从镍转炉渣中回收钴镍铜的理论与技术研究

摘要

镍冶炼转炉渣中含有钴、镍、铜等有价成份，从转炉渣中实现钴镍铜等有价金属的回收具有重要的经济价值和环保意义。本文从矿物学、热力学等方面对转炉渣中有价金属的富集、分离、回收的理论进行了详细、系统的研究，提出了“还原硫化富集钴镍一选择性浸出一高效净化—钴镍分离”的综合回收转炉渣中钴、镍、铜技术方案，完成了小型试验和连续扩大试验。论文的主要研究内容和结果如下： (1)转炉渣高温还原硫化制备钴冰铜转炉渣的矿物学研究表明，在转炉渣中大部分钴、镍以氧化物形态“溶”于铁橄榄石等硅酸盐类矿物中，其余钴、镍及大部分铜以硫化矿形态赋存于转炉渣中。在高温下，还原剂碳将钴、镍、铁氧化物还原成金属，同时硫化剂硫铁矿形成锍滴，在锍滴聚集沉降过程中对炉渣进行“洗涤”，由于金属及金属硫化矿的亲锍性，锍体的“洗涤”作用及金属及金属硫化矿的沉降作用使被还原的钴、镍、铁金属及转炉渣中的金属硫化矿富集到锍体中，与转炉渣分离，形成钴冰铜。 (2)钴冰铜常压选择性浸出理论及技术钴冰铜主要以铁、钴、镍合金以及其硫化物、硫化铜组成。钴冰铜热力学分析表明，在钴冰铜酸浸过程中，当pH<1.78时铁主要以Fe<'2+>离子形态存在；当pH>0.63，浸出体系中存在硫化氢时，钴、镍主要以硫化物形态存在；钴冰铜中的铜在整个酸浸过程中一直以硫化铜的形态存于浸出渣中。 因此可将钴冰铜分阶段浸出，首先将浸出体系的终点pH值控制在0.63～1.78之间，保持浸出体系有足够的硫化氢，可选择性浸出钴冰铜中杂质铁，硫化沉淀被浸出的钴镍，然后再用酸浸出含钴镍浸出渣，将铜留在最终浸出渣中。在此基础上，提出了三段逆流选择性浸出技术：即第一段用低酸优先浸出钴冰铜中杂质铁，将钴镍富集到第一段的浸出渣中，第二段再用低酸浸出渣中部分钻镍，第三段用高酸浸出第二段渣中难浸的钴镍铁，将铜留在最终的浸出渣中，第三段浸出液经稀释，分流，分别返回至第一段，第二段作低酸浸出介质。 (3)浸出液净化与分离浸出液经两段净化再进行钴镍分离，第一段净化用黄钠铁矾法除铁，第二段净化用P204萃取深度除杂，最后经P507萃取分离钴镍。 (4)综合回收转炉渣中钴、镍、铜、铁的技术及应用在理论研究基础上，提出了“还原硫化富集钻镍一选择性浸出一高效净化一钴镍分离一产品开发”的综合回收转炉渣中钴、镍、铜技术，进行了小型试验及连续扩大试验，得到产品为草酸钴、硫酸镍、硫酸亚铁以及铜渣，在整个流程中钴、镍、铜的回收率分别为：84.43％、85.48％、89.17％。

目录

文摘

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声明

第一章文献综述

1.1 钴资源的状况

1.2钴火法冶炼及湿法提取技术的现状

1.2.1火法冶炼

1.2.2湿法提取

1.2.3钴火法冶炼及浸出提取技术的应用

1.3含钴浸出液的净化与钴镍分离技术的现状

1.3.1化学净化法

1.3.2有机溶剂萃取

1.3.3离子交换法

1.3.4液膜分离法

1.3.5电渗析法

1.3.6结晶分离法

1.3.7净化分离技术的应用

1.4论文选题的目的和主要研究内容

1.4.1研究的目的和意义

1.4.2研究的主要内容

第二章转炉渣制备钴冰铜

2.1概述

2.2转炉渣矿物学研究

2.2.1转炉渣多元素分析

2.2.2转炉渣矿物组成

2.2.3主要矿物的嵌布特性

2.2.4钴、镍、铜的赋存状态及分布

2.2.5粒度及金属分布测定

2.3转炉渣还原硫化过程的化学反应

2.4转炉渣制备钴冰铜的影响因素

2.4.1还原剂碳用量

2.4.2硫化剂黄铁矿用量

2.4.3熔剂石英用量

2.4.4熔炼温度

2.4.5保温时间

2.5优化条件试验

2.6转炉渣还原硫化后各产品分析

2.6.1贫化渣

2.6.2钴冰铜

2.7本章小结

第三章钴冰铜常压选择性浸出理论研究

3.1概述

3.2钴冰铜选择性浸出热力学分析

3.2.1浸出反应热力学特性

3.2.2硫酸溶液体系中铁钴镍硫化沉淀研究

3.2.3钴冰铜及其组分-水体系的Eh-pH图

3.3钴冰铜浸出技术方案研究

3.4三段逆流选择性浸出过程及浸出模型

3.5钴冰铜常温常压下硫酸浸出影响因素

3.5.1硫酸初始浓度

3.5.2温度

3.5.3浸出时间

3.5.4液固比

3.6三段逆流选择性浸出影响因素

3.6.1第一段除铁浸出影响因素

3.6.2第二段钴镍浸出影响因素

3.6.3第三段高酸浸出影响因素

3.7本章小结

第四章钴镍浸出液的净化及分离

4.1概述

4.2黄钠铁矾法除铁

4.2.1黄钠铁矾法除铁机理

4.2.2黄钠铁矾法除铁影响因素

4.3 P204萃取除杂机理

4.3.1 P204基本性质

4.3.2 P204萃取过程

4.3.3试验及结果

4.4 P507萃取分离钴镍

4.4.1 P507萃取分离钴镍机理

4.4.2试验及结果

4.5本章小结

第五章从镍转炉渣中回收钴镍铜的技术研究

5.1概述

5.2综合回收转炉渣中的钴镍铜技术流程

5.3小型试验

5.3.1钴冰铜的制备

5.3.2钴冰铜选择性浸出试验

5.3.3钴镍浸出液净化试验

5.3.4 P507萃取分离钴镍试验

5.4扩大试验

5.4.1硫化还原熔炼扩大试验

5.4.2浸出扩大试验

5.4.3浸出液净化及钴镍分离

5.4.4草酸钴制备

5.4.5扩大试验技术指标

5.5本章小结

第六章结论

参考文献

致谢

攻读博士期间发表的学术论文