真空蒸发脱氯技术在电积钴生产中的应用.pdf

1 0 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 1 期 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 5 ．1 1 ．0 0 3 真空蒸发脱氯技术在电积钴生产中的应用 曾辉，丁庆华 金川集团股份有限公司兰州金川新材料公司，甘肃金昌7 3 7 1 0 0 摘要对电积钴真空蒸发技术的原理及应用情况进行论述，总结了新技术在电积钴生产中表现出来优越 性和先进性。 关键词电积钴；真空脱氯；蒸发浓缩 中图分类号T F 8 1 6文献标志码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 5 1 1 一0 0 1 0 0 3 A p p l i c a t i o no fV a c u u mE V a p o r a t i o nD e c h l o r i n a t i o n T e c h n o l o g yi nC o b a l tE l e c t r o w i n n i n g Z E N GH u i ，D I N GQ i n g h u a I ，a n z h o uJ i n c h u a nN e wM a t e r i a l sC o m p a n y ，J i n c h u a nG r o u pC o ．，L t d ．，J i n c h a n g7 3 7 1 0 0 ，G a n s u ，C h i n a A b s t r a c t T h ep r i n c i p l ea n da p p l i c a t i o no fv a c u u me v a p o r a t i o nt e c h n o l o g yf o rc o b a l te l e c t r o w i n n i n gw e r e d i s c u s s e d ． S u p e r i o r i t ya n da d v a n c e m e n to ft h i sn o v e lt e c h n o l o g yi nc o b a l tp r o d u c t i o nw e r es u m m a r i z e d ． K e yw o r d s c o b a l te l e c t r o w i n n i n g ；v a c u u md e c h l o r i n a t i o n ；e v a p o r a t i o nc o n c e n t r a t i o n 随着溶剂萃取技术的不断发展，不溶阳极电积 精炼技术显示出明显的优势，不溶阳极材质、氯气收 集、气液分离、真空蒸发、脱氯等技术的开发和应用， 使得不溶阳极电积钴的工艺技术日趋成熟，该项技 术已经成为钴湿法冶金生产中主要发展方向。但是 在不溶阳极电积钴产业化生产过程中，存在两大技 术难题，严重制约着电积钴规模化生产，一是阳极液 脱氯的问题口。3 ] ，脱氯效果不好，阳极液中富含游离 态氯，氯气溢出造成现场作业环境差；二是电积钴生 产体系体积平衡的问题，体积膨胀导致钴离子浓度 失衡，难以维持正常的电积钴生产，严重影响电积钴 产品质量。 钴产能扩大促进了工艺技术不断进步和发展。 真空蒸发、脱氯技术的开发和应用从间断、单罐作业 发展到连续、大规模化生产；装备水平从脱氯柱、搪 瓷蒸发釜发展到目前的高效脱氯、蒸发器，该套装置 将脱氯、蒸发两个工作过程合二为一，彻底解决了体 积难以平衡和钴离子浓度贫化严重的问题，并成功 应用于电积钴生产实践中，使我国钴氯化精炼工艺 技术一跃到世界先进水平。 1 真空脱氯、闪蒸的原理 气体在液相中的溶解度与该气体在气相中的分 压成正比；溶液沸点与气压高低成正比。当氯气在 气相中的分压降低后，氯气在液相中的溶解度也就 随之下降，大量的氯气溢出与溶液分离[ 4 1 ；气压升 高，溶液的沸点也升高，气压下降，溶液的沸点就跟 着下降，当蒸发器中真空度降低后，溶液沸点降低， 过热状态的溶液迅速沸腾、气化，水分快速蒸发而与 溶液分离，增加了浓缩溶液中溶质含量，阳极液的浓 度提高，同时在一定负压下氯气的溶解度随温度的 升高而降低，沸腾状态的溶液有利于溶解氯的脱 除m ] 。 收稿日期2 0 1 5 一0 5 一0 6 基金项目国家“十二五”科技支撑计划项目 2 0 1 2 B A F 0 3 8 0 6 ；甘肃省重点项目 2 0 4 1 0 0 9 作者简介曾辉 1 9 6 5 一 ，男，湖南常德人，高级工程师． 万方数据 2 0 1 5 年第1 1 期有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 真空蒸发脱氯技术在电积钴中的作用 钴电积采用的工艺流程是氯化钴溶液一电积精 炼一电钻、阳极液 氯气。产出的一级品电钴外售， 阳极液 氯气经多次气液分离脱氯后，阳极液返回 体系使用，氯气用氢氧化钠吸收后达标排放。其处 理工艺是阳极液 氯气一气液分离一阳极液一真空 蒸发、脱氯一脱氯后的阳极液 高浓度氯化钴溶液 一返回电积钴生产体系。 真空蒸发、脱氯技术是电积钴生产关键环节，通 过该技术处理后阳极液体积缩小、钻浓度增加，溶液 中游离态C l 一大幅度降低，酸度降低，生产环境改 善，脱氯后的阳极液与高浓度阳极液配液后返回生 产体系，确保电积生产过程溶液循环量、p H 、钴浓度 控制稳定，彻底解决了电积钴产业化技术难题。 3真空蒸发脱氯工艺过程 真空蒸发脱氯装置主要由加热器、真空蒸发器、 冷却器和真空泵等4 部分组成，采用自动控制生产 过程中流量、温度、液位的监测、控制、联锁。 含氯气的阳极液进入板式换热器，溶液和蒸汽 通过两个相对独立的传热性能良好的板片通道，进 行热量传质交换，过热状态溶液进入蒸发器，喷淋至 蒸发器中填料层，在真空状态下，同时完成闪蒸浓缩 和氯气脱除，浓缩后的阳极液泵送出蒸发器，并通过 液位调节系统来控制脱氯蒸发器的液位。 蒸发产生的氯气和水蒸气经二次板换冷却器， 含氯气的冷凝水从高2 0m 处自流至氯水槽[ 6 ] ，再送 至18 碱吸收塔。冷凝后的氯气被真空泵抽吸至二 次汽水分离器，氯水再次流人氯水槽，送至碱吸收 18 吸收塔，氯气抽吸至碱吸收工序。 脱氯蒸发器内的液位、回流管流量、进液流量、 溶液温度、真空度全部采用自动集中控制，以提高蒸 发器的使用效率。 4 真空脱氯蒸发技术的生产实践 真空脱氯、蒸发技术是集蒸发和脱氯两种功能 于一身，同时解决了阳极液脱氯效果不佳及溶液体 积平衡两大问题。 影响到真空蒸发脱氯装置效果的因素较多，主 要因素包括溶液温度、p H 、脱氯蒸发器液位、真空度 等‘7 | 。 4 ．1 脱氯前阳极液成分及温度 蒸发器对阳极液成分要求不严，一般低浓度的 阳极液即可。溶液温度对蒸发及脱氯效果有较大影 响，含氯气的阳极液经过板式换热器加温至一定温 度以后即可满足生产要求。阳极液温度和真空度对 脱氯效果的影响如表1 所示。 表1温度和真空度对阳极液脱氯的影响 T a b l e1E f f e c t so ft e m p e r a t u r ea n dV a c u u md e g r e eo nd e c h l o r i n a t i o no f 舳o l y t e 温度／℃ 真捌m 弋而爿燮罴品 脱氯后阳极液 c o ／ g L1 游离氯／ m g L1 从表l 可以看出，阳极液温度越高，脱氯、浓缩 效果越好，但是考虑到蒸发器材质和使用寿命，阳极 液温度控制在7 5 ～8 5 ℃。 4 ．2 阳极液p H 脱氯前溶液的p H 对脱氯效果的影响较大，根 据脱氯反应动力学原理，H 含量越高，越利于反应 向生成氯气的方向进行。一般条件下，不溶阳极的 电解液的p H 均在o ．5 ～2 ．o ，在该p H 范围内，脱氯 效果均比较好。 4 ．3 脱氯蒸发器液位 真空蒸发脱氯器液位过低，设备利用率低；液位 过高则导致蒸发器蒸发、脱氯效果不好，蒸发器最佳 液位是2 0 ％～3 5 ％。 4 ．4 真空度 蒸发器中真空度越高，溶液中的游离氯脱除和 溶液的浓缩效果越好，在一定真空度下，使用温度不 太高而来源较方便的蒸汽作为加热源间接加热，使 溶液蒸发浓缩、游离氯脱除[ 5 ] ，但真空度过高会使真 2 7 0 5 2 8 8 8 8 3 5 8 7 3 O 3 4 8 8 9 O 3 7 O 4 4 4 4 5 5 5 5 5 5 5 6 6 r O 7 一 一 一 一 一 一 一 均平 万方数据 1 2 有色金属 冶炼部分 h t t p ／／y s y l ．b g r i m m ．c n 2 0 1 5 年第1 1 期 空泵的吸气量有所降低，影响真空的稳定性。一般 根据阳极液中游离氯和蒸发水量调节真空度，如果 脱氯后溶液中游离氯含量过高，则将脱氯器的设定 值向高真空度方向调节，反之亦然。从表1 可以看 出，真空度越高，脱氯、浓缩效果越好，但是考虑到蒸 发器材质和使用寿命，真空度的控制范围为一5 0 ～ 一7 0k P a 。 4 ．5 循环水量及温度 真空蒸发脱氯过程中，随着蒸发过程的进行，蒸 发出的水蒸气量增大，真空度降低，影响脱氯效果。 当冷却器循环水量小和蒸发水温高时，冷却效果差， 水蒸气不能及时冷却，真空度降低。此时应加大循 环冷却水量，以确保真空度和脱氯效果。 4 ．6 溶液处理量 阳极液流量过小，将会使设备利用率降低；阳极 液流量过大，脱氯、蒸发效果差。实际生产中阳极液 的流量控制在6 0 ～9 0m 3 ／h 。 5 真空蒸发脱氯技术的应用效果 真空蒸发脱氯装置应用于生产实践，实现了脱 氯过程和蒸发过程的连续作业，保证了电积钴循环 液钴离子浓度的稳定，为电积钴产品质量稳定提升 创造了条件。脱氯前后阳极液成分对比见表1 。 脱氯后阳极液游离氯含量控制在3 ．8m g ／L ，每 日可蒸发出水量4 0 ～5 0m 3 ，有效解决了不溶阳极 电积钴生产工艺中循环液含游离氯高、现场作业环 境差及溶液体积平衡难的问题。蒸发后阳极液温度 一般达8 0 ℃以上，而由萃取产出的3 0 ℃氯化钴溶 液配液后的新液温度只有6 0 ℃，可以直接进入电积 钴循环体系。 采用该装置后，电积钴生产体系阳极液脱氯及 蒸发浓缩效果较以前有了较大幅度的提升，真空蒸 发脱氯装置与原脱氯柱及蒸发釜的脱氯效果对比结 果见表2 。 表2 不同脱氯装置脱氯效果对比 T a b l e2D e c h I o r i n a t i o ne f f e c tO fd i f f e r e n t d e c h l o r i n a t i o nd e v i c e 使用该装置后，由于将脱氯及蒸发两个过程合 二为一，使得这两个过程的能源总消耗有所降低，尤 其是蒸汽用量较以前有较大幅度降低。 6结论 真空脱氯、蒸发技术的开发及应用，成功解决了 脱氯后阳极液游离氯含量高和电积钴循环液体积平 衡两大问题，使电积钴作业现场环境得到极大改善， 生产流程更为顺畅，提高了钴实收率，降低了钴的加 工成本。 参考文献 [ 1 ] 武彦斌，王三反，周键，等．治理钴电积中氯气污染的研 究进展[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 4 9 8 1 1 ． [ 2 ] 王振文，张爱青，江培海，等．密闭电解槽在钴电积上的 产业化应用[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 5 1 0 一1 2 ． [ 3 ] 王振文，江培海，尹飞，等．密闭电解槽电积氯化钴生产 电钻的工艺研究[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 1 3 4 8 1 1 ． [ 4 ] 刘学良．氯水真空脱氯回用技术[ J ] ．中国氯碱，2 0 1 1 5 3 4 3 5 ． [ 5 ] 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