钻湿法冶炼生产工艺技术

钻湿法冶炼生产工艺技术

摘要

钻是具有光泽的刚灰色金属，位于元素周期表第八族，钻的化合价为+2和+3。长期以

来钻的矿物或钻的化合物一直用作陶瓷、玻璃、坛琅的釉料。到20世纪，钻及其合金在电

机、机械、化工、航空和航天等工业部门得到广泛的应用，并成为一种重要的战略金属，

消费量逐年增加。

本文主要论述钻的湿法冶炼，其主要的辅助原料有浸出剂，如硫酸、盐酸等。钻主要

的化合物有四氧化三钻、氧化钻、草酸钻、碳酸钻。本文对钻进行介绍，通过湿法冶炼得

到产品及冶炼过程中废品的处理，从而得到工业中广泛应用的钻。

关键词：湿法、钻、萃取、反响、浸出

目录

第一章钻的介绍.......................................................1

1.1钻的用途......................................................1

1.2钻的矿物.....................................................2

1.3化合物........................................................2

1.3.1钻(II)的化合物........................................2

1.3.2钻(III)的化合物......................................3

1.4性质..........................................................4

1.4.1物理性质.................................................4

1.4.2化学性质.................................................4

第二章钻湿法工艺.....................................................4

2.1原料..........................................................4

2.2辅助原料......................................................5

2.3工艺流程.....................................................6

2.4主要设备......................................................7

2.4.1浸出设备................................................7

2.4.2萃取设备................................................7

2.4.3反响槽.................................................7

第三章深加工产品.....................................................8

3.1四氧化三钻...................................................8

3.2亚估及饰粉...................................................8

3.3氢氧化钻.....................................................8

第四章三废处理.......................................................8

4.1废水：........................................................9

4.2废气处理......................................................9

4.3废渣处理.....................................................10

致谢.................................................................10

参考文献.............................................................12

第一章钻的介绍

钻是银白色的金属。钻在常温下不和水作用，在潮湿的空气中也很稳定在

空气中加热至300C以上时氧化生成CoO,在白热时燃烧成Co304。氢复原法制成的

细金属钻粉下空气中能自燃生成氧化钻。1735年瑞典化学家布兰特(G.Brandt)制

出金属钻。1780年瑞典化学家伯格曼(T.Bergman)确定钻为元素。长期以来钻的

矿物或钻的化合物一直用作陶瓷、玻璃、法琅的釉料。到20世纪，钻及其合金在电

机、机械、化工、航空和航天等工业部门得到广泛的应用，并成为一种重要的战略金

属，消费量逐年增加。中国于50年代开始从钻土矿、银矿和含钻黄铁矿中提钻。

钻的用途

金属钻主要用于制取合金。钻基合金是钻和铭、鸨、铁、银组中的一种或几种制

成的合金的总称。含有一定量钻的刀具钢可以显著地提高钢的耐磨性和切削性能。含

钻50%以上的司太立特硬质合金即使加热到1000C也不会失去其原有的硬度，如今这

种硬质合金己成为含金切削工具和铝间用的最重要材料。在这种材料中，钻将合金组

成中其它金属碳化物晶粒结合在一起，使合金具更高的韧性，并减少对冲击的敏感性

能，这种合金熔焊在零件外表，可使零件的寿命提高3-7倍。航空航天技术中应用最

广泛的合金是银基合金，也可以使用钻基合金，彳巨两种合金的“强度机制”不同。含

钛和铝的锲基合金强度高是因为形成组成为NiAl(Ti)的相强化剂，当运行温度高时,

相强化剂颗粒就转入固溶体，这时合金很快失去强度。钻基合金的耐热性是因为形成

了难熔的碳化物，这些玻化物不易转为固体溶体，扩散活动性小，在温度在1038C

以上时，钻基合金的优越性就显示无遗。这对于制造高效率的高温发动机，钻基合

金就恰到好处。在航空涡轮机的结构材料使用含20M27%铝的钻基合金，可以不要保

护覆层就能使材料达高抗氧化性。核反响堆供热汞作使热介质的涡轮发电机可以不检

修而连续运转一年以上，据报道美国试验用的发电机的锅炉就是用钻合金制造的。钻

是磁化一次就能保持磁性的少数金属之一。在热作用F,失去磁性的温度叫居里点，

铁的居里点为769℃,银为358℃,钻可达1150℃。含有60%钻的磁性钢比一般磁性

钢的矫顽磁力提高2.5倍。在振动下，一般磁性钢失去差不多1/3的磁性，面钻钢仅

失去2%-3.5%的磁性。因而钻在磁性材料上的优势就很明显。钻金属在电镀、玻璃、

染色、医药医疗等方面也有广泛应用。用碳酸锂与氧化钻制成的话酸锂是现代应用最

普遍的高能电池正极材料。钻还可能用来制造核武器，一种理论上的原子弹或氢弹，

装于钻壳内，爆炸后可使钻变成致命的放射性尘埃。

1.2钻的矿物

的含钻矿物约100种。主要的钻矿物为：硫铝矿(Co3s4)、纤维柱石(CuCo2s4)、

辉碑钻矿(CoAsS)、碑钻矿(CoAs2)、钻华(3Co0-As205-8H20)等。世界上的主要钻

矿有四种类型：①、铜玷矿，以扎伊尔、赞比亚储量为最大，扎伊尔的产钻量占全世

界产量的一半以上：②、银钻矿，包括硫化矿和氧化矿：③、碎钻矿；④、含钻黄

铁矿。这些钻矿含钻均较低。海底镒结核是钻的重要远景资源。从含钻废料中回收。

1.3化合物

钻〔II〕的化合物

1〕氧化钻

通常可用草酸钻或援酸钻为原料经500-600℃煨烧抽制得氧化钻，主要反响如

下：

CoC204==CoO+CO+C02

CoCOs==CoO+CO2

2〕氢氧化钻

通常可在氯化钻溶液或硫酸钻溶液中用氢氧化钠溶液中和制得，主要反响如下：

Co(Oil)2+02+2I120==4CO(OH)3

3〕氯化钻：

通常可用金属钻粉用稀盐酸分解成氯化钻溶液，再经蒸发结晶制得氯化钻晶体，

主要反响如下:

Co+HCl——COCh

C0+H2SO4—C0S04

4〕硫酸钻：

通常可氧化钻为原料，用硫酸溶解后经蒸发结晶制得粉红色的硫酸钻晶体，主要

反响如下：

通常可在氯化钻溶液或硫酸钻溶液中用氢氧化钠溶液中和制得，主要反响如下：

2+

CO+20H-=二CO(OH)2Co(OH)2+02+2H20=4Co(OH)3

Co0+H2S04==CoS04+ll20

5］碳酸钻：

通常可在氯化钻溶液或硫酸钻溶液中用碳酸钠钠溶液沉淀制得，主要反响如下：

CoC12+Na2C03==CoC03^2NaCl

6〕草酸钻：

通常可在氯化钻溶液或硫酸钻溶液中用草酸钱溶液沉淀制得，主要反响如下：

(NH4)2C2O4+C0CI2=二C0C2O4+2NH4cl

钻〔川〕的化合物

1)氧化高钻

通常可将碳酸钻或草酸钻在氧气中加热，进一步氧化得到，主要反响如下：

3COC03+02====CO203+C02

CoC204+02====CO203+C02+C0

2〕氢氧化高钻:

4Co(OH)2+02+2H20=4CO(OH)3

2Co(OH)2+NaC10+H20==2Co(OH)3+NaCl

2Co(OH)3+6HCl==2CoC12+Ch+6H20

1.4性质

物理性质

钻是具有光泽的钢灰色金属，熔点1493℃、比重8.9,比拟硬而脆，钻是铁磁性

的，在硬度、抗拉强度、机械加工性能、热力学性质、的电化学行为方面与铁和银相

类似。加热到1150℃时磁性消失。

化学性质

钻的化合价为2价和3价。在常温下不和水作用，氧化钻。由电极电势看出，钻

是中等活泼的金属。其叱学性质与铁，锲相似。高温下发生氧化作用。加热时，钻与

氧，硫，氯，浪等发生剧烈反响，生成相应化合物。钻可溶于稀酸中，在发烟硝酸中

因生成一层氧化膜而被钝化。钻会缓慢地被氢氟酸，氨水和氢氧化钠浸蚀。钻是两性

金属。

第二章钻湿法工艺

它是在常温(或低于100C)常压或高温(100^300℃)高压下金属矿物原料在

酸性介质或碱性介质的水溶液进行化学处理或有机溶剂萃取、别离杂质、提取金属及

其化合物的过程。

优点：适用于低品位矿石、相似金属难别离情况；材料周转相对简单；原料中有

价金属综合回收程度高；有利于环境保护；生产过程较易实现连续化和自动化，该流

程主要包括浸出、萃取、电积。

2.1原料

主要原料为刚果(金)、赞比亚等非洲国家的钻铜矿和粗制钻化学品。原料为刚

果〔金）、赞比亚等非洲国家的钻铜矿和粗制钻化学品。

元CoCuFeAlCaCdCrMuMnNiPbZnAs

素

含

量9.14..45.11.50.80.00.01.10.50.60.00.00.0

5804S22759222

2.2辅助原料

⑴、浸出剂

最常用的浸出剂有硫酸、盐酸、硝酸，有时也用氢氯酸、亚硫酸、王水等。

硫酸

硫酸是弱氧化酸，由于他沸点高（330C）,在常压下可以采用较高的浸出温度,

所以能强化浸出过程。设备防腐也较易解决，是处理氧化矿的主要溶剂。也能溶解碳

酸盐、磷酸盐和硫化物等，是浸出过程最广的溶剂之一。

MeO+H2S04==MeS04+H20

MeS+H2SO4+1/202二二MeSO2+H2O+S

（2）a:试剂：化学法除杂

复原剂：亚硫酸钠Na2s2O5

双氧水：除Fe

b:P204:深度除杂（磷酸二烷基酯类）

P507：年银别离（单烷基磷酸单烷基酯）

稀释剂：溶剂油，煤油

2.3工艺流程

伸钻种矿

随“玉炼।废气放空

I冰钻］破碎1一烟气—(A)

焙:砂

As2c>3

「独出I

（回收Cr、Au、Ag）_______|

溶斤~

铜渣

（回收Cu）

铁即渣T南丐铤I

（堆存或返浸出）

I沉钻］|P2g萃取|

汽皮!匕钻硫酸银液晶品］

rwi

।晶磨i

=［烧3结］（回收N。i

3S仕钻fWl精制氧化钻

2号金属钻

图2从叩钻矿回收钻的工艺流程示意图

2.4主要设备

浸出设备

在带机械搅拌的耐酸槽内进行，浸出时可加絮凝剂加速沉淀，在Fc(0H)3成胶状

沉淀时，可吸附溶液中的As、Sb、Bi等杂质一同除去。

萃取设备

常用的有萃取塔、离心萃取器、混合澄清萃取箱等多种，其中以结构简单、投资

少、操作方便、效率高的混合澄清萃取箱应用最多。

萃取箱的一端为混合室，有机相和水相分别进入混合室，在机械搅拌下充分混合后进

入澄清室，两相在此依其密度不同分层，上层负载有机相和下层水相分别经澄清室另

一端的溢流堰排出。

负载有机相和下层水相分别经澄清室另一端的溢流堰排出。

2.4.3反响槽

采用蒸汽盘管加热，并设置蒸汽冷凝水回收系统，将蒸汽冷凝水回收做工艺用水,

可提高蒸汽利用率的同时，节约大量工艺用水。所有反响槽体密闭，并采用风机收集

尾气，改善车间环境。

第三章深加工产品

3.1四氧化三钻

制备的氯化钻溶液，参加碳酸氢较合成碳酸钻，经过滤、洗涤、枯燥后得到碳酸

钻粉末。碳酸钻再经高温分解氧化制取四氧化三钻。

对工艺中产生的含氨氮废水采用膜处理、三效蒸发技术回收氯化镂，淡水及冷凝水返

回合成系统。从而从根本上解决了废水中的氨氮污染问题。反响式为：

C0CI2+2NH4HCO3-C0CO3+2NH4CI+H2O+CO2

3coech,1/2。2tC03O413c。2

3.2亚钻及钻粉

将氨分解炉产生的氢气、氮气通入复原炉，使碳酸钻复原或者分解为钻粉或者亚

钻，反响式为：

C0CO3+Ih-*C0+H2O-CO2

C0CO3-C0O+CO2

由于亚钻/钻粉也菌是以碳酸钻为原料开始生产的，所以亚钻/钻粉的生产量取决

于四氧化三钻的生产量，由于目前作为电池原料，四氧化三钻的市场需求量非常大。

3.3氢氧化钻

采用无钱均相沉淀法合成氢氧化钻，通过控制Co(0H)2结晶和添加抗氧化剂防止

其氧化，用氯化钻溶液作原料，然后与一定浓度的液碱溶液进行反响，使溶液终点

pH值为12~12.5；控制反响条件(加料速度、温度、pH等)陈化一段时间后经过滤、

洗涤、喷雾枯燥得到产品。

第四章三废处理

4.1废水:

采用车间预处理和污水处理站两级处理流程。

（1）车间预处理：碱液中和沉淀。

（2）污水处理站：采用硫化物沉淀法：各车间生产废水由专用泵输送至地面贮槽,

泵进反响槽，加纯碱调整pH到7-8.5左右，添加硫化碱溶液，使废水中的重金属形

成硫化物沉淀，处理后废水达标排入开发区污水管网。

污水处理设施

磨浸车间酸雾碱洗塔4个

合成车间废气（含氨废气、粉尘）酸洗塔1个

布袋除尘器2个

布袋除尘器1个

钻车间废气（粉尘、酸雾）碱洗塔3个

碱洗塔1个

燃烧车间废气布袋除尘器3个

氢氧化钻车间废气水喷淋塔1个

4.2废气处理

1）粉尘：

a：钻精矿及粗制钻盐，粗碎及输送过程产生的粉尘收集后布袋除尘通过15nl排

气筒排放；

b：四氧化三钻、陶瓷氧化钻、碳酸钻和草酸钻产品枯燥粉碎、包装工序产生的

粉尘经收集后通过旋风加布袋除尘处理后通过151r高的排气筒排放；

c：石灰浆化槽加料过程中会有粉尘产生，设置布袋除尘器1台，处理后15m排

放。

2）酸雾：

a：浸出、除铁、电积铜和酸库、酸性试剂槽呼吸废气均经收集后通过碱液喷淋

塔处理后高空排放;

b:氯化钻喷雾热解生产四氧化三钻产生的氯化氢先经