一种分离溶液中锌和铁钴的方法技术

本发明专利技术属于废料资料回收技术领域，具体公开了一种分离溶液中锌和铁钴的方法：将包含锌离子、钴离子和离子态铁的混合溶液置于耐压反应釜中，调控混合溶液的pH为7～8.5，随后关闭反应釜并升温，当温度达到150～220℃后向耐压反应釜中通入增压气体，进行增压选择性分离反应，反应完成后，泄压，固液分离，得到含锌的溶液和含铁酸钴沉淀。本发明专利技术技术方案，能够有效实现铁钴和锌的一步、高选择性、高回收率地分离。

【技术实现步骤摘要】
一种分离溶液中锌和铁钴的方法
本专利技术属于湿法冶金废水综合回收领域，具体涉及一种包含锌、铁、钴复合离子的混合溶液体系的选择性分离方法。
技术介绍
钴是具有铁磁性的钢灰色金属，其导电率低，只有铜的21％。钴常用于生产耐热合金、硬质合金、防腐合金、磁性合金、三元锂电池材料和各种钴盐，是一种重要的有色金属。我国钴矿资源稀缺，仅占到世界钴矿石总量的1.8％左右，相比于澳大利亚、刚果(金)和赞比亚等主要产钴国家，我国的钴资源具有总储量小、品位低、富矿和独立成矿少、贫矿和伴生矿多的特点，所以我国钴的获取主要来自于Ni、Cu、Zn的冶炼系统与含钴元素废料。我国的钴消耗量占全世界的30％以上，由于钴产量缺口很大，所以钴矿石主要依赖进口，这在一定程度上限制了我国钴产业的发展，所以开展二次资源中钴资源的高效回收技术开发和应用研究势在必行。在湿法炼锌系统中，过多的钴存在会导致锌电解钴“烧板”现象频繁出现，所以中性硫酸锌溶液在返回闭合循环回路前需要进行净化沉钴处理。产生的钴渣数量庞大，是一种重要的含钴二次资源。针对含钴渣，常用办法是将其酸浸，获得包含锌、钴和铁等离子的酸浸溶液，而酸浸溶液，常预先沉淀除铁后，再使用溶剂萃取、中和沉淀、除钴剂选择性沉淀等方法钴和锌的分离。例如，张恩玉等人公开专利“一种锌钴分离方法”(CN106119560A)中采用非皂化的P507与煤油的混合物作为有机试剂萃取溶液中的锌，而萃余液中的钴采用碳酸沉淀得到高钴渣，但P507价格昂贵，且当溶液中锌含量过高时，将会导致萃取剂消耗量过大，分离效率较低，会产生大量废水。黄宇坤等人公开专利“一种从净化钴渣中高效分离和回收锌、钴的方法”(CN108893617A)中，采用NaOH调节溶液在特别高的pH值，使锌以锌酸根形式留在溶液中，而钴以氢氧化钴形式沉淀，但溶液耗碱量特别大，导致生产导致生产成本过高，且沉淀后溶液中硫酸钠含量过高，影响后续锌的回收。杨越等人公开专利“一种除钴剂及其应用”(CN109666800A)中采用二甲基二硫代氨基甲酸盐与亚硝酸钠组成的沉钴剂沉淀溶液中的钴，但钴沉淀率不高于50％，且得到的钴渣中还含有大量的锌，需要进一步分离。综上，现有的锌离子、钴离子和离子态铁的混合溶液的分离手段复杂，且分离的回收率以及选择性均有待进一步提升。
技术实现思路
本专利技术目的在于解决现有溶液中锌和铁钴的分离方法存在的选择性不高、流程长，副产多、回收率不理想等诸多不足，提供了一种方法简单、可一步高选择性分离溶液中锌和铁钴的方法。室温时，硫酸溶液中Fe2+、Co2+和Zn2+的溶度积ksp相差不大，分别为10-15、10-15.1和10-16.9，采用沉淀法分离时容易共沉淀，分离效果差。而采用特殊沉钴剂时，钴的回收率又不高、选择性不理想。本专利技术目的在于，提供一种将铁钴沉淀转化成铁氧体、将锌保留在溶液状态，从而实现锌与铁钴的选择性分离的构思，但实现该专利技术构思并不容易，必须克服铁酸钴和氧化锌、铁酸锌等杂质共沉淀导致分离选择性差、分离效果不理想、且回收率不高等问题。通过广泛研究，本专利技术人终于发现出一种可实现溶液中锌与铁钴的选择性分离的方法，具体为：一种分离溶液中锌和铁钴的方法，将包含锌离子、钴离子和离子态铁的混合溶液置于耐压反应釜中，调控混合溶液的pH为7～8.5，随后关闭反应釜并升温，当温度(T0)达到150～220℃后向耐压反应釜中通入增压气体，进行增压选择性分离反应，反应完成后，泄压，固液分离，得到含锌的溶液和含铁酸钴沉淀(铁氧体)；增压气体为非易水溶性气体；增压后的压强为P1，其不低于(大于或等于)增压前压强的1.1倍；所述的离子态铁为Fe3+和/或Fe2+；且所述的混合溶液包含Fe2+时，反应体系中还添加有氧化性助剂。本专利技术通过研究发现，创新地采用所述的增压处理工艺，进一步配合所述的pH、温度以及氧化性反应助剂的联合控制，可以出人意料地使铁钴和锌高选择性、高回收率地一锅分离，且可有效避免氧化锌以及铁酸锌的同步沉淀。本专利技术技术方案，能够使铁钴形成铁氧体(铁酸钴)沉淀，而锌仍然保留在溶液中，通过简单的固液分离，即可实现锌与铁钴的高选择性分离。作为优选，混合溶液中，锌离子(Zn2+)、离子态铁、钴离子(Co2+)的含量没有特别要求。例如，锌离子浓度30～150g/L，钴离子浓度0.1～10g/L，离子态铁的浓度5～35g/L。本专利技术中，所述的混合溶液为湿法炼锌所得的含钴渣的酸性浸出液。进一步优选，所述的混合溶液为湿法炼锌所得的含钴渣的硫酸浸出液。本专利技术所述的混合溶液，除含有锌离子、钴离子和离子态铁，还允许含有镉、铟、镓和锗等金属离子存在。研究发现，采用本专利技术的技术手段，除了能够有效改善铁钴与锌的分离选择性，还能够改善铁钴和其他杂质金属的分离选择性，还能够改善铁钴的回收率。本专利技术中，基于所述的增压操作下构建的外加气-液反应机制，进一步协同控制所述的pH以及温度以及反应助剂，能够意外地改善铁钴和锌的分离选择性，且能够改善铁钴的回收率。本专利技术中，所述的增压气体为可实现增压的气体，例如为非易水溶性气体；优选为保护气体和/或氧化性气体；所述的保护气体例如为氮气和/或惰性气体，所述的惰性气体例如为氩气。所述的氧化性气体例如为氧气和/或含有氧气的混合气，例如空气。本专利技术中，增压后的压强为P1，其不低于增压前压强(本专利技术标记为P0)的1.1倍。所述的增压前的压强可以基于克拉佩龙方程(P＝nRT/V)计算。作为优选，P1为1.1～2倍的P0；进一步优选为1.3～1.7P0。本专利技术中，混合溶液的pH可采用现有方法进行调控，优选采用氢氧化钠等其他碱金属氢氧化物进行调节。本专利技术中，所述的pH优选为7.4～8.2。研究发现，在优选的pH下，有助于进一步改善铁钴回收率及其和锌的分离选择性。反应温度(T0)优选为160℃～200℃。研究发现，在优选的pH下，有助于进一步改善铁钴回收率及其和锌的分离选择性。本专利技术中，当所述的离子态铁包含Fe2+时(例如单纯为Fe2+，或者为Fe2+和Fe3+的混合溶液)，优选在体系中添加氧化性反应助剂，其作用一方面利于生成铁酸钴，另一方面还意外地利于铁钴和锌的选择性分离和回收。另外，当所述的离子态铁为单独的Fe3+时，可加入氧化性助剂或者不加氧化性助剂，优选加入氧化性助剂。研究发现，优选加入的氧化剂特别是氧化性气体如氧气或空气，有助于意外地进一步改善铁钴和锌的选择性和回收率。作为优选，离子态铁为Fe2+和/或Fe3+，在反应体系中均添加有氧化性助剂。作为优选；所述的氧化性助剂为双氧水、过氧化化盐、过硫酸盐、氧化性气氛中的至少一种；所述的氧化性气氛为空气或者氧气。作为优选；所述的氧化性助剂为双氧水、过氧化化盐、过硫酸盐中的至少一种时，可通过保护性气氛和/或含氧气氛进行增压；当氧化性助剂为氧化性气氛时，可利用该氧化性气氛进行增压。作为优选，所述的氧化性助剂不低于将混合溶液中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离溶液中锌和铁钴的方法，其特征在于，将包含锌离子、钴离子和离子态铁的混合溶液置于耐压反应釜中，调控混合溶液的pH为7～8.5，随后关闭反应釜并升温，当温度达到150～220℃后向耐压反应釜中通入增压气体，进行增压选择性分离反应，反应完成后，泄压，固液分离，得到含锌的溶液和含铁酸钴沉淀；/n增压气体为非易水溶性气体；增压后的压强为P1，其不低于增压前压强的1.1倍；/n所述的离子态铁为Fe

【技术特征摘要】
1.一种分离溶液中锌和铁钴的方法，其特征在于，将包含锌离子、钴离子和离子态铁的混合溶液置于耐压反应釜中，调控混合溶液的pH为7～8.5，随后关闭反应釜并升温，当温度达到150～220℃后向耐压反应釜中通入增压气体，进行增压选择性分离反应，反应完成后，泄压，固液分离，得到含锌的溶液和含铁酸钴沉淀；
增压气体为非易水溶性气体；增压后的压强为P1，其不低于增压前压强的1.1倍；
所述的离子态铁为Fe3+和/或Fe2+；且所述的混合溶液包含Fe2+时，反应体系中还添加有氧化性助剂。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，混合溶液中，锌离子浓度30～150g/L，钴离子浓度0.1～10g/L，离子态铁的浓度5～35g/L。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，混合溶液中，所述的混合溶液为湿法炼锌所得的含钴渣的酸性浸出液。


4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的增压气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：何静，柳涛，廖方文，胡方圆，陈永明，杨声海，杨建广，唐朝波，曹淑琼，代杰，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43