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《中南大学》 2013年
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富钴和富硒物料湿法处理工艺及理论基础研究

李倩  
【摘要】:近年来随着钴、硒的广泛应用,需求量急剧增加。而我国钴、硒资源相对匮乏,如何从复杂二次资源中提高回收率已迫在眉睫。湿法冶金因具有选择性好和能耗低等优点,已成为回收钴、硒的主要工艺。同时在实际生产模拟及优化工艺过程中建立准确可靠的控制对象模型具有重要意义,但实际收入项和支出项的比较、模型设计参数的合理计算以及终点成分的预测仍是难点。本文针对富钴和富硒物料的特性,深入进行湿法处理过程中的热力学、动力学分析和优化工艺实验设计等研究,构建了湿法处理两种物料过程中的有价元素分配模型,对有价元素的具体走向及分布状况进行分析,为该类湿法工艺开发提供理论和技术依据,结论如下: 系统分析了富钻物料和富硒物料湿法处理过程的热力学。硫酸浸出富钻物料中的金属氧化物反应趋势为:MnOCoONiO ZnOCd2O3 CuO Fe2O3;控制pH值和温度可实现优先沉铜;沉锰铁过程中,过硫酸钠优先氧化铁,可实现锰、铁的选择性沉淀;提高pH值和温度,有利于钴的沉淀回收。煤油脱除富硒物料中的单质硫,温度应达到95℃以上;提高pH值和温度,有利于硒的氧化浸出;亚硫酸钠还原过程中,溶液初始酸度越大,亚硫酸钠还原硒的趋势越大,越有利于硒的还原析出。 系统研究了富钻物料和富硒物料湿法处理优化工艺。硫酸浸出富钴物料,Co、Zn、Cd、Ni、Cu、Mn、Fe和Pb的浸出率分别达到97.99%、91.79%、96.20%、87.31%、91.20%、89.19%、67.09%和0.14%;硫化钠除铜,Cu的沉淀率达到99.93%;过硫酸钠氧化水解沉锰铁,Mn和Fe的浓度分别降至0.0005g/L和0.0018g/L;过硫酸钠沉钴,Co的沉淀率达到99.81%,沉钴产品为CoO(OH)(羟基氧化钴),Co含量高达45.56%。整个富钴物料处理工艺过程中,Cu、Mn、Fe和Co的直收率分别为88.58%、89.09%、70.01%和93.58%。煤油脱硫富硒物料,单质硫的脱除率达到97.8%;氧化酸浸脱硫富硒物料,Se和Fe的浸出率分别为97.76%和12.20%;亚硫酸钠还原沉硒,Se的还原率为99.7%,沉硒产品为单质Se,其含量高达99.63%。整个富硒物料处理工艺过程中,S、Fe和Se的直收率为97.8%、92.84%和98.46%。 系统研究了酸浸富钴物料和富硒物料的动力学及其机理。结果表明:富钴物料中Co、Zn和Cu的浸出反应为未反应收缩核扩散控制过程,三者有较强的关联性。Co、Zn和Cu的表观活化能分别为11.69kJ/mol、6.69kJ/mol和5.98kJ/mol,化学反应级数分别为0.74、0.41和0.32;粒度级数分别为-1.44、-1.04和-0.84;Co、Zn和Cu的浸出动力学方程分别为: 富硒物料中Se的浸出反应为化学反应控制过程,Fe的浸出曲线不符合化学反应控制模型,两者关联性不强。Se的表观活化能为39.50kJ/mol,化学反应级数n1为0.15,化学反应级数n2为0.95,粒度级数为-0.16。Se的浸出动力学方程为: 构建了富钴和富硒物料在湿法处理过程中的有价元素分配模型,模型预测的整体分配质量和整体分配比例可以定量预估实验结果,表明有价元素分配模型可用于该类湿法工艺模拟优化控制;有价元素在富钴和富硒物料湿法处理过程中的具体分配走向如下:富钴物料中已回收铜、锰、铁、钻元素的单步工序回收率和直收率分别为99.93%和89.36%、99.95%和89.89%、99.69%和70.16%、99.98%和95.38%,铅元素均为99.88%。铅、铜、锰、铁和钴的分配比例分别为99.88%、89.36%、89.85%、70.16%和95.38%。未回收的95.66%的锌、93.35%的镉和85.80%的镍存于沉钻后液中,10.74%的镍进入到硫酸浸出渣中。富硒物料中已回收铁、硒元素的单步工序回收率和直收率分别为93.03%和92.78%、99.93%和98.05%,硫元素均为99.90%,铁、硒和硫的分配比例分别为92.77%、98.06%和98.06%。本论文图153幅,表61个,参考文献303篇。
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