1 前言
鈷是一種鋼灰色有金屬光澤的磁性金屬，由于它具有優(yōu)異的抗腐蝕、耐高溫、高強度、延展性等特性，在合金制造、航空航天、電器、機械制造、化工、電鍍、電池、陶瓷、玻璃、醫(yī)療行業(yè)領(lǐng)域中得到了充分的應(yīng)用，特別是由于它在一些特殊行業(yè)的不可或缺性，使它成為一個國家重要的戰(zhàn)略儲備物質(zhì)。目前，國內(nèi)外市場普遍接受的鈷產(chǎn)品有四種：即用于普通陶瓷用的氧化鈷、用于可充電電池的四氧化三鈷、用于硬質(zhì)合金的鈷粉、以及高溫合金的金屬鈷[1]。
金川集團股份有限公司是我國主要鈷產(chǎn)品生產(chǎn)加工企業(yè)，年產(chǎn)量占全國產(chǎn)量的20%以上，國內(nèi)第一，世界第二。目前可處理的原料包括來自鎳系統(tǒng)的鈷渣、含鈷粗制鹽類化合物(氫氧化鈷、碳酸鈷等)、白合金、水鈷礦以及其它的含鈷廢料等，主要生產(chǎn)電積鈷、四氧化三鈷、鈷粉等鈷系列產(chǎn)品。近年來，公司通過對現(xiàn)有鈷生產(chǎn)流程工藝條件的優(yōu)化、部分工序?qū)嵤┘夹g(shù)改造等途徑，有效提高了生產(chǎn)控制水平，經(jīng)濟技術(shù)指標明顯提升，生產(chǎn)成本進一步降低，產(chǎn)品質(zhì)量長期保持穩(wěn)定，增強了鈷產(chǎn)品的競爭力。
2 鈷生產(chǎn)現(xiàn)狀及存在的問題
2.1 鈷產(chǎn)品生產(chǎn)加工現(xiàn)狀
目前，鈷生產(chǎn)加工行業(yè)所使用的工藝以濕法為主，但火法工藝在部分流程中仍在繼續(xù)使用。
火法生產(chǎn)工藝流程中需使用熔煉、吹煉等技術(shù)，容易使較多的鈷進入冶煉爐渣，造成損失。濕法冶煉工藝相較于火法冶煉工藝而言，回收率有明顯提高，但濕法工藝會產(chǎn)出大量的鐵渣、浸出渣等產(chǎn)物，其中含有的鈷容易對金屬收率產(chǎn)生影響，并且含鈷的廢渣的再處理和堆存也是不容忽視的問題。
鈷生產(chǎn)加工企業(yè)鈷生產(chǎn)加工企業(yè)所處理的原料中大部分為經(jīng)過初級加工的中間產(chǎn)品，其中依然含有較多的雜質(zhì)，如Fe、Cu、Ca、Mg等，而市場銷售的鈷產(chǎn)品主要用于硬質(zhì)合金和電池材料的制造，對其純度要求很高。因此鈷生產(chǎn)加工流程一般較長，成本偏高，且產(chǎn)品質(zhì)量不易穩(wěn)定控制[1～2]。
目前金川公司采用全濕法冶煉工藝處理各種鈷原料。鎳系統(tǒng)產(chǎn)出的鈷渣、碳酸鈷類、氫氧化鈷類原料經(jīng)過還原溶解生產(chǎn)出溶液后，送往凈化工序，分別經(jīng)除鐵、萃取除銅和萃取除雜并鎳鈷分離后，生產(chǎn)出氯化鈷溶液和硝酸鈷溶液供后續(xù)工序生產(chǎn)[2]。我公司所產(chǎn)電積鈷產(chǎn)品的生產(chǎn)采用國際先進的全氯化體系不溶陽極電積精煉技術(shù)，以氯化鈷溶液為原料，陰極產(chǎn)出的電鈷作為產(chǎn)品銷售，陽極產(chǎn)生的氯氣送往氯氣回收利用工序，陽極液在脫氯工序脫氯后送往配制工序，與陰極液和氯化鈷新液配制后返回電積槽循環(huán)使用。鈷粉生產(chǎn)以氯化鈷為原料，先合成生產(chǎn)出草酸鈷后，再用氫還原工藝生產(chǎn)出鈷粉產(chǎn)品。四氧化三鈷以硝酸鈷溶液為原料，先生產(chǎn)為氫氧化鈷中間產(chǎn)品后，經(jīng)洗滌、干燥后，送焙燒工序生產(chǎn)四氧化三鈷產(chǎn)品。
2.2 金川鈷生產(chǎn)過程中存在的主要問題
金川鈷生產(chǎn)以鎳系統(tǒng)鈷渣、鹽類中間產(chǎn)品、水鈷礦、白合金為主要原料，其中鈷渣、鹽類中間產(chǎn)品生產(chǎn)線使用了已經(jīng)延續(xù)多年的生產(chǎn)工藝，經(jīng)過多年技術(shù)改進發(fā)展，目前還可處理復(fù)雜難處理外來物料及水鈷礦、白合金等物料。按照優(yōu)化流程、提高指標、降低成本、提高質(zhì)量的主導(dǎo)思想，對金川鈷生產(chǎn)工藝流程進行了全面分析，總結(jié)目前生產(chǎn)主要存在以下幾方面的問題：
(1)原有生產(chǎn)流程使用電鈷車間生產(chǎn)的氯化鈷溶液，經(jīng)過氟化物除鈣鎂和萃取轉(zhuǎn)型生產(chǎn)硝酸鈷溶液，合成氫氧化鈷前驅(qū)體，再生產(chǎn)四氧化三鈷，在此過程中，為了保證最終產(chǎn)品中鈣、鎂的含量穩(wěn)定，在合成氫氧化鈷前驅(qū)體之前必須進行除鈣、鎂作業(yè)，增加了氟化鈉試劑的消耗、動力、人工等費用，除鈣鎂后氯化鈷溶液再送萃取工序轉(zhuǎn)型為硝酸鈷溶液[4]。與其它生產(chǎn)商相比，增加了兩道工序，相應(yīng)造成成本升高，并且工藝流程的延長勢必造成金屬收率的降低，在此過程中，金屬收率損失約1.5%。
(2)鈷鹽中間產(chǎn)品類原料處理過程中存在浸出渣含鈷高、浸出液過濾難，后續(xù)工序處理浸出液時容易出現(xiàn)CaSO4結(jié)晶的問題。造成浸出渣含鈷高的原因主要是由于原料中Co(III)化合物的存在，現(xiàn)有規(guī)?；に嚐o法徹底處理。
(3)無論是碳酸鈷類原料還是氫氧化鈷類原料，均存在浸出液過濾難的問題。由于過濾難問題的存在，浸出液過濾時間延長，且過濾速度越來越慢，最后幾乎完全無法過濾。并且有少量的浸出渣透濾混入過濾后浸出液中，造成生產(chǎn)負荷降低。當浸出液過濾不徹底時，還容易在除鐵和萃取除雜過程中產(chǎn)生CaSO4結(jié)晶，附著在管道和設(shè)備內(nèi)壁上，嚴重時將會造成堵塞，影響正常生產(chǎn)[3]。
3 鈷精煉生產(chǎn)工藝優(yōu)化與應(yīng)用
為了降低產(chǎn)品成本，提高收率水平，針對生產(chǎn)中存在的問題，在原有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)之上，公司開展了大量的研究、試驗和工業(yè)應(yīng)用工作，并取得了顯著成效。
3.1 硝酸反萃取工藝研究
原來氯化鈷溶液經(jīng)過氟化鈉除鈣鎂后，進入離心萃取器進行二次轉(zhuǎn)型，離心萃取器占地面積小，但是其產(chǎn)能受到限制，因此，在本次工藝優(yōu)化改造中，采用箱式萃取箱一次轉(zhuǎn)型硝酸鈷溶液，并且在萃取過程中直接深度除鈣、鎂。由于硝酸根離子的強氧化性對萃取劑氧化降解，這給箱式萃取的控制加大了難度。為了適應(yīng)生產(chǎn)要求，重新設(shè)計了與生產(chǎn)氯化鈷溶液不同的萃取箱，對功能段的級數(shù)設(shè)置進行了改進，提高控制水平。通過該項生產(chǎn)工藝優(yōu)化改進后采用萃取一次轉(zhuǎn)型生產(chǎn)硝酸鈷溶液，去除氟化鈉除鈣鎂工藝，降低了生產(chǎn)成本，提高了金屬收率。
3.2 降低渣含鈷工藝研究
常規(guī)酸溶原料時，使用的工藝無法進行高價鈷化合物的浸出，為了少量的高價鈷化合物而改變規(guī)?；纳a(chǎn)工藝，從經(jīng)濟性和效率的角度考慮尚不值得。因此可通過單獨處理含鈷高的浸出渣的方法來實現(xiàn)鈷的回收。溶液中鈷離子均以二價形式存在，而待處理的浸出渣中鈷大部分以三價形式存在，因此需要使用氧化還原的原理處理。本研究通過浸出渣二次浸出時，加入適量的還原劑，使三價鈷還原為二價，然后在酸的作用下轉(zhuǎn)化為離子形態(tài)進入溶液中。通過調(diào)整酸度、浸出時間等工藝參數(shù)，尋找到有效可行的二次浸出工藝，浸出效果明顯。
3.3 浸出液除硅，提高過濾性能
為進一步提高過濾性能，公司采取原料浸出完成后，繼續(xù)添加除硅劑的方法，經(jīng)溶解、除硅后，溶液中硅含量大幅降低，過濾速度較除硅前大大提高，完全滿足生產(chǎn)需求。除此之外，為進一步增強浸出液過濾效果，提高過濾后溶液的潔凈度，并防止未來原料狀況再次發(fā)生變化可能會引起的過濾問題，對現(xiàn)有過濾方式進行了優(yōu)化改進。采用了重力沉降結(jié)合壓濾機過濾的方式取代現(xiàn)行的單一過濾模式。過濾方式改進后，可形成多種工藝流程配合，解決浸出液過濾問題。
4 結(jié)語
通過對生產(chǎn)工藝的改進優(yōu)化，在原料預(yù)處理工序?qū)嵤┑膬?yōu)化和改進，采取了多種原料搭配處理、混酸浸出、配合過濾等方法，工藝對原料的適應(yīng)性明顯增強，原料處理能力提高了30%，有效保證了生產(chǎn)負荷。通過實施鐵渣洗滌改造，有效降低了鐵渣含鈷，提高了鈷實收率，并對不同原料采用不同的溶解工藝，優(yōu)化工藝條件，降低溶解渣含鈷。通過過對生產(chǎn)過程的精細化控制、對生產(chǎn)流程和控制條件的優(yōu)化，電積鈷產(chǎn)品質(zhì)量長期穩(wěn)定，Co9995品級達95%以上，材料消耗明顯降低，鈷產(chǎn)品單位加工成本降低約500元/年。外付渣含鈷降低了60%，每年可多回收鈷約150噸，提高鈷實收率2%，經(jīng)濟效益約600萬元。有效提高了生產(chǎn)控制水平，經(jīng)濟技術(shù)指標明顯提升，生產(chǎn)成本進一步降低，產(chǎn)品質(zhì)量長期保持穩(wěn)定，增強了鈷產(chǎn)品的競爭力。
參考文獻
[1] 張啟修 張貴清 唐瑞仁.萃取冶金原理與實踐【M】：464
[2] 童志林.金川鈷精煉流程的改進【J】.《金川科技》，2000(3)：42~45
[3] 丁剛.過濾技術(shù)在股冶煉中的應(yīng)用【J】.《江西冶金》.2002(6)
聲明：
“金川鈷精煉工藝優(yōu)化與生產(chǎn)實踐” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：蘭州金川新材料科技股份有限公司
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