全濕法冶煉提取鈷銅合金中有價(jià)金屬的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全濕法冶煉提取鈷銅合金中有價(jià)金屬的方法，包含以下步驟：在氣霧化制粉設(shè)備內(nèi)將鈷銅合金熔化，采用高壓惰性氣體將熔融態(tài)的鈷銅合金霧化制粉，過篩后得鈷銅合金粉；在常壓反應(yīng)器內(nèi)加入浸出劑和鈷銅合金粉，控制常壓反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)體系的電極電位，加熱達(dá)到浸出溫度后，通入氧化劑進(jìn)行選擇性浸出；鈷銅合金粉中的鐵和鈷進(jìn)入浸出液中；鈷銅合金粉中的銅被抑制于浸出渣中，而不進(jìn)入浸出液；對(duì)浸出液和/或浸出渣分別進(jìn)行冶金純化處理，得到相應(yīng)的有價(jià)金屬。本發(fā)明的方法具有清潔、高效、流程短、操作簡單、能耗低、金屬回收率高、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鈷銅合金的濕法冶金方法，尤其涉及一種綜合回收鈷銅合金中鈷、銅、 鐵的方法。 全濕法冶煉提取鈷銅合金中有價(jià)金屬的方法

【背景技術(shù)】
[0002] 鈷銅合金，其是銅冶煉過程中轉(zhuǎn)爐吹煉得到的轉(zhuǎn)爐渣經(jīng)電爐造硫和還原熔煉后得 到的富含銅、鈷、鐵等元素的合金渣。該鈷銅合金一般含鈷、銅和鐵，此外，還含有一定量的 硅、錳、鎳。當(dāng)鈷銅合金中含銅較多時(shí)，合金外表顏色呈現(xiàn)紫紅色，可稱之為紅合金；當(dāng)該鈷 銅合金中含鈷較多時(shí)，合金外表顏色呈現(xiàn)灰白色，可稱之為白合金。該鈷銅合金為水淬產(chǎn) 物，驟冷時(shí)邊部收縮，致使原料多為球狀，一般以8mm粒度為限，8mm粒徑以上則多為不規(guī)則 結(jié)核狀、渾圓狀周邊，棱角不突出，個(gè)別顆粒帶有枝杈似"水雷狀"，最大粒度的長軸可大于 20mm ;粒度8mm以下多為球粒狀，主要以2mm?5mm為主，粒度小于2mm的較少。此類鈷銅 合金大量來源于非洲，在當(dāng)?shù)匾讯汛媪私?0年。目前，該合金作為鈷、銅原料，大量從剛果 金、扎伊爾、贊比亞等國家輸入我國，成為我國廣泛使用、價(jià)值量大的有價(jià)原料，深受鈷、銅 加工企業(yè)的青睞。
[0003] 目前，處理鈷銅合金的主體工藝路線為：首先，將合金進(jìn)行球磨或水霧化制粉，將 合金制成一定粒度的合金粉，以備后續(xù)浸出使用；然后，在鹽酸、硫酸或二者混合酸中進(jìn)行 氧化浸出（或催化氧化浸出），使合金中的金屬元素鈷、銅、鐵較完全地浸出，并進(jìn)入浸出 液，以備后續(xù)凈化、分離使用；其次，將浸出液中大量的鐵除去，并在后續(xù)工藝中除去其他雜 質(zhì)元素；最后，分離、提純銅、鈷，根據(jù)所需產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，得到滿足國標(biāo)的相應(yīng)銅、鈷產(chǎn)品。在 前述常規(guī)的工藝操作中，由于鈷銅合金中鐵的含量很高（一般含鐵在30%左右，有的高達(dá) 40%，甚至50% )，該鈷銅合金中的鐵在浸出過程中幾乎完全浸出并進(jìn)入浸出液；在凈化除 鐵過程中，不僅需要消耗大量的試劑，動(dòng)力消耗大，而且工序較長、操作繁雜。更為重要的 是，該工藝路線的鐵渣量大，并夾帶了大量的鈷、銅有價(jià)元素，這導(dǎo)致鈷、銅大量損失（鈷損 失在7%左右），影響有價(jià)元素的回收率；同時(shí)還會(huì)增加后續(xù)處理的負(fù)荷，增加生產(chǎn)成本。
[0004] 此外，CN103436708A號(hào)中國專利文獻(xiàn)中公開了一種綜合回收鈷銅合金中鈷、銅、鐵 的方法，該方法采用高壓氧氣或富氧空氣將熔融態(tài)的鈷銅合金進(jìn)行氣霧化氧化制粉；然后， 采用加壓催化氧化浸出，使鈷銅合金中的鈷、銅氧化浸出；鈷銅合金中的鐵被浸出，以Fe 2+、 Fe3+的形式存在于浸出液中，在加壓、氧化劑及在pH為0. 5-1. 0的條件下，經(jīng)過浸出，轉(zhuǎn)化， 以鐵紅（Fe203)的形式沉淀，從而使之進(jìn)入浸出渣中；然后，通過過濾、固液分離得到浸出 渣，采用強(qiáng)磁選方法進(jìn)行磁選分離，得到符合國標(biāo)的鐵紅產(chǎn)品；最后，將所得浸出液進(jìn)行分 離、凈化、提純，分別得到符合國標(biāo)的鈷產(chǎn)品和銅產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)了鈷銅合金中高含量鐵的 綜合回收利用。該現(xiàn)有工藝雖然對(duì)鈷銅合金中的鈷、銅、鐵均進(jìn)行了有效回收，但該工藝過 程采用了操作復(fù)雜、且存在安全隱患的加壓浸出設(shè)施，工業(yè)化生產(chǎn)效率也有待提高。
[0005] 由上可見，現(xiàn)有處理鈷銅合金的工藝方案均存在工藝路線復(fù)雜、高含量的鐵沒有 得到綜合回收利用，且藥劑和材料用量大、設(shè)備投入多、工藝成本高、工藝安全性風(fēng)險(xiǎn)大等 不足，還需要本領(lǐng)域技術(shù)人員進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)和優(yōu)化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的工藝復(fù)雜、浸出率低、能耗高、效 率低、污染環(huán)境、渣量大、鈷銅回收率低、合金中鐵不能綜合回收利用等不足，提供一種清 潔、高效、流程短、操作簡單、能耗低、金屬回收率高、生產(chǎn)成本低的全濕法冶煉提取鈷銅合 金中有價(jià)金屬的方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種全濕法冶煉提取鈷銅合金中 有價(jià)金屬的方法，包含以下步驟：
[0008] (1)在氣霧化制粉設(shè)備內(nèi)將鈷銅合金熔化，采用高壓惰性氣體（優(yōu)選氮?dú)猓⑷廴?態(tài)的鈷銅合金霧化制粉，過篩后得鈷銅合金粉；本發(fā)明通過在操作的起始階段選用高壓惰 性氣體進(jìn)行霧化制粉，可以有效抑制銅等金屬的氧化，從而使后續(xù)浸出時(shí)銅被留存于浸出 渣中；
[0009] (2)在常壓反應(yīng)器內(nèi)加入浸出劑和上述步驟（1)制得的鈷銅合金粉，采用電位控 制系統(tǒng)，控制常壓反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)體系的電極電位，加熱達(dá)到浸出溫度后，通入氧化劑進(jìn)行選 擇性浸出（無需添加其他的催化劑），所述鈷銅合金粉中的鈷和鐵一般以Co 2+、Fe2+、Fe3+等 形式進(jìn)入浸出液中；所述鈷銅合金粉中的銅一般以合金的形式被抑制于浸出渣中而不進(jìn)入 浸出液；所述浸出過程中用到的常壓反應(yīng)器優(yōu)選為配備有電位控制系統(tǒng)和溫度控制系統(tǒng)的 常壓浸出設(shè)備，電位控制系統(tǒng)用于控制反應(yīng)體系的電極電位，而溫度控制系統(tǒng)則可控制反 應(yīng)體系的浸出溫度；
[0010] (3)對(duì)所述浸出液和/或浸出渣分別進(jìn)行冶金綜合處理，得到相應(yīng)的有價(jià)金屬。 [0011] 上述的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述步驟（1)中，作為原料的鈷銅合金，其主要成分 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：鈷8%?30%、銅10%?35%、鐵10%?50%。
[0012] 上述的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述步驟（1)中，過篩后得到的鈷銅合金粉的粒度控 制在-200目大于90%，過篩后的篩上物則返回氣霧化制粉設(shè)備內(nèi)重新進(jìn)行霧化制粉。
[0013] 上述的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述步驟（1)中，在氣霧化制粉設(shè)備內(nèi)將鈷銅合金熔 化的熔融溫度控制在1200°C?1600°C，以使之充分熔化，形成均一熔體；所述高壓惰性氣 體進(jìn)行霧化制粉時(shí)的氣體壓強(qiáng)控制在〇. 5Mpa?5. OMpa。
[0014] 上述的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述步驟（2)中，所述浸出劑為硫酸、鹽酸、硝酸中的 至少一種，添加浸出劑后反應(yīng)體系中的[H+]控制在0. 5mol ?Ι/1?lOmol ?Ι/1范圍內(nèi)；所述氧 化劑可以為過氧化氫、氯酸鉀、氯酸鈉、高錳酸鉀等，但優(yōu)選為空氣、氧氣或富氧空氣（更優(yōu) 選為氧氣），通入氧氣或富氧空氣后的氧分壓控制在〇. IMpa?1. OMpa (更優(yōu)選在0. IMpa? 0· 2Mpa)。
[0015] 上述的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述步驟（2)中，浸出溫度控制在60°C?110°C (更 優(yōu)選控制在80°C?110°C)，浸出液固比為（2?10) : 1，浸出時(shí)的攪拌速度為200r/ min?900r/min，浸出時(shí)間為30min?240min ;所述反應(yīng)體系的電極電位控制在100mV? 350mV(更優(yōu)選控制在150mV?250mV)。通過電位等工藝參數(shù)及條件的控制有利于在有價(jià) 金屬分離和有價(jià)金屬浸出之間達(dá)成更好地平衡。
[0016] 上述的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述步驟（3)中，對(duì)所述浸出液進(jìn)行冶金處理的操作 包括：將所得的浸出液加入一常壓反應(yīng)器中，并向容器中通入氧化劑，調(diào)節(jié)浸出液的pH值， 使浸出液中的鐵元素轉(zhuǎn)化為氧化鐵（Fe203)，再經(jīng)固液分離得到含F(xiàn)e20 3大于98. 0%的鐵紅 產(chǎn)品，該鐵紅產(chǎn)品可滿足GB1863-89中HCV%的要求；鈷則留存于浸出液中，實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬 鐵和鈷的分離。分離鐵后所得含鈷離子的溶液可采用常規(guī)冶金方法，例如化學(xué)沉淀、溶劑萃 取或離子交換等工藝，將浸出液中的鈷與其他雜質(zhì)離子分離，并經(jīng)過凈化提純，即可提取得 到鈷產(chǎn)品。
[0017] 上述的技術(shù)方案中，更優(yōu)選的，所述步驟（3)中對(duì)所述浸出液進(jìn)行冶金處理時(shí)的 工藝條件包括：反應(yīng)溫度控制在60°C?100°C (更優(yōu)選控制在80°C?100°C )，攪拌速度為 100r/min?900r/min，反應(yīng)時(shí)間控制在lOmin?240min ;浸出液的pH值控制在3. 0?3. 5 范圍；所述氧化劑為空氣、氧氣或富氧空氣，且通入空氣、氧氣或富氧空氣時(shí)的氧分壓控制 在 0· IMpa ?1. OMpa。
[0018] 上述的技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述步驟（3)中，對(duì)所述浸出渣進(jìn)行冶金處理的操作 包括：將所得含高銅合金的浸出渣先熔化，將熔化后的高銅合金澆鑄為粗銅陽極板，并使其 進(jìn)入銅電解系統(tǒng)作為電解陽極生產(chǎn)電銅。
[0019] 本發(fā)明的上述技術(shù)方案公開了一種清潔、高效提取鈷銅合金中多金屬的工藝方 法。該工藝方法的主要路線為：氣霧化制粉一控制電位選擇性浸出一浸出液中鐵轉(zhuǎn)化為鐵 紅產(chǎn)品、鈷采用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)鈷產(chǎn)品一浸出渣經(jīng)熔化、澆鑄為銅電解系統(tǒng)的粗銅陽極板。
[0020] 本發(fā)明主要工藝過程的反應(yīng)機(jī)理如下：
[0021] (1)采用常壓選擇性浸出過程的主要反應(yīng)式包括：
[0022] Me+2H+ = Me2++H2 (式中 Me 代表 Fe、Co 等元素）；

【權(quán)利要求】
1. 一種全濕法冶煉提取鈷銅合金中有價(jià)金屬的方法，包含以下步驟： (1) 在氣霧化制粉設(shè)備內(nèi)將鈷銅合金熔化，采用高壓惰性氣體將熔融態(tài)的鈷銅合金霧 化制粉，過篩后得鈷銅合金粉； (2) 在常壓反應(yīng)器內(nèi)加入浸出劑和上述步驟⑴制得的鈷銅合金粉，采用電位控制系 統(tǒng)，控制常壓反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)體系的電極電位，加熱達(dá)到浸出溫度后，通入氧化劑進(jìn)行選擇性 浸出；所述鈷銅合金粉中的鐵和鈷進(jìn)入浸出液中；所述鈷銅合金粉中的銅被抑制于浸出渣 中，而不進(jìn)入浸出液； (3) 對(duì)所述浸出液和/或浸出渣分別進(jìn)行冶金純化處理，得到相應(yīng)的有價(jià)金屬。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)中作為原料的鈷銅合金，其 主要成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：鈷8%?30%、銅10%?35%、鐵10%?50%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)中，過篩后得到的鈷銅合金 粉的粒度控制在-200目大于90%，過篩后的篩上物則返回氣霧化制粉設(shè)備內(nèi)重新進(jìn)行霧 化制粉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)中，在氣霧化制粉設(shè) 備內(nèi)將鈷銅合金熔化的熔融溫度控制在1200°C?1600°C，所述高壓惰性氣體進(jìn)行霧化制 粉時(shí)的氣體壓力控制在〇· 5Mpa?5. OMpa。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（2)中，所述浸出劑為硫酸、鹽 酸、硝酸中的至少一種，添加浸出劑后反應(yīng)體系中的[H+]控制在0· 5mol · I71?lOmol · I71 范圍內(nèi)；所述氧化劑為氧氣或富氧空氣，通入氧氣或富氧空氣后的氧分壓控制在〇. IMpa? 1. 0Mpa〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述步驟（2)中，浸出溫度控制在 60°C?110°C，浸出液固比為（2?10) : 1，浸出時(shí)的攪拌速度為200r/min?900r/min，浸 出時(shí)間為30min?240min ;所述反應(yīng)體系的電極電位控制在100mV?350mV。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（3)中，對(duì)所述浸出液進(jìn)行冶金 純化處理的操作包括：將所得的浸出液加入常壓反應(yīng)器中，并向常壓反應(yīng)器中通入氧化劑， 調(diào)節(jié)浸出液的pH值，使浸出液中的鐵元素轉(zhuǎn)化為氧化鐵，再經(jīng)固液分離得到含F(xiàn)e 203大于 98. 0%的鐵紅產(chǎn)品，鈷則留存于浸出液中，實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬鐵和鈷的分離。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟（3)中，對(duì)所述浸出液進(jìn)行冶金 純化處理的工藝條件包括：反應(yīng)溫度控制在60°C?100°C，攪拌速度為100r/min?900r/ min，反應(yīng)時(shí)間控制在10min?240min ;浸出液的pH值控制在3?3. 5的范圍內(nèi)；所述氧 化劑為空氣、氧氣或富氧空氣，且通入空氣、氧氣或富氧空氣時(shí)的氧分壓控制在0. IMpa? 1. 0Mpa〇
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、7或8所述的方法，其特征在于，所述步驟（3)中，對(duì)所述浸出渣進(jìn) 行冶金純化處理的操作包括：將所得的含高銅合金的浸出渣先熔化，將熔化后的高銅合金 澆鑄為粗銅陽極板，并使其進(jìn)入銅電解系統(tǒng)作為電解陽極生產(chǎn)電銅。
【文檔編號(hào)】C01G49/06GK104087758SQ201410334752
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】侯曉川, 楊潤德, 李賀 申請(qǐng)人:長沙礦冶研究院有限責(zé)任公司