湿法冶金

Fe	Co	Cu	Ca	Mg	Si	Al	Na	K	S	C
70.71	4.64	16.29	0.346	0.189	1.98	0.186	0.838	0.197	0.338	0.222

Fe	Co	Cu	Ca	Mg	Si	Al	Na	K	S	C
70.71	4.64	16.29	0.346	0.189	1.98	0.186	0.838	0.197	0.338	0.222

Fe	Co²⁺	Cu²⁺	Ca²⁺	Mg²⁺
17.881	0.448	0.001	0.086	0.042

Fe	Co²⁺	Cu²⁺	Ca²⁺	Mg²⁺
17.881	0.448	0.001	0.086	0.042

样品编号	∑Fe	Co	Cu	Ca	Mg
1^#	59.850	0.010	<0.001	<0.001	<0.001
2^#	58.540	0.021	<0.001	<0.001	<0.001
3^#	58.970	0.027	<0.001	<0.001	<0.001

样品编号	∑Fe	Co	Cu	Ca	Mg
1^#	59.850	0.010	<0.001	<0.001	<0.001
2^#	58.540	0.021	<0.001	<0.001	<0.001
3^#	58.970	0.027	<0.001	<0.001	<0.001

样品编号	浸出前	浸出后
1^#	17.901	0.455	25.6	34.590	0.844	1.5
2^#	17.903	0.457	25.9	34.597	0.848	1.0
3^#	17.896	0.450	24.8	34.579	0.831	1.6

样品编号	浸出前	浸出后
1^#	17.901	0.455	25.6	34.590	0.844	1.5
2^#	17.903	0.457	25.9	34.597	0.848	1.0
3^#	17.896	0.450	24.8	34.579	0.831	1.6

铁钴铜合金湿法分离及氧压水解法制备氧化铁工艺研究

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路文 ¹ , 王战宏 ² , 施善林 ¹ , 许卫 ² , 舒方霞 ¹ , 赵宣泊 ¹ , 王硕 ²

湿法冶金 | 试验研究 2025,44(3): 361-369

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湿法冶金 | 试验研究 2025, 44(3): 361-369

铁钴铜合金湿法分离及氧压水解法制备氧化铁工艺研究

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路文¹, 王战宏², 施善林¹, 许卫², 舒方霞¹, 赵宣泊¹, 王硕²

作者信息

¹ 沈阳有色金属研究院有限公司,辽宁沈阳 110141

² 中色创新研究院(天津)有限公司,天津 120021

路文(1998—),男,硕士,主要研究方向为有色金属冶金。

通讯作者:

施善林(1982—),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为有色金属冶金。E-mail:26989167@qq.com。

Hydrolysis of Iron-Cobalt-Copper Alloys by Wet Separation and Preparation of Iron Oxide by Oxygen Pressure Hydrolysis

Wen LU¹, Zhanhong WANG², Shanlin SHI¹, Wei XU², Fangxia SHU¹, Xuanbo ZHAO¹, Shuo WANG²

Affiliations

¹ Shenyang Research Institute of Nonferrous Metals Co., Ltd., Shenyang 110141, China

² CNMC Innovation Research Institute (Tianjin) Co., Ltd., Tianjin 120021, China

出版时间: 2025-06-20 doi: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.03.010

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摘要

收起

针对铁钴铜合金中铜、钴分离回收难度大的问题,研究了从铁钴铜合金中低酸浸出铁、钴分离铜,再采用氧压水解法分离铁、钴,制备氧化铁,考察了各因素对低酸浸出和氧压水解效果的影响。结果表明:铁钴铜合金在硫酸质量浓度30 g/L、液固体积质量比10∶1条件下,经4次浸出后,铁、钴浸出率分别达98.57%、99.21%,铜浸出率仅为0.3%。铁钴浸出液在氧分压0.4 MPa、反应温度180 ℃、搅拌速度400 r/min、反应时间120 min条件下氧化水解沉淀铁,水解产物为FeOOH和Fe₂O₃混合物,铁质量分数达58%以上,Fe沉淀率达92%左右,水解过程Co回收率99.5%以上,硫酸产率为96.41%。该法可实现铁钴铜合金中铁、钴、铜的分离,水解过程产生的硫酸可循环利用,抵消浸出过程硫酸消耗,并能大幅提高溶液中钴浓度。研究结果对从含铜、钴等有价金属铁基合金的湿法分离具有一定参考价值。

关键词

铁钴铜合金 / 湿法分离 / 氧压水解 / 铁 / 钴 / 氧化铁 / 硫酸 / 循环利用

Abstract

收起

Aiming at the difficulty in separating and recovering copper and cobalt from iron-cobalt-copper alloys, a process was proposed to leach iron and cobalt from the alloy with low-concentration sulfuric acid, separate copper, and then separate iron and cobalt by oxygen pressure hydrolysis to prepare iron oxide. The effects of various factors on the low-concentration acid leaching and the separation of iron by oxygen pressure hydrolysis were investigated. The results show that the leaching rates of iron and cobalt are 98.57% and 99.21%, respectively, and the copper leaching rate is only 0.3% after 4 times of leaching, under the conditions of sulfuric acid concentration of 30 g/L and liquid volume to solid mass ratio of 10∶1. Under the conditions of oxygen partial pressure of 0.4 MPa, reaction temperature of 180 ℃, stirring speed of 400 r/min and reaction time of 120 min, the hydrol ysate is mixture of FeOOH and Fe₂O₃, the iron content is more than 58%, the iron immersion rate was about 92%, the cobalt recovery rate is more than 99.5%, and the sulfuric acid yield is 96.41%. The method realizes the separation of iron, cobalt and copper in iron, cobalt and copper alloys, and recycles the sulfuric acid produced during the hydrolysis process, which can offset the sulfuric acid consumption in the leaching process and greatly increase the cobalt concentration in the solution. The results of this study have important reference value for the wet separation of iron-based alloys containing valuable metals such as copper and cobalt.

Key words

iron-cobalt-copper alloys / wet separation / oxygen pressure hydrolysis / iron / cobalt / iron oxide / sulfuric acid / recycling utilization

引用本文

路文, 王战宏, 施善林, 许卫, 舒方霞, 赵宣泊, 王硕. 铁钴铜合金湿法分离及氧压水解法制备氧化铁工艺研究. 湿法冶金, 2025 , 44 (3) : 361 -369 . DOI: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.03.010

Wen LU, Zhanhong WANG, Shanlin SHI, Wei XU, Fangxia SHU, Xuanbo ZHAO, Shuo WANG. Hydrolysis of Iron-Cobalt-Copper Alloys by Wet Separation and Preparation of Iron Oxide by Oxygen Pressure Hydrolysis[J]. Hydrometallurgy of China, 2025 , 44 (3) : 361 -369 . DOI: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.03.010

正文

收起

铁广泛分布于自然界中,也是有色金属冶金过程中最常见的杂质元素之一。冶金工艺中常用的湿法除铁方法有中和水解法^[1]、铁钒法^[2]、针铁矿法^[3]和赤铁矿法^[4]等,这些方法都是利用Fe³⁺在较低pH条件下易发生水解,而铜、钴、镍等有价金属能优先从溶液中沉淀析出的原理,通过氧化、中和、升温等方法将铁离子从溶液中脱除。工业中通常采用除铁率、渣铁品位、铁渣过滤性能及有价金属损失量等作为除铁效果的评价指标,按照这些指标的综合评价结果得出几种常用方法的除铁效果排序为赤铁矿法>针铁矿法>铁钒法>中和水解法^[5-7]。另外,溶液中铁离子含量较低时除铁效果一般较好,而铁离子浓度过高时相反,主要是因为有大量铁渣产生,易造成有价金属共沉淀或夹带损失^[8],从而影响了处理效果。赤铁矿法除铁是在高温氧压下将溶液中Fe²⁺被氧化为Fe³⁺,Fe³⁺再经高温水解形成高结晶度的赤铁矿Fe₂O₃^[9]。该法的渣产生量少,有价金属损失也较小,但需在高温高压下进行,因此对设备要求较高^[10-12]。由于铁的水解是释放H⁺的过程,随着水解反应进行,溶液酸度不断升高,对水解反应进程和赤铁矿形成带来不利影响,因此,需限制溶液中Fe²⁺和硫酸初始浓度。

针对上述问题,试验研究了从铁钴铜合金中低酸浸出铁、钴分离铜,再采用氧压水解法分离铁、钴制备Fe₂O₃,考察了反应温度、Fe²⁺初始质量浓度、氧分压、反应时间等因素对氧压水解法分离铁、钴的影响,并确定了适宜的Fe²⁺初始质量浓度,并由此确定了低酸浸出过程中硫酸初始质量浓度,以期为铁钴铜合金的经济高效分离和资源化利用提供技术参考。

1 试验部分

收起

1.1 试验原料

试验原料为某含钴铜渣经低温还原—磁选后得到的磁性富集物,其主要化学成分见表1,主要由Fe、Co、Cu组成,Fe质量分数为70.7%,Co、Cu质量分数分别为16.3%、4.6%。原料的XRD图谱如图1所示,主要物相为Fe、Co₃Fe₇、Co₁₃Cu₁₂和SiO₂,铁、钴主要以金属或合金形式存在。

1.2 试验试剂及仪器

主要试剂:七水硫酸亚铁、硫酸钴、硫酸、氨水、氧化锌、等,均为分析纯,国药集团化学试剂有限公司提供。

主要仪器设备:电子天平(JMA20001,余姚纪铭称重校验设备有限公司),电磁恒温加热炉(MYP11-2,上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司),电动搅拌器(D2015W,上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司),pH测定仪(YHBJ-262,上海仪电科学仪器股份有限公司),电位测定仪(YHBJ-262,上海仪电科学仪器股份有限公司),循环水真空泵(BT600-1J,重庆科耐普蠕动泵有限公司),电热鼓风干燥箱(101-3,北京中兴伟业仪器有限公司),高压反应釜(GSH-1,威海嘉毅化工机械有限公司)。

1.3 试验原理

利用Factsage热力学分析软件分别绘制353.15 K下Fe(Co,Cu)-H₂O系和453.15 K下Fe(Co)-H₂O系的E-pH优势区,如图2、3所示,其中,[Fe]=1 mol/L,[Co]=1 mol/L。

由图2可知:pH在0~4范围内,Cu的稳定线位于H₂的析出线上方,而Fe、Co的稳定线在H₂线下方,说明在低电位条件下,Cu可与H⁺共存,而Fe、Co会发生电化学腐蚀,转为Fe²⁺和Co²⁺进入溶液,同时释放出H₂。因此,通过浸出体系酸度和电位控制可实现铁钴铜合金中Fe、Co的选择性浸出,而Cu留在渣中。由图3可知:Fe₂O_3(s)和

Co a 2 +

存在较大的稳定共存区域(阴影部分),说明控制反应体系在此区域,可实现溶液中Fe²⁺、Co²⁺的分离^[11]。

铁钴铜合金在硫酸浸出过程中发生的主要化学反应^[12] 如下:

(1)Fe+H₂SO₄→FeSO₄+H₂↑;

(2)Co+H₂SO₄→CoSO₄+H₂↑。

在高温和氧压条件下,硫酸亚铁发生氧化和水解,生成Fe₂O₃、FeOOH和H₂SO₄。化学反应式如下:

(3)$4 \mathrm{FeSO}_{4(\mathrm{a})}+\mathrm{O}_{2}+4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}=2 \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3} \downarrow+4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}$ ;

(4)$4 \mathrm{FeSO}_{4(\mathrm{a})}+\mathrm{O}_{2}+6 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}=4 \mathrm{FeOOH} \downarrow+4 \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}$ 。

大量研究表明,反应温度是影响Fe³⁺水解产物形式的关键因素,随反应温度升高,Fe³⁺水解产物发生Fe(OH)₃→FeOOH→Fe₂O₃的形态转变,温度高于90 ℃时,FeOOH开始形成,高于180 ℃时开始形成Fe₂O₃。同时,反应体系酸度对水解产物形式也有较大影响。反应初期,溶液中硫酸含量较低,Fe²⁺的氧化水解反应主要按式(3)进行,水解产物主要为Fe₂O₃;随反应进行,溶液中硫酸含量增大,抑制式(3)向右进行,Fe²⁺的氧化水解反应开始趋向按式(4)进行,水解产物由Fe₂O₃转为FeOOH^[11]。

根据式(1)、(3)、(4)可知,浸出1 mol Fe需消耗1 mol硫酸,而1 mol Fe²⁺氧压水解可产出1 mol硫酸,这是水解液硫酸循环利用的理论依据。

1.4 试验流程与方法

1.4.1 试验流程

首先采用稀酸浸出铁钴铜合金中的钴、铁,得到铁钴浸出液,铜则留在浸出渣中;再将铁钴浸出液进行氧压水解制备氧化铁,并分离钴、铁;然后将含有水解过程产出硫酸的水解液返回低酸浸出,使硫酸循环利用的同时提高溶液钴浓度;最后从高浓度硫酸钴溶液中回收钴。工艺流程如图4所示。

1.4.2 试验方法

1)低酸浸出:称取100 g铁钴铜合金粉末置于烧杯中,按照设定的液固体积质量比加入水,然后缓慢加入一定量浓硫酸,于电磁恒温加热炉上加热,开启搅拌搅,拌速度为250 r/min。反应结束后真空抽滤,浸出渣用清水洗涤至中性。收集浸出液、洗液,量取体积后分析其中Fe、Co、Cu和硫酸含量,浸出渣干燥后称重,分析其中Fe、Co、Cu含量。Me(Fe、Co、Cu)的渣计浸出率计算公式如下:

(5)

η B = m 1 w B 1 - m 2 w B 2 m 1 w B 1 × 100 % 。

式中:η_B—Me渣计浸出率,%;m₁—原料质量,g;

w B 1

—原料中Me质量分数,%;m₂—浸出渣质量,g;

w B 2

—浸出渣中Me质量分数,%。

2)氧压水解:取600 mL铁钴浸出液加入到1 L高压反应釜,密闭反应釜后充入高压空气,在一定温度和氧分压条件下搅拌反应,搅拌速度为400 r/min。反应结束将反应物料抽出,真空抽滤,收集滤液、滤渣,分别测定其中Fe、Co浓度或含量。Fe、Co沉淀率计算公式如下:

(6)

x B = m 3 w B 3 ρ B 1 V 1 × 100 % 。

式中:x_B—Fe或Co沉淀率,%;m₃—水解渣质量,g;

w B 3

—水解渣中Fe或Co质量分数,%;V₁—浸出液体积,L;

ρ B 1

—浸出液中Fe或Co质量浓度,g/L。

硫酸产率计算公式如下:

(7)

y = ρ 3 V 2 ρ 2 V 1 × 100 % 。

式中:y—H₂SO₄产率,%;ρ₂—浸出液中硫酸根质量浓度,g/L;ρ₃—水解液硫酸中硫酸根质量浓度,g/L;V₂—水解液体积,L。

2 试验结果与讨论

收起

2.1 含钴硫酸亚铁模拟溶液氧压水解制备氧化铁

配制含CoSO₄的FeSO₄模拟溶液,进行氧压水解制备氧化铁试验,考察反应温度、Fe²⁺初始质量浓度、氧分压、反应时间等对Fe沉淀率、沉铁产物中Fe质量分数及Co回收率的影响,确定沉铁条件。

2.1.1 反应温度的影响

将配制好的含Fe²⁺(5 g/L)、Co²⁺(1 g/L)硫酸盐溶液作为原料,在氧分压0.4 MPa、搅拌速度400 r/min、反应时间1 h、容积比(溶液与反应釜容积比)60%条件下,考察反应温度对Fe沉淀率、沉铁产物中Fe质量分数及Co回收率的影响,结果如图5所示。

由图5可知:在温度考察范围内,Co回收率均接近100%;而Fe沉淀率和沉铁产物中Fe质量分数均随反应温度升高而增大;温度升至180 ℃时,Fe沉淀率达91%,沉铁产物中含Fe质量分数58.82%;温度继续升至200 ℃时,Fe沉淀率达96%,沉铁产物中Fe质量分数为61.76%。

对不同温度下所得沉铁产物进行XRD分析,结果如图6所示。可知:140、160 ℃下所得沉淀产物以FeOOH为主;温度高于180 ℃时,所得产物中出现了Fe₂O₃特征峰,且温度越高其特征峰越显著,表明Fe²⁺在180 ℃时开始水解为Fe₂O₃,且温度越高越有利于Fe₂O₃形成,这也是沉铁产物中Fe质量分数逐渐升高的原因。考虑到温度过高会对设备的防腐性能有更高要求,还会增加能耗成本,所以选择适宜的温度为180 ℃。

2.1.2 Fe²⁺初始质量浓度的影响

在反应温度180 ℃、氧分压0.4 MPa、搅拌速度400 r/min、反应时间1 h、容积比60%条件下,考察铁钴浸出液中Fe²⁺初始质量浓度对Fe沉淀率、沉铁产物中Fe质量分数及Co回收率的影响,结果如图7所示。

由图7可知:Fe²⁺初始质量浓度由5 g/L增至18 g/L,沉铁产物中Fe质量分数呈增大趋势,Co回收率达99%以上;Fe²⁺初始质量浓度大于18 g/L时,Fe沉淀率和沉铁产物中Fe质量分数呈快速减小趋势,Co回收率也明显降低。为了最大程度处理合金浸出液中的铁,同时保证Fe沉淀率不低于91%,最终选择初始Fe²⁺质量浓度为18 g/L,在该条件下,Fe沉淀率为95%,沉铁产物中Fe质量分数为58.61%,Co回收率为99.3%。

对不同Fe²⁺初始质量浓度下所得沉铁产物进行XRD分析,结果如图8所示。可以看出:随Fe²⁺初始质量浓度升高,Fe₂O₃特征峰逐渐消失;当Fe²⁺初始质量浓度升至25 g/L时,仅出现了FeOOH特征峰,这主要是由Fe²⁺氧压水解过程生成的硫酸累积导致,这与试验原理一致。综合考虑,确定铁钴浸出液中适宜的Fe²⁺初始质量浓度为18 g/L。

2.1.3 氧分压的影响

在Fe²⁺初始质量浓度18 g/L、反应温度180 ℃、容积比60%、搅拌速度400 r/min、反应时间1 h条件下,考察氧分压对Fe沉淀率、沉铁产物中Fe质量分数及Co回收率的影响,结果如图9所示。

由图9可知:随氧分压增大,Fe沉淀率先不断升高,后趋于平缓,低氧分压下氧化水解Fe²⁺的量较少,产生的硫酸也相应较少,有利于形成Fe₂O₃,因此沉铁渣中含铁量较高;随氧分压升高,Fe³⁺过饱和度增大,水解效率提高,并有FeOOH生成^[12],从而导致沉铁渣中含铁量缓慢降低;氧分压增至0.4 MPa时,Fe沉淀率达92.96%,沉铁产物中Fe质量分数大于58%,Co回收率为99.16%。

对不同氧分压下所得沉铁产物进行XRD分析,结果如图10所示。可以看出:不同氧分压下所得沉铁产物中均有特征峰强度显著的Fe₂O₃和FeOOH物相。综合考虑,选择氧分压为0.4 MPa较为适宜。

2.1.4 反应时间的影响

因高压反应釜升降温速度较慢,因此,本试验的反应时间指反应物料在设定温度下的釜内停留时间。在Fe²⁺初始质量浓度18 g/L、容积比60%、搅拌速度400 r/min、氧分压0.4 MPa、反应温度180 ℃条件下,考察反应时间对Fe沉淀率、沉铁产物中Fe质量分数及Co回收率的影响,结果如图11所示。

由图11可知:随反应时间延长,Fe沉淀率和沉铁产物中Fe质量分数均呈先增大后趋于稳定趋势;反应延长至120 min时,Fe沉淀率达92.72%,氧化铁中Fe质量分数为59.61%,Co回收率为99.68%。

对不同反应时间下的沉铁产物进行XRD分析,结果如图12所示。可以看出:随反应时间延长,Fe₂O₃和FeOOH的特征峰逐渐出现,说明Fe²⁺氧化水解形成Fe₂O₃和FeOOH的速度较慢,需要足够的时间才能完成氧化铁的矿相转化。综合考虑,反应时间选择120 min较为适宜。

2.1.5 容积比的影响

在Fe²⁺初始质量浓度18 g/L、搅拌速度400 r/min、氧分压0.4 MPa、反应时间120 min、反应温度180 ℃条件下,考察容积比对Fe沉淀率、沉铁产物中Fe质量分数及Co回收率的影响,结果如图13所示。可知,容积比对沉铁效果没有明显影响,综合考虑,选择容积比为80%较为适宜。

2.2 铁钴铜合金的稀酸浸出

硫酸亚铁溶液氧压水解制备氧化铁的试验结果表明,控制溶液Fe²⁺初始质量浓度在18 g/L以下,可获得较高的Fe沉淀率和Co回收率。因此,通过铁钴铜合金的低酸浸出试验控制铁钴浸出液中Fe²⁺初始质量浓度在18 g/L以下,并分别考察铁钴铜合金在不同浓度硫酸溶液中的浸出行为。

2.2.1 硫酸质量浓度与金属浸出率之间的关系

取铁钴铜合金原料100 g,在液固体积质量比10∶1、反应温度80 ℃、反应时间90 min、搅拌速度250 r/min条件下,考察铁钴铜合金在不同浓度硫酸溶液中的浸出行为,结果如图14所示。

由图14看出:随硫酸质量浓度增大,铁、钴浸出率不断升高,浸出液中Fe²⁺质量浓度随之增大;硫酸质量浓度增至125 g/L时,铁、钴浸出率均达99%以上,此时溶液中Fe²⁺质量浓度为70.15 g/L,Co²⁺质量浓度为4.60 g/L,而铜基本不被浸出。说明原料中铁、钴较易被硫酸浸出,而铜由于性质比铁、钴更加稳定而不被浸出,部分浸出的铜离子也被铁、钴还原成单质铜,进一步表明通过低酸浸出可实现铁、钴与铜的分离。为控制铁钴浸出液中Fe²⁺质量浓度在18 g/L,选择硫酸质量浓度以30 g/L为宜。

2.2.2 浸出次数与金属浸出率之间的关系

在硫酸质量浓度30 g/L、液固体积质量比10∶1条件下,原料中Fe、Co的首次浸出率分别为25.05%、9.42%。为提高铁、钴浸出效率,试验采用相同质量浓度的硫酸对同一原料进行多次浸出,计算累计浸出率。试验条件为:铁钴铜合金原料100 g,硫酸质量浓度30 g/L,液固体积质量比10∶1,反应温度80 ℃,反应时间90 min,搅拌速度250 r/min。多次浸出试验结果如图15所示。

由图15看出:Fe、Co累计浸出率随浸出次数增加而不断提高,浸出4次后,Fe、Co累计浸出率分别达98.57%和99.21%,铜浸出率仅为0.3%。浸出5次后,铜浸出率为5%,说明在铁钴基本浸出完全后,有过剩硫酸存在条件下铜开始被浸出。通过4次浸出,Fe、Co基本全部浸出,Cu不被浸出,且能保证浸出液中Fe²⁺质量浓度为18 g/L,从而为后续氧压沉铁提供原液。这说明通过控制硫酸浓度和浸出次数,可以实现铁钴铜合金中Fe、Co的选择性浸出,Cu则留在浸出渣中。

最终浸出渣的XRD分析结果如图16所示。可知:最终浸出渣的主要成分为SiO₂、Cu和Cu₂O,其中出现Cu₂O可能是样品在干燥过程时其中部分Cu被氧化产生;渣中全铜质量分数为29.54%,可进一步回收。

2.3 稀酸浸出液的氧压水解

为验证整体试验的合理性,采用真实浸出液进行氧压水解试验。为保证水解过程能成功制备氧化铁,采用30 g/L硫酸浸出1次,所得稀酸浸出液中主要离子质量浓度见表2。氧压水解条件为:反应温度180 ℃,氧分压0.4 MPa,反应时间120 min,容积比80%和搅拌速度400 r/min。在该条件下进行3组稀酸浸出液氧压水解平行试验,结果如图17所示。可以看出:3组平行试验结果具有较好的稳定性,Fe沉淀率均达92%以上,Co回收率均达99.5%以上,说明二者得到有效分离。

对3份水解产物样品化学成分进行分析,结果见表3。可以看出,不同样品中全铁质量分数均在58%以上。水解产物的XRD分析结果如图18所示。可以看出:水解产物谱线中均出现了尖锐的衍射峰,说明水解产物具有较好的晶体结构,其中铁主要以Fe₂O₃和FeOOH形式存在,且为纯度较高的氧化铁。图19为氧化铁的SEM形貌分析结果。可以看出:氧化铁颗粒呈现出球形、棒状等不同形态,颗粒间发生团聚,聚集体大小较为均匀,颗粒尺寸约为20 μm。

3组平行试验所得水解液中硫酸质量浓度分别为25.6、25.9、24.8 g/L,硫酸产率平均为96.41%,钴质量浓度分别为0.455、0.457、0.450 g/L。为验证硫酸是否可循环使用,将3组溶液分别用于浸出铁钴铜合金原料,浸出前、后溶液中硫酸、铁、钴质量浓度变化见表4。可知:浸出后,溶液中硫酸质量浓度由25 g/L左右降至1.6 g/L以下,说明水解液可返回浸出,将硫酸进行循环利用具有可行性。

3 结论

收起

采用低酸浸出分离铜,氧压水解分离钴、铁的方法对铁钴铜合金进行湿法分离是可行的。适宜条件下,采用稀酸多次浸出,铁钴铜合金中铁、钴浸出率可达98.57%和99.21%,铜浸出率为0.3%,浸出渣铜质量分数为29.54%,可进一步回收;铁钴浸出液进行氧压水解,Fe沉淀率为92.0%,Co回收率为99.5%,可有效分离铁、钴;水解得到以Fe₂O₃和FeOOH为主要成分的氧化铁,其中Fe质量分数达58%以上,可用作铁红或其他化工原料;水解过程硫酸产率为96.41%,将水解液返回浸出可实现硫酸的循环利用,抵消浸出铁的硫酸消耗,极大提高方法的经济性。

该法具有铁、钴、铜分离效果好、金属回收率高、铁利用价值高、试剂消耗低等优点,能从高浓度铁离子溶液中有效分离回收铜、钴等有价金属,在解决规模化效率后有望实现工业应用。

基金

收起

中国有色集团科技计划项目(2023KJZX036)

参考文献

收起

文献

收起

参考文献引证文献

排序方式：

[1]

汪文超, 杨建广, 闫万鹏, 等. ZnSO₄-FeSO₄溶液体系高剪切强化针铁矿法除铁宏观动力学研究[J]. 中国有色金属学报, 2020, 30(12):2971-2979.

WANG

Wenchao

, YANG

Jianguang

, YAN

Wanpeng

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2025年第44卷第3期

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doi: 10.13355/j.cnki.sfyj.2025.03.010

接收时间：2024-11-15
首发时间：2025-09-01
出版时间：2025-06-20

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作者

出版历史

收稿日期：2024-11-15

基金

中国有色集团科技计划项目(2023KJZX036)

作者信息

¹ 沈阳有色金属研究院有限公司,辽宁沈阳 110141

² 中色创新研究院(天津)有限公司,天津 120021

通讯作者:

施善林(1982—),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为有色金属冶金。E-mail:26989167@qq.com。

参考文献

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/sfyj/CN/10.13355/j.cnki.sfyj.2025.03.010

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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RefWorks
TxT

Fe	Co	Cu	Ca	Mg	Si	Al	Na	K	S	C
70.71	4.64	16.29	0.346	0.189	1.98	0.186	0.838	0.197	0.338	0.222

70.71

4.64

16.29

0.346

0.189

1.98

0.186

0.838

0.197

0.338

0.222

Fe	Co²⁺	Cu²⁺	Ca²⁺	Mg²⁺
17.881	0.448	0.001	0.086	0.042

Co²⁺

Cu²⁺

Ca²⁺

Mg²⁺

17.881

0.448

0.001

0.086

0.042

样品编号	∑Fe	Co	Cu	Ca	Mg
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3^#	58.970	0.027	<0.001	<0.001	<0.001

样品编号

∑Fe

1^#

59.850

0.010

<0.001

2^#

58.540

0.021

<0.001

3^#

58.970

0.027

<0.001

样品编号	浸出前	浸出后
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2^#	17.903	0.457	25.9	34.597	0.848	1.0
3^#	17.896	0.450	24.8	34.579	0.831	1.6

样品
编号

浸出前

浸出后

Co²⁺

H₂SO₄

Co²⁺

H₂SO₄

1^#

17.901

0.455

25.6

34.590

0.844

1.5

2^#

17.903

0.457

25.9

34.597

0.848

1.0

3^#

17.896

0.450

24.8

34.579

0.831

1.6