液中鈷的特性,為新工藝的開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。1試驗原料與研究方法試驗所用的鈷渣為產(chǎn)自陜西某地的銻鹽除鈷渣,其主要成分為(%:鋅60101,鈷0131,鐵、銅、鎘微量。按照不同研究目的采用鋅、鈷混合溶液和鈷渣浸出溶液進行研究。所用的鋅、鈷混合溶液采用分析純試劑配制;鈷渣浸出溶液是80、液固比101、70g/L 硫酸浸出的溶液。進行反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度、氧化劑濃度、p H 值等條件的單因素試驗。采用分光光度法分析Co 2+,絡(luò)合滴定法分

6、析Zn 2+。確定溶液中的Co 2+濃度和濾餅中的Co 2+和Zn 2+含量,以氧化沉淀率來表示鈷的氧化沉淀程度和鋅、鈷的分離效果。2結(jié)果與討論 211氧化沉鈷的理論分析除鈷渣用硫酸溶液浸出后,得到的溶液中鋅鈷比高達1002001,鋅的含量為150g/L 時,鈷的含量約為1115g/L ,屬高鋅低鈷的混合溶液,為此繪制了鈷濃度0102mol/L 下鈷-水系電位-p H 圖(圖1。 圖1298K 下鈷-水系電位-pH 圖Fig 11Potential 2pH phase ofcobalt 2w ater at 298K 由圖1可知,溶液中Co 2+氧化Co 3+,需要很高的電位,Co (OH 3

7、開始沉淀的p H 為015,隨著酸度的降低,氧化的電位相應(yīng)減少,因此鈷氧化沉淀需用強氧化劑,溶液的p H 盡可能提高,由于溶液中含有硫酸鋅,沉鈷時溶液的p H 應(yīng)小于氫氧化鋅開始沉淀的p H 。但也應(yīng)看到,Co (OH 3穩(wěn)定存在的區(qū)域大部分在氧線之上,在氧化沉淀鈷時,氧化劑可能將水氧化,使氧化劑的耗量增大。在氧化劑中Na 2S 2O 8具有較高的電位,電位達210V ,而且不隨p H 而變,因此選擇過硫酸鈉為氧化沉淀劑最有效,同時Na 2S 2O 8氧化后的產(chǎn)物是Na 2SO 4,Na 2SO 4在煉鋅主流程中是除鐵的添加劑,產(chǎn)物對鋅回收有利。212各因素對鈷氧化沉淀率的影響21211溫度的

8、影響根據(jù)化學(xué)動力學(xué)理論,提高溶液的溫度可加快氧化反應(yīng)的速率。為此考察了溫度對氧化沉淀的影響。在溶液p H =4、Co 2+=01020mol/L 、Na 2S 2O 8濃度0105mol/L 、反應(yīng)時間3h 的條件下,溫度對鈷氧化沉淀的影響試驗結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,低于60時,氧化沉淀率很小,大于60后隨著溫度的上升,氧化沉淀反應(yīng)迅速增加,當(dāng)溫度達到80時,氧化沉淀率已近100%。圖2鈷氧化沉淀率與溫度關(guān)系圖Fig 12Percentage of cobalt oxidation 2depositionas f unction of temperature21212p H 的影響由熱力學(xué)

9、可知,增大溶液的p H 值,對提高鈷的氧化沉淀率有利,p H 對鈷的氧化沉淀率的影響如圖3所示,試驗條件:80、Co 2+=01020mol/L 、100ml 、Na 2S 2O 8=0105mol/L 、攪拌速度200r/min 、時間3h 。由圖3可知,當(dāng)p H 小于1時,沒有Co (OH 3沉淀,隨著p H 的增大,鈷的氧化沉淀率迅速提高,當(dāng)p H 達到410時,鈷的氧化沉淀已很完全。圖3鈷氧化沉淀率與pH 關(guān)系圖Fig 13P ercentage of cob alt oxid ation 2d epositionas f unction of pH21213凝聚劑的影響雖然的Co (

10、OH 3溶度積很小,但由于鈷的濃度很低,Co (OH 3顆粒難以長到足夠大,因此加入凝聚劑應(yīng)有利于Co (OH 3沉淀。試驗條件:80、Co 2+=01020mol/L 、Na 2S 2O 8=0105mol/L 、攪拌速度200r/min 、p H =410,試驗結(jié)果見圖4,由圖4可知,加入凝聚劑后氧化沉鈷可在2h 內(nèi)可完成,不加凝聚劑則要近5h 才可完成。凝聚劑對提高鈷的氧化沉淀率非常有效。213沉淀的物理特性為了了解沉淀的物相和結(jié)晶程度,對沉淀進行了射線衍射分析,衍射圖譜如圖5所示。與標(biāo)準(zhǔn)圖譜對比,沉淀為Co (OH 3,但衍射線的強度不大,說明沉淀結(jié)晶的完善程度不好。 圖4鈷氧化沉淀率

11、與時間關(guān)系圖Fig 14Percentage of cobalt oxidation 2deposition as f unction of test time圖6是Co (OH 3沉淀的SEM 照片,由圖6可知,沉淀的顆粒形貌近似球型,粒徑很小,一般為50nm ,粒徑分布較窄。 圖5Co(OH3沉淀的X 射線衍射圖譜Fig 15XR D pattern of Co(OH 3deposition3結(jié)論1利用Na 2S 2O 8作氧化劑,氧化沉淀鈷是可行的,除鈷率可達9915%以上。2溫度、p H 、凝聚劑對氧化沉淀有重要影響,較優(yōu)的條件為:溫度80、p H =410、加入凝聚劑。3Co (OH

12、 3沉淀近似球型,粒徑很小,粒徑分布較窄,結(jié)晶的完善程度不好。圖6Co(OH 3沉淀的SEM 照片F(xiàn)ig 16SEM pattern of Co(OH 3deposition參考文獻1Y ang Cao ,Paul Duby 1Cobalt cementation with ferroman 2ganeseJ 1Hydrometallurgy ,2001(61:1952D Stanojevic ,B Nikolic ,M Todorovic 1Evaluation of cobaltfrom cobaltic waste products from the production of elec

13、 2trolytic zinc and cadmium J 1Hydrometallurgy ,2000(54:1513Y an Wang ,Chunshan Zhou 1Hydrometallurgical process forrecovery of cobalt from zinc plant residueJ 1Hydrometal 2lurgy ,2002(63:2254R Raghavan ,R N Upadhyay 1Innovative hydrometal 2lurgical processing technique for industrial zinc and man 2ganese process residues J 1Hydrometallurgy ,1999(51:2075K Stole 2Hansen 1Model based analysis and control of a ce 2mentation process J 1Computers chem