從凈化鈷渣中富集Co的工藝研究*

任 婷，牟興兵，施輝獻，莊曉東，袁 野，徐慶鑫

（昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明 650031）

鈷是新能源電池材料、電子設備、超級耐熱合金、催化劑的重要原料，廣泛應用于航天、醫療、化工、生物等領域[1-3]。我國的鈷資源含量較為匱乏，但也是鈷消費大國。除了鈷冶煉以獲得精煉鈷之外，從各種二次廢料中回收鈷等有價金屬尤為重要[4-6]。其中，濕法煉鋅在凈化階段產生的凈化鈷渣是重要的富含鈷資源的二次固廢，從中回收鈷資源不僅可以補充鈷元素的來源、同時提升企業的經濟效益。

云南某冶煉廠在鋅冶煉的凈化階段使用有機沉鈷試劑，產生的凈化鈷渣會選擇堆存和外售，但在堆存過程中有環境污染的隱患，同時鈷、鋅等有價金屬被浪費，凈化鈷渣品位較低，外售價格較低。為了提高凈化鈷渣中鈷的品位，有必要開發一種經濟有效的鈷渣富集工藝。

1 試驗

1.1 原料及設備

試驗中使用的原料來自于某冶煉廠凈化車間除鈷段后產生的凈化鈷渣，呈黃綠色，其主要成分見表1。

表1 凈化鈷渣的主要元素分析結果Tab.1 Main element analysis results of purified cobalt slag %

試驗試劑主要有分析純濃硫酸、分析純氫氧化鈉，設備主要有恒溫水浴鍋、循環水真空泵、馬弗爐、鼓風干燥箱、電子天平等。

1.2 試驗方法

凈化鈷渣中的Zn主要以硫酸鋅形式存在，Cd、Fe主要以硫酸鹽和硫化物存在，Fe同時還以針鐵礦形式存在，酸浸過程中可以將部分Zn、Cd和Fe溶出進入溶液，可以將酸浸溶液返回到鋅冶煉系統回收鋅，而Co、Si則留在渣中，為了實現脫Si，可以使用堿浸浸出，Co的存在形式是高價鈷與有機凈化劑形成的配合物，在常規條件下很難浸出，在焙燒過程中將凈化鈷渣中的有機物燃燒除去，大部分的鈷則留在焙砂中。

2 試驗結果及討論

2.1 酸浸實驗

2.1.1 酸度的影響

不同硫酸濃度對凈化鈷渣中鋅、鈷元素的浸出率的影響結果如圖1所示。試驗條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，硫酸濃度分別為40 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L、120 g/L，溫度60℃，時間2 h，液固比10∶1。從圖1可以看出，Zn的浸出率隨著硫酸濃度的提升變化較小，但Zn的浸出率都可以達到90%以上，在硫酸濃度為100 g/L時Zn的浸出率可以達到97.7%。Co的浸出率隨著硫酸濃度的升高而增加，但酸度過高會導致Co的浸出率大幅提升，綜合考慮到Zn、Co的浸出分離效果，確定100 g/L為最佳硫酸濃度。

圖1 酸度對浸出率的影響Fig.1 Effect of acidity on leaching rate

2.1.2 浸出溫度的影響

不同浸出溫度對凈化鈷渣中鎳鈷浸出率的影響結果如圖2所示。試驗條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，溫度分別為20℃、40℃、60℃、80℃，酸度100 g/L，時間2 h，液固比10∶1。由圖2可知，隨著浸出溫度的升高，Zn的浸出率先大幅提升然后小幅提高，浸出率從溫度20℃的73.59%升高至60℃的97.7%，Co的浸出率呈增長狀態。溫度增加到80℃時，Zn、Co的浸出率只有很小幅的增加，溫度越高，浸出率也會越高，但能耗隨之增加，綜合考慮，能耗與Zn、Co的分離效果，選擇60℃為最佳浸出溫度。

圖2 溫度對浸出率的影響Fig.2 Effect of temperature on leaching rate

2.1.3 浸出時間的影響

不同浸出時間對凈化鈷渣中鎳鈷浸出率的影響結果如圖3所示。試驗條件為取50 g凈化鈷渣，置于燒杯中，時間分別為1 h、2 h、3 h、4 h，硫酸濃度100 g/L，溫度60℃，液固比10∶1。從圖3可以看出，隨著浸出時間的增加，Zn、Co的浸出率都在增加。當浸出試驗進行到2 h時，Zn、Co的浸出率分別達到97.7%和10.29%。相比于浸出時間的增加，Zn和Co的浸出率僅有小幅的增加，綜上所述，浸出時間為2 h時最有利于Zn、Co的分離浸出。

圖3 時間對浸出率的影響Fig.3 Effect of time on leaching rate

根據上述的試驗結果，可以確定凈化鈷渣的最佳工藝條件為硫酸濃度為100 g/L、浸出溫度60℃、浸出時間2 h、液固比10∶1，Zn、Co的分離效果較好。

2.2 堿浸試驗

由于凈化鈷渣中硅含量較高，在酸浸過程中，SiO2仍留在渣中，為了提升最終含鈷焙砂中Co的含量，進行堿浸脫硅試驗。試驗條件為取酸浸后的凈化鈷渣50 g、置于燒杯中，氫氧化鈉濃度分別為 40 g/L、60 g/L、80 g/L、100 g/L，溫度 80℃，堿浸時間為60 min、液固比10∶1，堿浸濃度對酸浸鈷渣的影響試驗結果見圖4。如圖4所示，堿浸濃度為80 g/L，脫硅率最大，可以達到98.34%，再次提高堿度，硅的脫除率反而有小幅的降低。綜合考慮，確定堿度為80 g/L為宜。

圖4 堿浸濃度對浸出率的影響Fig.4 Effect of alkaline leaching concentration on leaching rate

對于酸浸后凈化鈷渣進行堿浸脫硅，在溫度80℃、氫氧化鈉濃度80 g/L、堿浸時間60 min、液固比10∶1的條件下，脫硅率達到98.34%。

2.3 焙燒試驗

在焙燒過程中可以將凈化鈷渣中的有機物燃燒除去，鈷元素會留在焙砂中。將堿浸后的鈷渣進行焙燒試驗，焙燒試驗條件為溫度800℃、升溫2 h、保溫2 h，冷卻到室溫取出即可。將含鈷焙砂進行測試得到以下結果，其組分如表2所示。從表2中可以看出，含鈷焙砂中鈷的含量可以達到61.77%，綜合來看，該工藝流程簡單，金屬富集效果較好。

表2 含鈷焙砂組分分析結果Tab.2 Composition analysis results of cobalt-bearing calcining %

3 結語

1） 在硫酸濃度100 g/L、浸出溫度60℃、浸出時間2 h、液固比10∶1的條件下，Zn、Co的分離效果較好，同時酸浸溶液可以返回鋅冶煉系統進一步進行鋅的回收；

2）為了脫除酸浸凈化鈷渣中的硅，對其進行堿浸脫硅，在溫度80℃、氫氧化鈉濃度80 g/L、堿浸時間60 min、液固比10∶1的條件下，脫硅率達到98.34%；

3） 為了進一步提高鈷的品位，進行焙燒試驗，在溫度800℃、升溫2 h、保溫2 h，鈷的含量可以達到61.77%。