本文作者：张志华 王东 薛生晖 单位：长沙矿冶研究院有限责任公司
钴广泛应用于航空空、航天、电器、机械制造、化学和陶瓷行业[1]。近年来，钴在电池、金刚石工具、催化剂等方面的应用范围不断扩大，市场需求不断增加[2-3]。钴合金是冶炼的中间产物，主要成分是Co、Cu、Fe三元合金常温常压下，将钴白合金粉加入稀盐酸溶液中，通入氧气，搅拌。首先，钴白合金发生取代反应，放出氢气，反应式如下:Me+2h→r；+Me2 ++ H2 & uarr；(Me=Co，Cu，Ni，Fe)当受控反应中的酸总量小于钴白合金完全溶解所需的酸量时，随着反应酸的消耗，当体系的pH值达到3.0左右时，钴白合金与氧气、盐酸和氯化亚铁反应形成原电池，发生电化学腐蚀:阳极反应:me&rarr；Me++2e (me = co，Cu，Ni，Fe)阴极反应:[O2]+4h ++ 4e & rarr；在2h的电化学腐蚀过程中，pH值达到3.0 ~ 4.0。在氧气的氧化下，溶液中的Fe2+被氧化沉淀，同时释放出酸。反应式为:2fe 2 ++ 12o 2+2H2O→r；Fe2O3 & darr+4H+or:Fe2 ++ 12o 2+H2O & rarr；FeOOH & darr+2H+随着反应的进行，Co、Cu和Ni浸出并进入溶液，而铁以氧化铁的形式沉淀除去铁。在理想状态下，钴白合金中铁的浸出过程不消耗酸，浸出过程消耗的酸依赖于Co、Cu和Ni。因此，在浸出过程中，同时达到两个目的，即浸出钴、铜、镍等有价金属，同时分离除铁。。目前钴白合金处理工艺2实验原料、设备及操作流程主要是氧化酸法，酸体系主要是硫酸、硝酸和盐酸，氧化剂主要是空气体2.1实验原料实验用钴白合金经预处理、研磨、过筛，得到粒度为- 0.15mm的合金粉，其化学成分见表1。和氯气2.2实验仪器的高烧杯(带挡板，1L)；空按；玻璃通气管；25W搅拌电机(转速100 ~ 1400转/分)；玻璃搅拌桨；1kW电炉及其配套继电器。。这种工艺简单，但在浸出过程中会产生大量的NO、NO2、SO2等有毒气体，同时会消耗大量的酸。浸出液成分复杂，给后续处理带来困难。另外，电化学溶解法的研究也比较热门，但由于电解时阳极室酸度难以控制，电流效率大大降低，很多细节目前还没有解决。本文对稀盐酸溶液中钴白合金中有价金属的选择性浸出进行了研究，主要研究了浸出温度、酸浓度、空气体流量、浸出时间和搅拌强度对选择性浸出结果的影响，从而确定钴白合金的最佳浸出条件。
1实验原理
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2.3实验方法量取一定量的盐酸，用水稀释至500mL，倒入反应烧杯中。通入气体(空气体或氧气)后，将称量好的合金粉加入烧杯中，开始搅拌和加热。在一定的搅拌强度、温度和一定的气体量下。停止实验后，静置增稠，分离上清液和底流浆。将底流真空过滤，用酸化水反复洗涤滤渣3次，并进行真空过滤；合并上清液、滤液和洗涤水，测定合并液体积和滤渣质量，分别取样分析。
3实验结果及分析
3.1温度对浸出过程的影响根据反应方程式计算50g钴白合金粉所需的理论盐酸量。实验条件:合金粉粒度- 0.15mm，盐酸过量10%，固液比1∶10，搅拌强度1000r/min，通空气体量4L/min，浸出时间12h，添加剂NL用量2g。实验结果列于表2中。从表2可以看出，温度对浸出结果有很大影响。温度越高，浸出率越高。当温度达到85℃时，有价金属浸出率达到90%以上。随着温度的升高，反应加快，但氧气在空气体中的溶解度和氧气在粉体固体表面的吸附量下降[8]。考虑到以往的经验和实验结果，85℃的浸出温度是合适的。
3.2酸量对浸出过程的影响实验条件:合金粉粒度- 0.15mm，质量50g，反应温度85℃，固液比1∶10，搅拌强度1000r/min，气体流速空4L/min，浸出时间12h，添加剂NL 2g。实验结果列于表3中。从表3可以看出，酸的量对浸提过程有非常重要的影响。实验开始时加入过量的酸可以加快合金反应。过量的酸有利于铜、钴、镍等有价金属的浸出，但浸出液中铁的含量会相应增加，给后续的萃取分离过程带来麻烦，需要增加除铁工序。相反，减少加酸量有利于深度除铁，但有价金属浸出率会降低。为了保证浸出过程的深度除铁和有价金属的浸出率，从实验结果可以看出，选择15%的过量酸是合适的。过量的酸一方面可以维持浸出体系的pH值在3 ~ 4，同时也可以保证有价金属不会发生水解反应，补偿部分酸的挥发。
3.3气体对浸出过程的影响实验条件:合金粉粒度- 0.15mm，质量50g，反应温度85℃，体系酸过量15%，固液比1∶10，搅拌强度1000r/min，浸出时间12h，添加剂NL加入量2g。研究了氧气和空气体对溶液中铁含量以及铜、钴和镍等有价金属浸出率的影响。实验结果列于表4中。从表4可以看出，对于稀盐酸体系，没有气体，有价金属浸出率明显较低；通入氧气或空气体有助于钴白合金中有价金属的最终浸出率，但两者效果相似。从经济成本考虑，放空空气是比较合适的方案。
3.4搅拌强度对浸出过程的影响实验条件:合金粉粒度- 0.15mm，质量50g，反应温度85℃，体系中酸过量15%，气体流速空4L/min，固液比1∶10，浸出时间12h，添加剂NL加入量2g。搅拌强度对溶液中铁含量和有价值金属如铜、钴和镍的浸出率的影响如表5所示。表5显示搅拌强度对浸出结果有明显影响。搅拌强度越大，浸出效果越好，但当搅拌强度达到1200r/min时，实验装置产生强烈振动，实验无法控制。从表5可以看出，选择1000转/分的搅拌强度是合适的。
3.5浸出时间对浸出过程的影响实验条件:合金粉粒度- 0.15mm，质量50g，反应温度85℃，体系酸过量15%，气体流速空4L/min，固液比1∶10，搅拌强度1000r/min，添加剂NL 2g。浸出时间对溶液中铁含量和铜、钴、镍等有价金属浸出率的影响见表6。由表6可知，浸出时间对浸出结果影响较大，但浸出时间达到12h后，如果延长浸出时间，浸出率基本不会增加，因此浸出时间为12h。
3.6添加剂对浸出过程的影响试验条件:合金粉粒度- 0.15mm，质量50g，反应温度85℃，体系中酸过量15%，气体流速空4L/min，固液比1∶10，搅拌强度1000r/min。NL添加剂加入量对溶液中铁含量和铜、钴、镍等有价金属浸出率的影响见表7。从表7可以看出，添加剂的使用大大提高了有价金属的浸出率，主要是因为添加剂NL破坏了原矿中的硅键，使有价金属解离，更容易在溶液中浸出。但添加量的增加对各有价金属的浸出率无明显影响，因此添加量应为合金量的4%。
3.7连续浸出的实验控制条件为:合金粉粒度- 0.15mm，反应温度85℃，固液比1∶10，搅拌强度1000r/min，浸出时间12h，体系酸过量15%，气体流速空4L/min，添加剂NL 2g。表8显示了连续浸出实验的结果。在L-2实验中，在加入50g钴白合金的基础上，将L-1实验剩余的合金2.1g一起加入进行浸出实验(L-2称为L-1连续实验)。L-3是L-2的连续实验。从表8可以看出，对于稀酸体系浸出实验，L-2浸出的残余合金比例(4.20%)低于L-1 (3.47%)，L-3更低。L-2和L-3中铜、钴和镍的浸出率明显高于L-1。这说明加入一定量的残余合金可以增强浸出效果。因此，可以认为添加的残余合金起到了催化剂的作用。
4结论
1)采用新的浸出工艺处理钴白合金，可实现钴、铜、镍等有价金属的高效浸出和铁的一步分离，而铁在浸出阶段基本不耗酸。在最佳浸出条件下，反应温度85℃，固液比1∶10，搅拌强度1000r/min，浸出时间12h，体系过量酸15%，进气量4L/min，添加剂NL 4%，钴、铜和镍得到浸出。3)以空气体为氧化剂的稀酸体系浸出，不存在气体污染问题，且由于浸出液中无外来杂质，便于后续处理过程，浸出渣中有价金属含量少，无需二次处理，工艺简单易控。
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