本發(fā)明涉及一種由低冰鎳鈣化焙燒-酸浸高效提取鎳、銅、鈷的方法，屬于綠色化學(xué)工藝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
低冰鎳是傳統(tǒng)火法冶金利用銅鎳精礦提取鎳、銅、鈷等有價金屬的中間產(chǎn)物，高精礦經(jīng)造锍熔煉等工藝后形富鎳、銅、鈷的硫化物共熔體，即低冰鎳，低冰鎳再經(jīng)轉(zhuǎn)爐吹煉后得到
高冰鎳，高冰鎳在經(jīng)過磨浮分離等工藝得到鎳、銅等最終產(chǎn)品，工藝過程繁雜，且有價金屬損失較大，尤其是轉(zhuǎn)爐吹煉得到高鎳锍過程，更會損失大量的金屬鈷，造成資源的浪費。傳統(tǒng)火法冶金過程還會產(chǎn)生大量二氧化硫，污染環(huán)境。
低冰鎳相對于高精礦，目標金屬元素富集，相對于高冰鎳有價金屬元素損失較少，因此以低冰鎳為對象提取鎳、銅、鈷等金屬元素能夠縮短工藝流程，節(jié)約能耗，減小環(huán)境污染。
中國專利cn102206834a公布了一種利用低冰鎳直接生產(chǎn)電解鎳的方法，將低冰鎳漿料預(yù)浸后，再放入高壓反應(yīng)釜加壓氧浸，可減少投入，節(jié)約勞動的強度和時間，但反應(yīng)過程需要加壓和通氧氣，對設(shè)備要求高。、
中國專利cn102154545a公布了一種低冰鎳高溫氧壓水浸工藝，將低冰鎳經(jīng)過磨礦處理，然后將低冰鎳與水均勻混合成礦漿，將礦漿放入高壓釜內(nèi)進行高溫氧壓水浸，浸出結(jié)束后，固液分離，并采用常規(guī)萃取分離方法分離銅、鈷和鎳。該工藝相對于傳統(tǒng)的火法冶金提高了鈷的回收率，同時也解決了現(xiàn)有技術(shù)中采用氧壓酸浸法所存在的環(huán)境污染嚴重問題。但依然屬于需要高壓、通氧氣，對設(shè)備要求高，有價金屬回收率不高。
中國專利cn105177307a公布了一種低冰鎳磨浮分離回收銅鎳鈷的方法，包括將低冰鎳進行磨浮分離處理得到含銅礦物和含鎳含鐵礦物，將所述含銅礦物冶煉制得銅產(chǎn)品、鈷產(chǎn)品，將所述含鎳含鐵礦物冶煉制得鐵產(chǎn)品、鎳產(chǎn)品及鈷產(chǎn)品。該工藝雖然也能減少傳統(tǒng)火法冶金轉(zhuǎn)爐吹煉對有價金屬的損失，但工藝過程復(fù)雜，反應(yīng)過程控制要求高。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種低冰鎳鈣化焙燒-酸浸高效提取鎳、銅、鈷的方法，能簡化工藝流程，減少有價金屬的損失，高效利用資源，且由于鈣化焙燒具有固硫作用，可減少環(huán)境污染。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
本發(fā)明一種由低冰鎳鈣化焙燒-酸浸高效提取鎳、銅、鈷的方法，其特征在于具有如下的過程和步驟：
a．將氧化鈣與低冰鎳按一定質(zhì)量比為（1～2）：1的比例混合均勻，為使其充分反應(yīng)，低冰鎳應(yīng)磨細過200目；
b．將混合后的物料置于坩堝內(nèi)，敞口，然后在一定溫度500oc-1100oc下，在電阻爐內(nèi)焙燒1-3h；
c．待物料焙燒完成后，取樣冷卻至室溫；
d．將冷卻后的焙砂置于燒杯中，加入一定體積50-150ml的濃度為2mol/l的稀硫酸，將燒杯置于磁力攪拌器上浸出；溫度為90oc，浸出時間1-2h；
e．焙砂在燒杯中浸出完成后，將混合物趁熱過濾，并用去離子水洗滌燒杯、濾渣3-4次；
f．所得濾液即為富含鎳、銅、鈷的浸出液，可用作提取鎳、銅、鈷；浸出渣在烘箱內(nèi)烘干后，可作為生產(chǎn)石膏原料。
本發(fā)明所述的一種由低冰鎳鈣化焙燒-酸浸高效提取鎳、銅、鈷的方法，其最優(yōu)選的工藝參數(shù)為：焙燒添加劑為氧化鈣，焙燒時間為2h，氧化鈣與低冰鎳的質(zhì)量比為1:1，焙燒溫度為1100oc；焙燒產(chǎn)物用100ml濃度為2mol/l的稀硫酸浸出；浸出物過濾后，濾液作為提取鎳、銅、鈷的原料。
本發(fā)明的原理是在高溫下，氧化鈣能吸收焙燒過程產(chǎn)生的二氧化硫，且能完全抑制鐵酸鹽的生成，將鎳、銅、鈷轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸?，在酸性條件下完全浸出。
與傳統(tǒng)火法工藝相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點：
簡化了工藝流程，縮短時間，節(jié)約成本，且大大減少了轉(zhuǎn)爐吹煉過程中有價金屬特別是鈷的損失，且由于cao的固硫作用，阻止了焙燒過程so2的排放，有利于保護環(huán)境。
附圖說明
圖1為不同溫度下，cao與低冰鎳質(zhì)量比為1:1，與低冰鎳混合焙燒2h后，鎳、銅、鈷的浸出率曲線圖。
圖2為1100oc下，cao與低冰鎳不同物料配比時焙燒2h后的鎳、銅、鈷的浸出率曲線圖。
圖3為1100oc下，cao與低冰鎳質(zhì)量比為1:1，cao與低冰鎳混合焙燒1-3h的鎳、銅和鈷的浸出率曲線圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的具體實施例作進一步的說明。
實施例1
(1)首先稱取1gcao粉末與1g細磨后的低冰鎳，再將兩者混合均勻。
(2)混勻后，將混料平鋪在坩堝底部，敞口，待電阻爐升至設(shè)定焙燒溫度1100oc，保溫2h。
(3)焙燒后的物料急速冷卻至室溫后取出，放入250ml燒杯中，加入濃度為2mol/l的稀硫酸100ml。
(4)將燒杯置于磁力攪拌機上攪拌1h，溫度為90oc。
(5)浸出結(jié)束后，將漿料趁熱過濾，即得到富含鎳、銅、鈷的浸出液，濾渣烘干后可作為生產(chǎn)石膏的原料。
通過浸出率曲線觀察不同焙燒溫度下鎳、銅、鈷浸出率，如圖1所示。通過鈣化焙燒-硫酸浸出，在1100oc條件下，鎳、銅、鈷的浸出率都能達到90%以上，銅的浸出率能達到97%。
實施例2
(1)首先稱取氧化鈣粉末與細磨后的低冰鎳，并將兩者混合均勻，氧化鈣與低冰鎳的質(zhì)量比為（1～2）：1。
(2)混勻后，將混料平鋪在坩堝底部，敞口，待電阻爐升至1100oc時放入，保溫3h。
(3)焙燒后的物料急速冷卻至室溫后取出，放入250ml燒杯中，加入2mol/l稀硫酸100ml。
（4）將燒杯置于磁力攪拌機上攪拌1h，溫度為90oc。
（5）浸出結(jié)束后，將漿料趁熱過濾，即得到富含鎳、銅、鈷的浸出液，濾渣烘干后可作為生產(chǎn)石膏的原料。
通過浸出率曲線觀察不同原料配比下鎳、銅、鈷浸出率，如圖2所示。通過鈣化焙燒-硫酸浸出，可見氧化鈣添與低冰鎳質(zhì)量比為1:1時，鎳、銅、鈷的浸出率較高，都能達到90%以上。
實施例3：
(1)首先稱取1g氧化鈣粉末與1g細磨后的低冰鎳，再將兩者混合均勻。
(2)混勻后，將混料平鋪在坩堝底部，敞口，待電阻爐升至1100oc時放入，焙燒保溫1-3h。
(3)焙燒后的物料急速冷卻至室溫后取出，放入250ml燒杯中，加入2mol/l稀硫酸100ml。
（4）將燒杯置于磁力攪拌機上浸出1h，溫度為90oc。
（5）浸出結(jié)束后，將漿料趁熱過濾，即得到富含鎳、銅、鈷的浸出液，濾渣烘干后可作為生產(chǎn)石膏的原料。
通過浸出率曲線觀察在1100oc不同焙燒時間下鎳、銅、鈷的浸出率，如圖3所示。通過鈣化焙燒-硫酸浸出，可見焙燒時間在2h情況下，鎳、銅、鈷的浸出率已達到較高浸出率，都能達到90%以上。
技術(shù)特征：
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種由低冰鎳鈣化焙燒?酸浸高效提取鎳、銅、鈷的方法，屬于綠色冶金工藝技術(shù)領(lǐng)域。一種由低冰鎳鈣化焙燒?酸浸高效提取鎳、銅、鈷的方法，具有如下步驟：將氧化鈣粉末與低冰鎳粉末（小于200目）按質(zhì)量比為（1～2）：1混合均勻，將混勻后的物料置于坩堝內(nèi)，敞口，然后在一定的溫度500?1100oC下于電阻爐內(nèi)焙燒1?3h；待焙燒相應(yīng)時間后，急速冷卻至室溫，將焙砂置于燒杯中，加濃度為2mol/L的稀硫酸100mL，加熱攪拌浸出，1h后將混合物過濾，即得到富含鎳、銅、鈷的浸出液，可用作提取鎳、銅、鈷；濾渣烘干后可作為制取石膏的原料。相比于傳統(tǒng)火法工藝，簡化工藝流程，減少了有價金屬（尤其是鈷）的損失，且由于氧化鈣的固硫作用，可減小SO2排放，有利于保護環(huán)境。
技術(shù)研發(fā)人員：耿淑華;魯雄剛;趙勇;程紅偉;李光石;路長遠;許茜
受保護的技術(shù)使用者：上海大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.14
技術(shù)公布日：2017.12.15
1.本發(fā)明專利涉及
稀土氟化物熔鹽體系電解工藝，一種專門電解生產(chǎn)金屬釤的工藝技術(shù)，屬于稀土火法冶金技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
2.稀土金屬及其合金由于其獨特的物理、化學(xué)性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于電子、制導(dǎo)、航空、磁材等高新技術(shù)領(lǐng)域。作為我國的重要戰(zhàn)略資源，稀土金屬需求量越來越大。金屬釤是用做釤鉆系永磁體的原料，釤鉆永磁體因為其具有的尺寸優(yōu)勢被用在輕型電子設(shè)備中，并且其在高溫下所具有的獨特功能受到了廣泛的關(guān)注。此外釤具有核性質(zhì)，可用作原子能反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)材料、屏敝材料和控制材料，使核裂變產(chǎn)生巨大的能量得以安全利用。
3.從技術(shù)角度，金屬真空熱還原蒸餾工藝和高溫熔鹽電解工藝是生產(chǎn)稀土金屬及合金的主要方法。由于釤元素的變價特性無法用熔鹽電解法進行工業(yè)生產(chǎn)。目前比較成熟的方法是利用金屬釤高蒸氣壓的特點，在真空蒸餾爐中以金屬鑭作為還原劑，將氧化釤還原為金屬釤。
4.真空熱還原蒸餾工藝為間歇式生產(chǎn)方法，主要工藝流程為：原輔材料
→
配料
→
混勻
→
壓成料塊
→
裝爐
→
真空還原
→
蒸餾
→
冷凝
→
熔鑄
→
包裝
→
入庫。不但周期長、操作復(fù)雜、電能及原料成本高，而且單爐的產(chǎn)量也小。該工藝需要專業(yè)的大型生產(chǎn)設(shè)備，所需要的配套設(shè)施多；整個過程還需要惰性氣體保護，是一個高危險的工藝過程。
5.目前稀土氟化物熔鹽體系電解槽為上插陰、陽極結(jié)構(gòu)。在此條件下釤元素作為變價陽離子在電解反應(yīng)區(qū)表現(xiàn)為反復(fù)地得電子、失電子，二次反應(yīng)使電流效率極低，無法有效形成大批量的熔融金屬產(chǎn)品。所以，目前上插陰、陽極電解槽不適用生產(chǎn)金屬釤。通過采用特殊材料改變電極配置方式、形成液態(tài)陰極或者固-液態(tài)陰極電解槽結(jié)構(gòu)，可以使電解產(chǎn)物-液態(tài)金屬釤保留于呈現(xiàn)陰極狀態(tài)的接收器內(nèi)，顯著降低單質(zhì)金屬釤被二次氧化的趨勢，可以實現(xiàn)電解生產(chǎn)過程的連續(xù)穩(wěn)定運行。
6.與還原蒸餾工藝相比較，熔鹽電解工藝具有操作簡單、配套設(shè)備簡單、連續(xù)生產(chǎn)定期出爐等優(yōu)勢。特別是生產(chǎn)成本大幅降低，有助于釤鈷永磁材料應(yīng)用領(lǐng)域的進一步擴大。
7.相關(guān)生產(chǎn)金屬釤技術(shù)的專利很多。其中專利cn85100748a涉及一種以氯化衫為原料室溫水溶液電解制備稀土金屬衫的方法；專利cn204097548u涉及一種金屬衫大型蒸餾爐，將單爐金屬量50-100kgsm提高到大于200kg；為了縮短制造周期，專利cn 110117752b公開了一種制備釤鐵合金的方法。但是采用稀土熔鹽電解工藝技術(shù)生產(chǎn)金屬釤的專利尚無報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
8.針對上述稀土氟化物電解生產(chǎn)金屬釤的技術(shù)特點，本專利的目的在于提供一種液態(tài)陰極或者固-液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)的電解槽。電解槽以石墨材料作為主要的爐膛砌筑材料，另外選擇能夠抵抗高溫氟化物熔鹽侵蝕的陶瓷材料置于爐膛關(guān)鍵部位。
9.電解質(zhì)熔鹽體系為lif-smf
3-sm2o3三元體系，其中smf3的含量為70-90%。電解原料為sm2o3，或者smf3與sm2o3的混合物，其中smf3的配料比例為0-50%。
10.電解槽的正常運行溫度為1000-1200℃，正常工作電流為8-12ka。單爐月產(chǎn)量大于5000kgsm。
具體實施方式
11.實施例一采用爐膛內(nèi)徑φ500mm圓形電解槽，電極配置為上插分體石墨陽極、上插固態(tài)陰極（φ80mm鎢棒）及液態(tài)陰極接收器（鎢-陶瓷的復(fù)合坩堝）。電解質(zhì)配比為smf3：lif：sm2o3＝70：10：2。將混合均勻的氧化釤和氟化釤連續(xù)勻速地加入到熔融的電解質(zhì)表面，慢慢溶于電解質(zhì)中，通以平均電流8ka直流電進行電解。每四小時出爐一次，每批次金屬大約30公斤。為了提高電流效率，相關(guān)工藝條件波動越小越好。如加入電解原料時應(yīng)當(dāng)盡可能保持連續(xù)、均勻等。獲得的金屬釤產(chǎn)品中平均含碳量約300ppm。
12.實施例二采用爐膛內(nèi)徑φ650mm圓形電解槽，電極配置為上插分體石墨陽極及液態(tài)陰極接收器（鎢-陶瓷的復(fù)合坩堝）。電解質(zhì)配比為smf3：lif：sm2o3＝70：10：2。將混合均勻的氧化釤和氟化釤連續(xù)勻速地加入到熔融的電解質(zhì)表面，慢慢溶于電解質(zhì)中，通以平均電流10ka直流電進行電解。每四小時出爐一次，每批次金屬大約40公斤。為了提高電流效率，相關(guān)工藝條件波動越小越好。如加入電解原料時應(yīng)當(dāng)盡可能保持連續(xù)、均勻等。獲得的金屬釤產(chǎn)品中平均含碳量約300ppm。
技術(shù)特征：
1.用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝，是將稀土原料加入到稀土電解槽，通過整流設(shè)備將直流電輸送到槽體熔鹽中，電解得到稀土金屬釤。2.其特征在于，所述稀土原料中包括氧化釤及氟化釤。3.如權(quán)利要求1所述用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝，其特征在于，所述稀土氟化物熔鹽中還包括氟化鋰、氧化釤、氟化釤。4.如權(quán)利要求3所述用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝，其特征在于，所述稀土氟化物熔鹽中氟化釤的比例為70-90%。5.如權(quán)利要求1所述用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝，其特征在于，電解槽為液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)，或者固-液態(tài)陰極結(jié)構(gòu)。6.如權(quán)利要求1所述用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝，其特征在于，電解槽工作電流為8-12ka規(guī)模。7.如權(quán)利要求1所述用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝，其特征在于，電解槽運行溫度為1000-1200℃范圍。8.如權(quán)利要求1所述用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝，其特征在于，電解槽為連續(xù)加料、定期間歇出金屬的操作方式。
技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種稀土氟化物熔鹽體系電解工藝，它專門適用于生產(chǎn)金屬釤，屬于稀土火法冶金技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所述電解質(zhì)熔鹽體系為LiF-SmF
技術(shù)研發(fā)人員：任永紅 馮蕾 郝建新 何潔
受保護的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古益飛鋱冶金科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2022.02.12
技術(shù)公布日：2022/5/6
聲明：
“用于生產(chǎn)金屬釤的稀土氟化物體系電解工藝的制作方法” 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：內(nèi)蒙古益飛鋱冶金科技有限公司
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2024年10月25日 ~ 27日 
