基本信息
- 项目名称：
- 钴锰二次资源的分离纯化研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 钴是国民经济和国防建设重要原料之一，但仅生产苯二甲酸工艺残渣醋酸钴锰每厂每年残渣排放量数千吨，污染严重。目前钴锰分离的方法有选择性低，操作复杂，技术要求高等缺点。本研究针对现有问题，提出二次资源利用的新方法——氨浸出法。考察各因素对钴浸出率及纯度的影响。通过单因素试验确定各因素对浸出率及纯度的影响规律，理论上解释变化规律，确定了该方法的最佳条件，并通过动力学研究探究出了反应的机理和控制步骤。
- 详细介绍：
- 研究了氨浸法分离钴锰二次资源中的钴。考察了浸出剂种类、用量、氨水用量、浸出时间、浸出温度、双氧水的用量及加入时间等因素对钴浸出率及纯度的影响。通过单因素试验确定了各因素对浸出率及纯度等的影响规律，理论上解释变化规律。浸出钴的最佳条件为：以氨水和碳酸铵为浸出剂，pH值为10-11，双氧水的用量为理论量的1.7倍，加入时间为反应结束前1h，温度为20℃，反应时间为6h。钴的浸出率可达到99.5%，纯度可达到98%。通过动力学研究探究出了反应的机理和控制步骤。通过XRD分析，产物为高纯四氧化三钴晶体。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 对钴锰的二次资源进行研究，以便找到最佳的分离方法及条件，有效的分离钴锰，得到较纯的四氧化三钴产品。 基本思路： 1.通过热力学计算比较不同设计方案的优劣，判定其可行性和合理性，选出科学合理的实施方案； 2.考察浸出剂种类对浸出率的影响，并通过理论计算解释实验结果； 3.分析影响浸出率的可能因素，通过单因素试验确定不同因素对浸出率及纯度等的影响规律，定性或定量地解释变化规律，并找出其理论基础； 4.优化实验确定最佳条件； 5.通过动力学研究探究反应的机理为圆柱体收缩模型,即该体系固体颗粒为圆柱体，浸出剂粒子与其在圆柱体表面发生有效碰撞，致使反应物粒子逐渐溶解收缩； 6.将浸出液蒸发结晶得到碳酸钴后煅烧得四氧化三姑； 7.通过XRD分析出产品为高纯四氧化三钴晶体。
科学性、先进性
- 探索便捷、环保及高效的综合利用钴锰二次资源的方法，获到最佳分离纯化钴锰的工艺技术条件。探索出钴锰在不同浸出体系中的浸出形式及机理，最终结晶出高纯的四氧化三钴晶体。 与现有分离纯化方法相比，本方法简单，流程简短，无二次污染，产品纯度和收率高，浸出剂可循环利用，实现低成本高效益，易于工业化应用的目的。
获奖情况及鉴定结果
- 于2011年荣获第十二届校级“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛一等奖。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、产品和图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 钴是国民经济和国防建设的重要原料之一，广泛应用于航天、航空、电子、电池、陶瓷及磁性合金等高科技领域。钴在地壳中的重量丰度仅占0.0012％，国内有十几个厂家生产对苯二甲酸(PTA)，每厂每年残渣排放量数千吨，若不加以提纯、回收处理，污染严重。因此，综合回收利用二次钴资源非常重要。 二次钴资源有两大来源：二甲苯催化氧化生产苯二甲酸工艺中所产生的废催化剂；湿法炼锌过程中氧化除杂所得的钴锰渣。 本研究确定出碳酸铵及氨水混合溶液是从草酸钴锰中浸出钴的理想浸出剂。最佳浸出条件为：pH值为10-11；双氧水的用量为1.7倍的理论量，加入时间为反应结束前1h；碳酸铵用量为1.75倍的理论用量，温度为20℃，反应时间为6h。在最佳条件下，钴的浸出率可达到99.5%，纯度可达到98%。 钴价格约为三十万元每吨以上，氨水约为100元/吨，碳酸铵约为4000元/吨，国内仅生产对苯二甲酸(PTA)的企业每年可节约数百万元，效益巨大。
同类课题研究水平概述
- 国内外研究现状 碳酸盐沉淀法，根据碳酸钴与碳酸锰溶度积的不同。可通过控制纯碱用量，使钴优先沉淀，实现钴锰初步分离。但分离效果不理想。 氢氧化钠除锰法，根据三价钴和二价锰离子与OH-的配位能力不同使钴以Co(OH)4-的形式溶解，而锰以二氧化锰的形式沉淀出来，过滤分离。但分离不彻底，浸出率不高，仅有85％-93％。 氧化除锰法，在含有钴锰等离子的溶液中加入高锰酸钾或次氯酸钠等氧化剂，将钴锰分别氧化成氢氧化钴和二氧化锰沉淀，控制氧化剂的用量及pH值，可使锰优先于钴被氧化生成二氧化锰，从而将钴锰分离。此法的优点是能将锰彻底除尽，获得合格的钴产品，对钴高锰低的情况比较适用；缺点是所产生的二氧化锰渣中钴含量较高，必须回收残渣中的钴，在钴低锰高的情况下，除锰成本极高。 溶剂萃取分离，有以cyanex302为载体的液膜萃取法，和P204萃取分离，溶剂萃取技术具有高选择性、高回收率、流程简单、操作连续化和易于实现自动化等优点，但该法需连续多级操作。 季铵盐对二价钴和二价锰的萃取分离，以含异辛醇改性剂的季铵氯化物的煤油为萃取剂，萃取时尽管有15％~20％的二价锰和钴一起被萃取，但通过两级洗涤可将负荷有机相中的锰降低到0.02g/L以下，经三级洗涤除锰即可达到钴锰分离。钴的回收率可达98％，负载有机相中钴锰含量比大于300。此种方法适用于从接近饱和氯化钠溶液中分离钴锰。 电解分离法，由于钴和锰的标准电极电位相差甚远，25℃时电解液电解，只要阴极电位比-1.18V正，则阴极就不会有锰沉积出来。钴锰共存时钴电解回收的优化条件。电解液中含钴40~50g/L，pH为6.8~4、温度为60℃，电流密度为10~30mA/cm2的条件下能得到90％以上的钴沉积。此方法有能耗高、操作复杂等缺点，不易实现工业化。 还可以将废料用酸溶后，加入过量氨水，在pH=10的条件下使锰在10％双氧水的氧化下生成水锰石，而钴生成钴氨配位离子，在pH=3的缓冲体系中用硫化钠作沉淀剂，CoS沉淀下来而MnS在此条件下几乎不沉淀，以达到进一步分离钴中痕量锰，以排除锰的干扰。最终钴回收率达到了92％以上，但此方法能耗太高。 综合上述方法，本研究针对现有问题，提出二次资源利用的新方法——氨浸法，方案合理可行，具有较高的理论价值，有望实现工业应用。
