钴锰矿矿浆电解试验研究.pdf

2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年4 期 钴锰矿矿浆电解试验研究 王成彦，王含渊，江培海，尹飞，陈永强 北京矿冶研究总院，北京1 0 0 0 4 4 摘要采用矿浆电解工艺处理高锰含钻物料，具有试剂消耗少，钴、锰浸出率高的优点，在阳极可以直接 得到高品位的M n q 产品，在阴极得到高钴锰比的阴极液，大大降低后续钴溶液的除锰负荷。 关键词矿浆电解；锰；钴；M n O z 中图分类号T F 8 1 6文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 { 2 0 0 6 0 4 0 0 0 2 0 4 S t u d yo fS l u r r yE l e c t r o l y s i so nC o b a l tM a n g a n e s eO r e W A N GC h e n g y a n ，W A N GH a n y u a n ，JI A N GP e i h a i ，Y I NF e i ，C H E NY o n g q i a n g B e i j i n gG e n e r a lR e s e a r c hI n s t i t u t eo fM i n i n g ＆M e t a l l u r g y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t U s i n gt h et e c h n o l o g yo fS l u r r yE l e c t r o l y s i st ot r e a tc o b a l t m a n g a n e s eo r e sh a v et h ea d v a n t a g e so ff e w e r r e a g e n t sc o n s u m i n g ，h i g h e rc o b a l ta n dm a n g a n e s el e a c h i n gr a t e ．I tc a ng e tt h ep r e m i u mM n 0 2p r o d u c t sd i r e c t l y i nt h ea n o d e ，a n dh i g hc o b a l t ．m a n g a n e s er a t e ’Sc a t h o d el i q u i di nt h es a m et i m e ．T h el o a d o fd e m a n g a n e s eo f f o l l o w u pc o b a l ts o l u t i o ni sr e d u c e dg r e a t l y ． K e y w o r d s S l u r r yE l e c t r o l y s i sP r o c e s s ；M a n g a n e s e ；C o b a l t ；M n 0 2 高锰含钴物料由于锰含量高，常规湿法处理工 艺加工成本较高，采用矿浆电解，可以使物料中大部 分的锰以M n 0 2 形态在阳极析出，使锰在浸出过程 得以净化脱除，大大降低试剂消耗费用[ 1 I 。 1试验方法 试验在5 L 矿浆电解槽中进行，将配制好的溶 液加入阳极室和阴极室中加热升温。称取定量矿样 予先浆化。当阳极室溶液达到指定温度，加入浆化 矿样，启动搅拌器，接通电流，进行浸出。到达指定 的时间，切断电流，停止搅拌，取出矿浆过滤分离，滤 渣经水洗后在6 0 ℃下烘干、称量并送样分析C o 、M n 和F e 。阳极生成的M n 0 2 经水洗后在6 0 ℃下烘干， 称量并送样分析C o 、M n 和F e 。 2 矿浆电解原理 用矿浆电解法处理钴、锰料是一个复杂的反应 过程，它不仅包含了矿浆在阴极的还原浸出，也同时 作者简介王成彦 1 9 6 8 一 ，男，博士，教授级高工 包含着M n 0 2 在阳极的氧化生成。钴、锰料在阴极 区酸性硫酸介质中呈悬浮状所产生的还原浸出过 程，可以通过下列几种途径来实现 1 电极还原浸出钴锰料 M n 0 2 2 e 4 H M n 2 2 H 2 0 c o z 0 2 2 e 6 H 2 C 乎 3 H 2 0 2 在阴极上生成的F d 还原浸出钴锰料 M n 0 2 2 F e 2 4 H 2 F e 3 M n 2 2 H 2 0 C 0 2 0 3 2 F e 2 十6 H 2 F e 3 2 c d 3 I - 1 2 0 3 电极上可能产生的H 2 还原浸出钴锰料。 M n 0 2 H 2 2 H M n 2 2 H 2 0 c o z 0 3 I - 1 2 4 H 2 c 0 2 3 U z O 在阳极区，则发生如下的氧化反应 M d 2 I - 1 2 0 M n 0 2 十4 H 2 e H 2 0 1 ／2 0 2 十 2 H 2 e F d F e 3 e 以上的反应历程表明，矿浆电解把钴锰料的阴 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年4 期 3 极还原浸出、M n 0 2 的阳极氧化析出以及浸出剂 F e 2 的还原再生三个过程有机地结合了起来。 3 试验结果和讨论 3 ．1温度 温度对物料浸出的影响是比较明显的，温度不 仅影响着离子的迁移速度和化学浸出反应速率，同 时还影响着电极表面电化学反应的速率。固定条 件C o3 8 ．8g ／L ，H 2 s 0 43 1g ／L ，M n2 5 ．8g ／L ，F e 0 ．4 1 9 ／L ，1 倍理论电量 C o M n ，阳极电流密度 8 0A ／m 2 。温度影响试验结果见图1 ，对阳极M n 0 2 成分的影响见图2 。 图1 浸出温度对钴、锰浸出率和回收率的影响 F i g ．1 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nl e a c h i n gr a t e a n dr e c o v e r yr a t eo fC oa n dM n 7 08 0 温度，℃ 图2 浸出温度对阳极M n 0 2 成分的影响 F i g ．2 E f f e c to ft e m p e r a t u r eo nM n 0 2 c o m p o s i t i o n 试验表明，浸出温度对钴、锰浸出率和阳极 M n 0 2 钴含量以及电耗的影响很明显，尤其是锰的 浸出率。由于被浸出的钴又在阳极随M n 0 2 部分析 出，虽然钴的浸出率可以达到9 9 ％，但回收率却只 有9 0 ％。 3 ．2 锰浓度 矿浆电解时，溶液中锰离子浓度的高低对钴、锰 的阴极还原浸出和阳极M n 0 2 的生成质量均会有一 定的影响。锰浓度过低，阳极易因锰的贫化而极化， 不仅使槽电压升高，而且使钴在阳极M n 0 2 的含量 提高，对钴回收不利；锰浓度过高，则会加大后续钴 溶液的除锰负荷。试验结果见图3 ～4 。 固定条件C o3 0g ／L ，H 2 S 0 41 0g ／L ，F e0 ．5 g ／L ，温度8 0 ℃，1 ．2 倍理论电量 C o M n ，阳极电 流密度1 0 0A ／m 2 。 图3 锰浓度对钴、锰浸出率和回收率的影响 F i g ．3 E f f e c to fM nc o n c e n t r a t eo nl e a c h i n g r a t ea n dr e c o v e r yr a t eo fC oa n dM n 冰 、 删 加 1 2 03 04 0 锰浓度／ g ．L 。 图4 锰浓度对阳极M n 0 2 成分的影响 F i g ．4 E f f e c to fM nc o n c e n t r a t eo nM n 0 2 c o m p o s i t i o n 3 ．3钴浓度 溶液钴浓度的提高，有助于后续钴溶液处理量 的减小，但却会增大阳极M n 0 2 的钴含量，使钴回收 率降低。试验研究结果见图5 ～6 。 固定条件M n3 0g ／L ，H 2 S 0 41 0g ／L ，F e0 ．5 g ／L ，温度8 0 ℃，1 ．2 倍理论电量 C o M n ，阳极电 流密度1 0 0A ／n 一。 O 5 0 5 O 5 3 2 2 l l 0 O 5 0 5 0 5 O 枷 ％ ∽ ∽ ％ ∽ ；6 、栅如 万方数据 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年4 期 图5 钴浓度对钴、锰浸出率和回收率的影响 F i g ．5 E f f e c to fC oc o n c e n t r a t eo nl e a c h i n gr a t e a n dr e c o v e r yr a t eo fC oa n dM n 誉 、 懒 抽 c o 浓度／ g ．L 一‘ 图6钴浓度对阳极M n 0 2 成分的影响 F i g ．6 E f f e c to fC oc o n c e n t r a t eo nM n 0 2 c o m p o s i t i o n 3 ．4 酸度 在钴锰料的还原浸出过程中，硫酸是作为浸出剂 而存在，因此，溶液酸度的提高，有助于钴、锰浸出率 的提高。同时阳极液酸度的提高有助于降低M n 0 2 的钴含量。但溶液酸度过高，则会对后续钴溶液的萃 取除锰产生不利影响。试验结果见图7 ～8 。 图7 酸度对钴、锰浸出率和回收率的影响 F i g ．7 E f f e c to fa c i d i t yo nl e a c h i n gr a t e a n dr e c o v e r yr a t eo fC oa n dM n 固定条件M n4 0g ／L ，C o4 0g ／L ，F e0 ．5g ／L ， 温度8 0 C ，1 ．2 倍理论电量 C o M n ，阳极电流密 度1 0 0A ／m 2 。 阳极溶液的酸度应控制在3 0g ／L 左右，阴极液 的p H 可以维持在1 左右。 袋 、 删 抽 l O1 52 02 53 0 H 2 S 0 4 ／ gL 。1 图8 酸度对阳极M n 0 2 成分的影响 F i g ．8 E f f e c to fa c i d i t yo nM n 0 2c o m p o s i t i o n 3 ．5 浸出时间 固定条件№3 0g ／L ，C o3 0g ／L ，H 2 S 0 43 0g ／L ，F e 0 ．5g ／L ，温度8 0 ℃，1 ．0 倍理论电量 C o № 。试验 结果见图9 ～1 0 。浸出时间以2 1 0m i n 为宜。 图9 浸出时间对钴、锰浸出率和回收率的影响 F i g ．9 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo nl e a c h i n gr a t e a n dr e c o v e r yr a t eo fC oa n dM n 2 ．5 2 ． J 冰 咖1 ．5 { 廿 1 ．0 J ．5 9 1 4 01 9 02 4 浸出时问／m i n 图1 0 浸出时间对阳极M n 0 2 成分的影响 F i g ．1 0 E f f e c to fl e a c h i n gt i m eo nM n 0 2e o m p o s i t i o n 0 S O S O S O 3 2 2 1 l 0 0 0 6 2 8 4 0 2 l 1 0 0 0 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 6 年4 期 5 3 ．6 电量 同时考虑到锰的平衡，浸出电量的选择以C o M n 的理论浸出电量的0 ．7 5 倍为起点。试验结果 见图1 1 ～1 2 。 固定条件M n3 3g ／L ，C o4 3g ／L ，H 2 S 0 41 8g ／ L ，F e0 ．5g ／L ，温度8 0 ℃。 图1 1 供电量对钴、锰浸出率和回收率的影响 F i g ．11 E f f e c to fe l e c t i cf l u xo nl e a c h i n gr a t e a n dr e c o v e r yr a t eo fC oa n dM n 2 ．5 2 ．0 更 ＼ 卿1 ．5 钿 1 ．0 O ．5 O ．7 51 ． K 1 ． 理论供电量倍数 图1 2 供电量对阳极M n O 成分的影响 F i g ．1 2 E f f e c to fe l e c t i cf l u xo n №c o m p o s i t i o n 钴、锰料的浸出比较容易，通入1 倍理论电量， 钴、锰浸出率均可以达到9 8 ％以上。考虑到阳极 M n O 的生成效率 ～7 0 ％ 及由此而带来的锰平衡 问题，为避免锰在溶液中的积累，供电量取理论电量 的1 ．2 5 倍。 3 ．7 综合条件试验 在条件试验研究的基础上，利用浸出过程的最 优条件，分别对含钴8 ％、锰2 4 ％和含钻1 7 ％、锰 3 3 ％的两种钴、锰料进行了综合条件试验研究。 阳极液成分M n3 0g ／L ，C o3 0g ／L ，H 2 S 0 43 0 g ／L ，F e1 ．0g ／L 。阴极液成分M n3 0g ／L ，C o3 0 g ／L ，p H 1 ，F e1 ．0g ／L 。浸出温度8 0 “ C ，阳极电流 密度1 1 8A ／m 2 ，1 ．2 5 倍理论电量 C o M n 。 综合试验表明，在1 ．2 5 倍 C 0 M n 的理论浸 出电解时间内，钴、锰浸出率可以达到9 9 ％以上，阳 极M n 0 2 钴含量小于1 ．5 ％。对含钴8 ％、含锰 2 4 ％的钴锰料，钴回收率大于9 2 ％，对含钴1 7 ％、含 锰3 3 ％的钴锰料，钻回收率大于9 5 ％。处理每吨钴 锰料的直流电耗为11 0 0 ～13 0 0k W h ，酸耗为2 5 0 ～4 0 0k g ，阳极平均电流效率约为7 2 ％。 4结论 条件试验研究证实，钴、锰料采用矿浆电解还原 浸出具有试剂消耗少、钴、锰浸出率高的优点，在阳 极可以直接得到高品位的M n 0 2 产品，在阴极得到 高钴锰比的阴极液，大大降低后续钴溶液的除锰负 荷。 钴、锰料矿浆电解的最优条件为浸出温度 8 0 ℃，液固比 1 0 - - 1 5 1 ，阳极电流密度1 1 8A ／m 2 ， 1 ．2 5 倍理论电量 C o M n 。阳极液成分M n3 0 g ／L ，C o3 0g ／L ，H ／S 0 43 0g ／L ，F e1 ．0g ／L 。阴极液 成分M n3 0g ／L ，C o3 0g ／L ，p H 1 ，F e1 ．0g ／L 。 钴和锰可以达到9 9 ％以上的浸出率，阳极M n 0 2 钴 含量小于1 ．5 ％，钴回收率大于9 2 ％。每吨钴直流 电耗70 0 0 ～1 40 0 0 k w h ，阳极平均电流效率约 7 2 ％。 参考文献 [ 1 ] 王成彦，王含渊，江培海，等．高锰含钴物料中钴的回收 [ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 5 2 5 ． 万方数据