電積鈷的生產方法

2023-11-03 14:45:47 3

專利名稱：電積鈷的生產方法
技術領域：
本發明涉及一種電積鈷的生產方法，屬於電積鈷生產設施技術領域。
背景技術：
鈷具有耐腐蝕、熔點高、強磁性等優良性能，是各種特殊鋼、耐熱合金、抗腐蝕合 金、磁性合金等生產的重要原料，廣泛應用於航空航天、機械製造、電池等領域，純度較高的 鈷廣泛應用於磁性材料、超級合金材料，純度達到99. 999%以上的鈷還用來做先進電子元 件的靶材。在自然界中鈷一般以鈷鹽或礦產的伴生礦等形式存在，我國目前實際可利用的鈷 資源估計只有約4萬噸，是一個鈷資源嚴重短缺的國家。我國單一鈷土礦的儲量只佔全世 界總儲量的2%，平均品位只有約0. 3% ；伴生鈷礦的品位僅為0. 02%，每年依靠國內鈷資 源生產的鈷不到1000噸，所以每年均需花費大量的外匯進口大量的含鈷原料。隨著電子產 業的不斷發展，市場對鋰電池的需求也在不斷增大，而鋰電池中鈷的含量高達17%，其所含 的鈷幾乎是我國礦產鈷平均含量的850倍。我國鈷資源短缺的狀況是客觀存在的，未來經 濟社會的發展同資源的矛盾會越來越突出，因此提高鈷的產品質量和回收率是一個急需解 決的問題。鈷的生產方法一般為採用電積槽，由硫酸鈷或氯化鈷溶液電積得到，其中以氯化 鈷溶液為例，電積過程中的反應如下所示陰極:Co2++2e= Co ；陽極:2Cr-2e= Cl2 ；Co2++30r-e = Co00H+H20 ；40r-4e = 2H20+02。現有的電積鈷的生產方法在加工過程中原料的利用率不高，生產的電積鈷無論從 純度還是回收率都很難達到要求，具體而言存在以下這些問題1.電積過程中會產生較強烈的硫酸酸霧或氯氣(其中氯氣的產出量為電積鈷金 屬重量的1. 2倍)，汙染環境。雖然採用了聚氣罩、換氣扇、強力風機、吸收塔等環保措施，但 問題依然難以根除，對生產環境、操作人員的身心健康及設備器材的壽命及安全等產生較 大的影響。2.在電積過程中，產生的酸霧會夾帶鈷鹽揮發流失，降低了鈷金屬的回收率。3.大量陽極渣(CoOOH)的產生使得鈷的損耗增大，降低了鈷金屬的回收率。4. 0H_在陽極放電後產生的氧氣、少量氯氣與水反應生成的次氯酸等會氧化陰極 鈷，使電積鈷產品中含氧雜質，降低鈷的純度。5.採用敞口開放式電積槽，生產過程冗長、步驟繁瑣、員工勞動強度大、費工費時， 加之電積槽中鈷溶液直接暴露在空氣裡，作業時導電棒上的銅屑、鐵屑以及粉塵等雜物隨 時會汙染電積液，導致電鈷產品質量難以保障。

發明內容
本發明提供一種電積鈷的生產方法，可以有效抑制陽極渣的產生，提高鈷金屬的 回收率。所述電積鈷的生產方法為，電積溶液中包含CoCl2和鹽酸羥胺，電積溶液中鹽酸羥 胺濃度為0. 03 0. 06克/升，電積溶液的PH值為1. 5 2. 5。作為本發明的優選，電積時間為60 80h。電積時間短，產品外觀較薄、易氧化變 色且總產量較低；時間過長，鈷板長相雖厚、但此時板面容易產生毛刺或鈷瘤、從而引發陰 陽極間短路。作為本發明的優選，電積溶液中鈷濃度為60 75克/升，電積時槽電壓為2. 3 3. 0V,電流密度為380 430A/m2，溫度為50 58°C。槽電壓過低，離子在溶液中遷移的速 度較慢；電流密度過低，電流效率、產能同時也會偏低。槽電壓及電流密度過高，產品的外觀 質量、電耗、極板的使用壽命將受影響。本發明的研究者發現，添加鹽酸羥胺，控制電積溶液的pH值可以有效阻止陽極渣 的產生、防止陰陽兩極極化，降低電鈷產品中某些雜質成分(比如氧)的含量、使產品的物 理外觀(光澤度、光潔度)更突出；可顯著降低電積過程中鈷的損耗、提高產品質量。由於 基本沒有陽極渣，省去了現有生產過程中的定期清理陽極渣的程序，可連續生產，簡化了生 產操作工序。電積優選在封閉的電積裝置中進行，所述電積裝置包括串聯的電積槽、尾氣吸收 裝置、循環泵和電解液儲槽，所述尾氣吸收裝置與電積槽的出口連接。作為進一步優選方案，所述電積槽包括陰極板、陽極板，其特徵在於還包括大梁、 槽頭板、槽尾板、電機，陰、陽極板交錯並列置於槽尾板和槽頭板之間，相鄰的陰、陽極板之 間，槽尾板與相鄰的陰極板或陽極板之間，以及槽頭板與相鄰的陰極板或陽極板之間的周 邊均以塑膠框隔離，大梁設於槽尾板、陰極板、陽極板和槽頭板的兩側，槽尾板與大梁端部 連接，陰、陽極板和塑膠框的兩側均設有支架，所述支架均置於兩側的大梁上，槽頭板的兩 側設有滑動裝置，背面通過連接裝置與電機相連，通過電機驅動槽頭板沿大梁做往復運動， 槽頭板、槽尾板上部分別設有進液孔、出液孔。更優選的，所述電積槽還包括頂杆，頂杆一端 與槽頭板固定連接，一端與電機連接，電機驅動頂杆帶動槽頭板沿大梁做往復運動。所述塑膠框採用公知公用的材料，起到絕緣、密封周邊的作用。陰、陽極板的基本結構與現有技術相同，如陰、陽極板的中部均設有通液孔，導通 電解質溶液，顯然通液孔不應被塑膠框覆蓋；另外陰、陽極板上還固定有銅排，以連接電源， 作為優選方案，陰、陽極板頂部均設有銅排，顯然，所述銅排的頂部應比塑膠框的頂部高，這 樣利於連接電源，不容易短路。使用上述封閉的電積裝置時，先將電積槽的大梁水平固定於平整的混凝土基礎 上，將潔淨的陰極板與陽極板交錯並列置入槽尾板和槽頭板之間，相鄰的陰、陽極板之間， 槽尾板與相鄰的陰極板或陽極板之間，以及槽頭板與相鄰的陰極板或陽極板之間的周邊均 以塑膠框隔離，槽頭板的背面通過連接裝置與電機相連。再將陰、陽極板上的導電銅排分別 通過焊把線連接起來。將電積槽、尾氣吸收裝置、循環泵和電解液儲槽串接，並使尾氣吸收 裝置與電積槽的出口連接。生產電積鈷的具體步驟如下1)循環液製備將氯化鈷晶體計量後(或溶液)投入攪拌槽，加水配製成一定濃度的溶液。2)通液電機驅動槽頭板沿大梁向槽尾板做直線運動，壓緊陰、陽極板和塑膠框， 使槽尾板、槽頭板之間形成一個封閉的槽體。將循環液經進液孔送入電積槽的槽體內，當注 滿槽體後由上側出液孔排出。3)通電接通電源，進行電積，經一定的時間後可以出槽。通電時，電解反應在封閉狀態下進行，可以關閉進液孔、出液孔，也可以以流量計 控制流速，使循環液不斷循環。流速一般為？^^^！^/！！，優選為〗^!!!3/!!。隨著電積反應的 進行，電積溶液中的鈷沉積到陰極板上，循環液中的鈷濃度和鹽酸羥胺濃度會下降，為了保 證循環液中的鈷濃度和鹽酸羥胺濃度，可以每隔一段時間向電解液儲槽中加入濃度較高的 氯化鈷溶液或氯化鈷晶體、以及鹽酸羥胺。尾氣吸收裝置可以吸收生產過程中產生的(12酸 霧，進一步減少對環境的汙染。優選的尾氣吸收裝置包括氣水分離器和氯氣吸收罐，氣水分 離器設於出液孔和循環泵之間。循環液進入氣水分離器後，脫除生產過程中產生的氯氣，然 後被循環泵入槽體。出槽時，電機驅動槽頭板沿大梁背離槽尾板做直線運動，鬆開陰、陽極板和塑膠 框，從而槽體打開，取出陰、陽極板即可。槽體打開前，可在槽體下方放置液體收集裝置，收 集從槽體中流出的循環液。所述與電機相連的連接裝置可以是公知公用的各種裝置，優選的方案是連接裝置 包括頂杆，頂杆一端與槽頭板固定連接，一端與電機連接，電機驅動頂杆帶動槽頭板沿大梁 做往復運動。頂杆與電機之間可以串接有傳動齒輪、減速器等結構。電積溶液由氯化鈷溶液、鹽酸羥胺和鹽酸配製而成，有時為了調整電積溶液中的 鈷濃度，需要加入水。應嚴格控制氯化鈷溶液的質量，如有機物含量在IOppm以下、鈷濃度 不小於75克/升；銅、鉛含量均不大於0. 0003克/升；鐵含量不大於0. 0009克/升；錳、 Zn等其它雜質含量均不大於0. 0006克/升；pH值為3. 8 4. 5。本發明具有以下優點1、顯著提高鈷產品質量和回收率，電積鈷的純度由原來的99. 85%，提高到現在的 99. 98%以上，電積過程的回收率也由原來的98. 5%上升到現在的99. 99%，電積溶液中含 有的鈷的總金屬量在電積的過程中不會產生諸如因鈷溶液揮發、鈷的陽極渣、人工管理操 控而引起的鈷損耗。其中，回收率是指電積後鈷產品金屬量加上殘液中含有的鈷金屬量的 總和佔投入的總金屬量的百分比。2、佔地面積小、操作簡單，降低了勞動強度。3、當整個生產過程是在全封閉的條件下進行時，不僅確保了鈷產品極高的優等品 率還能夠有效地改善工作環境、防止汙染。


圖1是實施例1-6所用電積裝置的結構示意圖；圖2是圖1中電積槽的結構示意圖(主視圖，去掉陰、陽極板頂部的銅排)；圖3是圖1中電積槽的結構示意圖(俯視圖)；圖4是陰極板或陽極板的結構示意圖；圖5是塑膠框的結構示意圖6是圖1中尾氣吸收裝置的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1-6所示，所述電積裝置包括串聯的電積槽18、尾氣吸收裝置19、循環泵20 和電解液儲槽21，所述尾氣吸收裝置19與電積槽18的出口連接。所述尾氣吸收裝置19包 括氣水分離器22和氯氣吸收罐23，氣水分離器22上設有循環液進口 24和循環液出口 25， 串接在電積裝置中，氯氣吸收罐23與氣水分離器22連通。所述電積槽18包括陰極板11、 陽極板10，還包括大梁3、槽尾板1、槽頭板4、電機7，陰、陽極板11、10交錯並列置於槽尾 板1和槽頭板4之間，相鄰的陰、陽極板11、10之間，槽尾板1與相鄰的陰極板11之間，以 及槽頭板4與相鄰的陽極板10之間的周邊均以塑膠框9隔離，大梁3設於槽尾板1、陰極 板11、陽極板10和槽頭板4的兩側，槽尾板1與大梁3端部連接，陰、陽極板11、10和塑膠 框9的兩側均設有支架12，所述支架12均置於兩側的大梁3上，槽頭板4的兩側設有滑動 裝置6，背面通過連接裝置15與電機7相連，所述滑動裝置6為滑動輪，通過電機7驅動槽 頭板4沿大梁3做往復運動，槽頭板4、槽尾板1上部分別設有進液孔5、出液孔8。陰極板11與陽極板10的結構相同，如圖3所示，陰、陽極板11、10的中部均設有 通液孔16，導通電解質溶液；另外陰、陽極板11、10頂部還固定有銅排13或14，所述銅排 13或14的頂部比塑膠框9的頂部高，銅排13或14的一端設有焊把線接頭17，用來接通電 源。安裝電積槽時，最好如圖2所示，將陰、陽極板11、10的焊把線接頭17分別位於槽體的 兩側，防止電路短路。實施例1由氯化鈷溶液(鈷濃度95克/升；銅0. 0002克/升；鉛0. 0003克/升；鐵 0. 0008克/升；錳0. 0005克/升；鋅0. 0006克/升；有機物5. 6ppm ；pH值4. 5)、鹽酸 羥胺、鹽酸和去離子水調配成鈷濃度為72克/升、鹽酸羥胺0. 05克/升、pH值2. 0、溫度 55°C的溶液作為循環液，加入到電解液儲槽21中。控制流速2. 8立方/小時將循環液泵入 電積槽內，當注滿槽體後接通電源，保持2. 5伏的槽電壓和430安/平方米的電流密度進行 電積，保持電解液儲槽中循環液的Co濃度為60-75克/升、鹽酸羥胺濃度為0. 04-0. 05克/ 升，經72小時後即可以出槽剝離，得到電積鈷產品，電積槽內基本沒有陽極渣，鈷回收率達 到99. 9969%，電積鈷產品純度為99. 9908%，檢測結果如表1所示。表 1 實施例2由氯化鈷溶液(鈷濃度95克/升；銅0. 0002克/升；鉛0. 0003克/升；鐵 0. 0008克/升；錳0. 0005克/升；鋅0. 0006克/升；有機物5. 6ppm ；pH值4. 5)、鹽酸 羥胺、鹽酸和去離子水調配成鈷濃度為65克/升、鹽酸羥胺0. 05克/升、pH值2. 0、溫度 50°C的溶液作為循環液，加入到電解液儲槽21中。控制流速2. 8立方/小時將循環液泵入 電積槽內，當注滿槽體後接通電源，保持3. 0伏的槽電壓和380安/平方米的電流密度進行 電積，保持電解液儲槽中循環液的Co濃度為60-75克/升、鹽酸羥胺濃度為0. 04-0. 05克/ 升，經68小時後即可以出槽剝離，得到電積鈷產品，電積槽內基本沒有陽極渣，鈷回收率達 到99. 9963%，電積鈷產品純度為99. 9906%。實施例3由氯化鈷溶液(鈷濃度95克/升；銅0. 0002克/升；鉛0. 0003克/升；鐵 0. 0008克/升；錳0. 0005克/升；鋅0. 0006克/升；有機物5. 6ppm ；pH值4. 5)、鹽酸 羥胺、鹽酸和去離子水調配成鈷濃度為69克/升、鹽酸羥胺0. 05克/升、pH值2. 0、溫度 58°C的溶液作為循環液，加入到電解液儲槽21中。控制流速2. 8立方/小時將循環液泵入 電積槽內，當注滿槽體後接通電源，保持2. 3伏的槽電壓和400安/平方米的電流密度進行 電積，保持電解液儲槽中循環液的Co濃度為60-75克/升、鹽酸羥胺濃度為0. 04-0. 05克/升，經65小時後即可以出槽剝離，得到電積鈷產品，電積槽內基本沒有陽極渣，鈷回收率達 到99. 9965%，電積鈷產品純度99. 9907%。實施例4由氯化鈷溶液(鈷濃度95克/升；銅0. 0002克/升；鉛0. 0003克/升；鐵 0. 0008克/升；錳0. 0005克/升；鋅0. 0006克/升；有機物5. 6ppm ；pH值4. 5)、鹽酸 羥胺、鹽酸和去離子水調配成鈷濃度為70克/升、鹽酸羥胺0. 03克/升、pH值2. 5、溫度 55°C的溶液作為循環液，加入到電解液儲槽21中。控制流速2. 8立方/小時將循環液泵入 電積槽內，當注滿槽體後接通電源，保持2. 5伏的槽電壓和430安/平方米的電流密度進行 電積，保持電解液儲槽中循環液的Co濃度為60-75克/升、鹽酸羥胺濃度為0. 03-0. 04克/ 升，經72小時後即可以出槽剝離，得到電積鈷產品，電積槽內基本沒有陽極·，鈷回收率達 到99. 9907%，電積鈷產品純度99. 9813%。實施例5由氯化鈷溶液(鈷濃度95克/升；銅0. 0002克/升；鉛0. 0003克/升；鐵 0. 0008克/升；錳0. 0005克/升；鋅0. 0006克/升；有機物5. 6ppm ；pH值4. 5)、鹽酸 羥胺、鹽酸和去離子水調配成鈷濃度為70克/升、鹽酸羥胺0. 06克/升、pH值1. 5、溫度 55°C的溶液作為循環液，加入到電解液儲槽21中。控制流速2. 8立方/小時將循環液泵入 電積槽內，當注滿槽體後接通電源，保持2. 5伏的槽電壓和430安/平方米的電流密度進行 電積，保持電解液儲槽中循環液的Co濃度為60-75克/升、鹽酸羥胺濃度為0. 05-0. 06克/ 升，經72小時後即可以出槽剝離，得到電積鈷產品，電積槽內基本沒有陽極·，鈷回收率達 到99. 9973%，電積鈷產品純度99. 9910%。實施例6由氯化鈷溶液(鈷濃度95克/升；銅0. 0002克/升；鉛0. 0003克/升；鐵 0. 0008克/升；錳0. 0005克/升；鋅0. 0006克/升；有機物5. 6ppm ；pH值4. 5)、鹽酸 羥胺、鹽酸和去離子水調配成鈷濃度為75克/升、鹽酸羥胺0. 03克/升、pH值1. 5、溫度 55°C的溶液作為循環液，加入到電解液儲槽21中。控制流速2. 8立方/小時將循環液泵入 電積槽內，當注滿槽體後接通電源，保持2. 5伏的槽電壓和430安/平方米的電流密度進行 電積，保持電解液儲槽中循環液的Co濃度為60-75克/升、鹽酸羥胺濃度為0. 03-0. 04克/ 升，經70小時後即可以出槽剝離，得到電積鈷產品，電積槽內基本沒有陽極·，鈷回收率達 到99. 9946%，電積鈷產品純度99. 9862%。實施例7由氯化鈷溶液(鈷濃度95克/升；銅0. 0002克/升；鉛0. 0003克/升；鐵 0. 0008克/升；錳0. 0005克/升；鋅0. 0006克/升；有機物5. 6ppm ；pH值4. 5)、鹽酸 羥胺、鹽酸和去離子水調配成鈷濃度為75克/升、鹽酸羥胺0. 05克/升、pH值2. 5、溫度 55°C的溶液作為循環液，加入到電解液儲槽21中。控制流速2. 8立方/小時將循環液泵入 電積槽內，當注滿槽體後接通電源，保持2. 5伏的槽電壓和430安/平方米的電流密度進行 電積，保持循環液濃度為60-75克/升，經70小時後即可以出槽剝離，得到電積鈷產品，電 積槽內基本沒有陽極渣，鈷回收率達到99. 9959%，電積鈷產品純度99. 9893%。
權利要求
一種電積鈷的生產方法，其特徵在於電積溶液中包含CoCl2和鹽酸羥胺，電積溶液中鹽酸羥胺濃度為0.03～0.06克/升，電積溶液的pH值為1.5～2.5。
2.如權利要求1所述的電積鈷的生產方法，其特徵在於，電積時間為60 80h。
3.如權利要求1所述的電積鈷的生產方法，其特徵在於，電積溶液中鈷濃度為60 75 克/升，電積時槽電壓為2. 3 3. 0V,電流密度為380 430A/m2，溫度為50 58°C。
4.如權利要求1-3中任一項所述的電積鈷的生產方法，其特徵在於，電積在封閉的電 積裝置中進行，所述電積裝置包括串聯的電積槽、尾氣吸收裝置、循環泵和電解液儲槽，所 述尾氣吸收裝置與電積槽的出口連接。
5.如權利要求4所述的電積鈷的生產方法，其特徵在於，所述電積槽包括陰極板、陽極 板，其特徵在於還包括大梁、槽頭板、槽尾板、電機，陰、陽極板交錯並列置於槽尾板和槽頭 板之間，相鄰的陰、陽極板之間，槽尾板與相鄰的陰極板或陽極板之間，以及槽頭板與相鄰 的陰極板或陽極板之間的周邊均以塑膠框隔離，大梁設於槽尾板、陰極板、陽極板和槽頭板 的兩側，槽尾板與大梁端部連接，陰、陽極板和塑膠框的兩側均設有支架，所述支架均置於 兩側的大梁上，槽頭板的兩側設有滑動裝置，背面通過連接裝置與電機相連，通過電機驅動 槽頭板沿大梁做往復運動，槽頭板、槽尾板上部分別設有進液孔、出液孔。
6.如權利要求5所述的電積鈷的生產方法，其特徵在於，所述電積槽還包括頂杆，頂杆 一端與槽頭板固定連接，一端與電機連接，電機驅動頂杆帶動槽頭板沿大梁做往復運動。
7.如權利要求5所述的電積鈷的生產方法，其特徵在於，陰、陽極板頂部均設有銅排。
8.如權利要求5所述的電積鈷的生產方法，其特徵在於，陰極板和陽極板的中部均設 有通液孑L。
全文摘要
本發明涉及電積鈷的生產方法，可以有效抑制陽極渣的產生，提高鈷金屬的回收率。所述電積鈷的生產方法為，電積溶液中包含CoCl2和鹽酸羥胺，電積溶液中鹽酸羥胺濃度為0.03～0.06克/升，電積溶液的pH值為1.5～2.5。作為本發明的優選，電積時間為60～80h。電積優選在封閉的電積裝置中進行，所述電積裝置包括串聯的電積槽、尾氣吸收裝置、循環泵和電解液儲槽，所述尾氣吸收裝置與電積槽的出口連接。本發明具有以下優點1、顯著提高鈷產品質量和回收率；2、佔地面積小、操作簡單，降低了勞動強度；3、當整個生產過程是在全封閉的條件下進行時，不僅確保了鈷產品極高的優等品率，還能夠有效地改善工作環境、防止汙染。
文檔編號C25C7/00GK101914784SQ20101026654
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月30日 優先權日2010年8月30日
發明者張愛青, 楊小華 申請人:江蘇凱力克鈷業股份有限公司