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炼锌废渣提取钴工艺流程

news 来源：原创 2025/6/30 14:12:15

炼锌废渣中提取钴的工艺流程通常结合湿法冶金技术，针对废渣中钴与锌、铁、铜等金属的复杂共生特性，通过预处理、浸出、除杂、钴富集及提纯等步骤实现钴的高效回收。以下是典型工艺流程的详细说明：

一、预处理

  1. 炼锌废渣（如锌浸出渣、高炉渣等）经破碎至粒度≤5mm，筛分去除大颗粒杂质，确保后续浸出效率。
  2. 干燥与焙烧（可选） 若废渣含硫或有机物，可在 300-500℃下焙烧脱硫，同时氧化低价钴（如 CoO→Co₂O₃）以提高浸出率；若含硅高，可加纯碱焙烧生成可溶硅酸盐。

二、浸出工艺

1. 酸浸（主流方法）
  • 浸出剂：硫酸（浓度 15-25%），配合氧化剂（如 MnO₂、H₂O₂或 O₂）促进钴溶解
  • 条件：温度 60-80℃，时间 2-4h，液固比（4:1-6:1），pH 控制 1.5-2.5，钴浸出率可达 90% 以上。
  • 替代方法：若含锌高，可采用 “锌钴同步浸出”，后续分离锌钴；或加压氧浸提高效率。
2. 浸出液初步净化
  • 过滤去除不溶渣（如 SiO₂、PbSO₄等），滤液含 Co²+、Zn²+、Fe²+/Fe³+、Cu²+、Mn²+ 等。

三、除杂工序

1. 除铁
  • 氧化中和法：加入 H₂O₂（或 Cl₂）将 Fe²+ 氧化为 Fe³+，再用 CaCO₃或 ZnO 调节 pH 至 3.5-4.0，使 Fe³+ 以 Fe (OH)₃沉淀析出,浓度铁场景）：控制 pH 1.5-2.5，温度 90℃，加入 K + 形成黄钾铁矾沉淀，除铁更彻底。
2. 除铜 / 镍
  • 置换法：加入锌粉（过量 5-10%）置换 Cu²+、Ni²+。
  • 萃取法（若含量低）：用 Lix 984 或 N509 萃取铜，反萃后回收。
  • 离子交换法：用螯合树脂选择性吸附铜镍，不引入其他杂质，树脂洗脱后回收铜镍。
3. 除锌 / 锰（关键步骤）
  • 溶剂萃取法：
    • 萃取剂：P204（二 (2 - 乙基己基) 磷酸）或 P507（2 - 乙基己基膦酸单 2 - 乙基己酯），优先萃取 Zn²+、Mn²+，钴保留在水相；
    • 条件：pH 3.0-4.0，萃取剂浓度 15-20%，皂化率 60%，经 2-3 级萃取去除锌锰。
  • 硫化沉淀法（备选）：通入 H₂S 或加入 Na₂S，控制 pH 2.5-3.0，使 Zn²+ 以 ZnS 沉淀，钴因溶度积较大（Ksp: CoS≈5×10⁻²²，ZnS≈2×10⁻²⁵）保留，但需注意 H₂S 毒性。
4. 深度除杂（钙镁）
  • 加入 NaF 或 CaCl₂，形成 CaF₂、MgF₂沉淀，控制 F⁻浓度 0.1-0.3g/L，pH 4.0-5.0。

四、钴的富集与分离

1. 萃取提钴
  • 萃取剂：Cyanex 272（二 (2,4,4 - 三甲基戊基) 次膦酸）或 P507，对钴有高选择性，在 pH 4.5-5.5 下萃取 Co²+。
  • 反萃取：用 1-2mol/L 硫酸反萃，得到高浓度 CoSO₄溶液（钴浓度≥50g/L）。

离子交换 - 萃取联用工艺

  1. 树脂吸附 ：利用离子交换树脂对炼锌废渣中的钴进行选择性吸附，如用 D316 树脂吸附 Co²⁺，在 pH 值 5.5 左右，吸附时间为 1.5 小时左右达到吸附平衡，树脂吸附量可达 107mg/g 以上。

  2. 洗脱 ：采用合适的洗脱剂将钴从树脂上洗脱下来，如用氨水 - 氯化铵溶液对 Co²⁺进行洗脱，洗脱液中钴的浓度可提高 5-10 倍左右。

  3. 萃取净化 ：对洗脱液进行萃取净化，进一步去除杂质，提高钴的纯度，可采用 P507 萃取剂对铜、铁、镍等杂质进行有效去除，然后对负载有机相进行反萃，得到净化后的钴溶液。

  4. 深度除杂与沉淀 ：向净化后的钴溶液中加入一定量的硫化钠溶液，使少量的铜、镍、铁等杂质以硫化物形式沉淀，过滤去除杂质后，再加入碳酸钠溶液，使钴以碳酸钴的形式沉淀下来，得到纯度较高的碳酸钴沉淀。

2. 沉淀法富集
  • 碳酸氢铵沉淀：向净化液中加入 NH₄HCO₃，控制 pH 6.5-7.0，生成碱式碳酸钴沉淀 。
  • 草酸沉淀（高纯钴盐）：加入草酸铵，生成 CoC₂O₄・2H₂O 沉淀，纯度可达 99.5% 以上。

五、钴的提纯与产品制备

1. 电解沉积（金属钴）
  • 将 CoSO₄溶液经深度除杂（如树脂交换去除微量杂质）后，在电解槽中以钛基二氧化铅为阳极、不锈钢为阴极，控制电流密度 200-300A/m²，温度 50-60℃，电解得到金属钴（纯度≥99.9%）。
2. 化学合成（钴盐）
  • 硫酸钴：反萃液蒸发浓缩、结晶，得 CoSO₄・7H₂O；
  • 四氧化三钴：碳酸钴或草酸钴在 600-800℃下煅烧。

六、关键技术要点

  1. 浸出效率：控制氧化剂用量和酸度，避免锌过度浸出增加后续分离负担；
  2. 锌钴分离：利用 P507/Cyanex 272 的选择性萃取，精准调节 pH 是关键；
  3. 环保处理：浸出渣含重金属，需稳定化处理；废水经中和、硫化沉淀、离子交换去除残留重金属。

七、工艺优化方向

  • 联合火法 - 湿法：高硅渣先火法造锍富集钴，再湿法浸出；
  • 绿色浸出：采用生物浸出（如嗜酸菌）或微波辅助浸出，降低能耗和酸耗；
  • 智能化控制：通过 pH、电位（ORP）在线监测，精准调控除杂过程。

该流程钴回收率可达 85%-90%，最终产品满足电池级钴盐或冶金级金属钴标准，实现炼锌废渣中钴的高效资源化利用。

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