肖 利，唐 杰，郭權(quán)文，付海闊

(1.湖南工業(yè)大學(xué) 冶金與材料工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2.廣東佳納能源科技有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 513056)

從工業(yè)廢渣中浸出鈷鎳試驗(yàn)研究

肖 利1，唐 杰1，郭權(quán)文2，付海闊2

(1.湖南工業(yè)大學(xué) 冶金與材料工程學(xué)院，湖南 株洲 412007；2.廣東佳納能源科技有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 513056)

研究了用硫酸從含鈷鎳工業(yè)廢渣中浸出鈷、鎳，及用焦亞硫酸鈉將Co3+、Ni3+還原為Co2+、Ni2+，考察了硫酸濃度、還原劑用量、液固體積質(zhì)量比、浸出時(shí)間、攪拌速度及反應(yīng)溫度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：在硫酸濃度0.95 mol/L、還原劑用量25 g、液固體積質(zhì)量比5∶1、浸出時(shí)間3 h、攪拌強(qiáng)度300 r/min、反應(yīng)溫度95 ℃條件下，鈷、鎳浸出率均超過99%，浸出效果較好。

工業(yè)廢渣；鈷；鎳；浸出

含鈷、鎳材料用途廣泛，可用于生產(chǎn)硬質(zhì)合金、耐熱合金、磁性合金、防腐合金等，也可用于航空航天、武器制造、機(jī)械制造、化工等領(lǐng)域，鈷和鎳同時(shí)也是新能源電池材料的重要組成部分[1-2]。隨著鈷、鎳材料需求的逐年增加，含鎳、鈷二次資源的回收利用研究越來越受重視，從廢棄物中提取鈷、鎳已成為研究熱點(diǎn)[3-12]。目前的相關(guān)研究多為酸浸鎳、鈷。試驗(yàn)針對(duì)含鎳鈷氧化物廢渣，研究了用硫酸浸出，同時(shí)用還原劑焦亞硫酸鈉使Co3+和Ni3+還原為更易溶的Co2+和Ni2+，以實(shí)現(xiàn)有價(jià)金屬的高效浸出。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)原料和試劑

試驗(yàn)用含鈷、鎳廢渣取自廣東英德佳鈉金屬科技有限公司，主要化學(xué)成分見表1。鈷、鎳及其他雜質(zhì)金屬主要以氧化物和碳酸鹽形式存在。

表1 含鈷鎳廢渣的主要化學(xué)成分 %

試驗(yàn)用試劑主要有濃硫酸(H2SO4)、焦亞硫酸鈉(Na2S2O5)，均為分析純。

1.2 試驗(yàn)原理與方法

試驗(yàn)在燒杯中進(jìn)行。

試驗(yàn)用廢渣中鈷、鎳主要為Co3+、Ni3+，需要加入還原劑將其還原為Co2+、Ni2+以利于后續(xù)工藝得到CoSO4和NiSO4。先在廢渣中加入一定濃度的濃硫酸，將鈷、鎳及雜質(zhì)鋅、銅、鎂、錳、鐵等浸出，然后再向浸出液中加入還原劑焦亞硫酸鈉，將Co3+、Ni3+還原為Co2+、Ni2+，最后過濾，得到浸出液。

浸出反應(yīng)：

3H2O+3CO2;

3H2O+3CO2。

還原反應(yīng)：

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 硫酸濃度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質(zhì)量100 g，還原劑用量25 g，液固體積質(zhì)量比5∶1，浸出時(shí)間3 h，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，硫酸濃度對(duì)鎳、鈷浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 硫酸濃度對(duì)鈷、鎳浸出的影響

由表2看出：鈷、鎳浸出率均隨硫酸濃度增大先提高后略有降低；硫酸濃度太低，廢渣中鈷、鎳反應(yīng)不完全；硫酸濃度高于0.95 mol/L后，鈷、鎳浸出率基本維持在98%左右。綜合考慮，確定硫酸濃度以0.95 mol/L為宜。

2.2 還原劑用量對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質(zhì)量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，液固體積質(zhì)量比5∶1，浸出時(shí)間3 h，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，還原劑焦亞硫酸鈉用量對(duì)鎳、鈷浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 焦亞硫酸鈉用量對(duì)鈷、鎳浸出的影響

從表3看出：鈷、鎳浸出率隨還原劑用量增加而提高；焦亞硫酸鈉用量為25 g左右時(shí)，鈷、鎳浸出率均接近99%，浸出比較徹底。綜合考慮，確定還原劑焦亞硫酸鈉用量以25 g為宜。

2.3 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質(zhì)量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，浸出時(shí)間3 h，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，液固體積質(zhì)量比對(duì)鎳、鈷浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 液固體積質(zhì)量比對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

由表4看出：鈷、鎳浸出率隨液固體積質(zhì)量比增大而提高，液固體積質(zhì)量比在5∶1時(shí)，鈷、鎳浸出率超過99%，浸出近于完全；繼續(xù)增大液固體積質(zhì)量比，鈷、鎳浸出率均略有降低。綜合考慮，確定液固體積質(zhì)量比以5∶1為宜。

2.4 浸出時(shí)間對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質(zhì)量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，液固體積質(zhì)量比5∶1，攪拌速度300 r/min，溫度95 ℃，浸出時(shí)間對(duì)鎳、鈷浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 浸出時(shí)間對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

由表5看出：隨浸出進(jìn)行，鎳、鈷浸出率增大，浸出3 h左右，鈷、鎳浸出率已超過99%，浸出比較徹底；繼續(xù)延長浸出時(shí)間，鈷、鎳浸出率反而有下降趨勢(shì)。綜合考慮，確定浸出時(shí)間以3 h為宜。

2.5 攪拌速度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質(zhì)量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，液固體積質(zhì)量比5∶1，浸出時(shí)間3 h，溫度95 ℃，攪拌速度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 攪拌強(qiáng)度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

由表6看出，鈷、鎳浸出率隨攪拌強(qiáng)度增大而提高，攪拌速度為300 r/min時(shí)，鈷、鎳浸出率超過99%，浸出比較徹底。綜合考慮，適宜的攪拌速度選定為300 r/min。

2.6 反應(yīng)溫度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

廢渣質(zhì)量100 g，硫酸濃度0.95 mol/L，還原劑用量25 g，液固體積質(zhì)量比5∶1，浸出時(shí)間3h，攪拌速度300 r/min，反應(yīng)溫度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響試驗(yàn)結(jié)果見表7。

表7 反應(yīng)溫度對(duì)鈷、鎳浸出率的影響

由表7看出，鈷、鎳浸出率隨溫度升高而提高，溫度為65 ℃時(shí)，鎳、鈷浸出率均超過99%，浸出接近完全。綜合考慮，確定溫度以65 ℃為宜。

2.7 最優(yōu)條件下的驗(yàn)證試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)確定的最優(yōu)條件下進(jìn)行鈷、鎳浸出綜合驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見表8?？梢钥闯?，鈷、鎳浸出率均在99%以上。

表8 最優(yōu)條件下實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，用硫酸從含鈷、鎳工業(yè)廢渣中浸出鈷、鎳是可行的，加酸同時(shí)加入焦亞硫酸鈉作還原劑可將鈷、鎳還原為Co2+、Ni2+，有利于浸出及后續(xù)回收。在硫酸濃度0.95 mol/L、還原劑焦亞硫酸鈉用量25 g、液固體積質(zhì)量比5∶1、浸出時(shí)間3 h、攪拌速度300 r/min、反應(yīng)溫度65 ℃最優(yōu)條件下，鈷、鎳浸出率均超過99%。此方法簡單易行，鈷、鎳浸出率高，可供從類似物料中回收鈷、鎳等有價(jià)金屬借鑒。

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Leaching of Cobalt and Nickel From Industry Waste Residues

XIAO Li1，TANG Jie1，GUO Quanwen2，F(xiàn)U Haikuo2

(1.SchoolofMetallurgical&MaterialEngineering，Hu′nanUniversityofTechnology，Zhuzhou412007，China;2.GuangdongJianaEnergyTechnologyCo.，Ltd.，Qingyuan513056，China)

Leaching of cobalt and nickel from industry waste residues using H2SO4as leaching agent，and Na2S2O5which can reduce Co3+，Ni3+to Co2+，Ni2+as reductant was studied.The effects of sulfuric acid concentration，reductant dosage，liquid-to-solid ratio，leaching time，stirring speed and temperature on leaching of cobalt and nickel from industrial waste residue were examined.The results show that under the conditions of sulfuric acid concentration of 0.95 mol/L，reductant dosage of 25 g，liquid-to-solid ratio of 5∶1，leaching time of 3 h，stirring intensity of 300 r/min，and temperature of 95 ℃，leaching rate of cobalt and nickel are more than 99%，respectively.The leaching effect is good.

industrial waste residues;cobalt;nickel;leaching

2016-12-17

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51208193)；湖南工業(yè)大學(xué)教改課題(2013B06)；廣東省第十五批省級(jí)企業(yè)技術(shù)中心專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目(粵經(jīng)信創(chuàng)新函[2015]629號(hào))。

肖利(1973-)，女，湖南湘潭人，博士，教授，主要研究方向?yàn)橐苯鹞锢砘瘜W(xué)。E-mail:xiaoli_csu@163.com。

TF803.21;TF815;TF816

A

1009-2617(2017)04-0267-04

10.13355/j.cnki.sfyj.2017.04.004