真空蒸脫氯技術(shù)在電積鈷生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2015.11.003真空蒸發(fā)脫氯技術(shù)在電積鈷生產(chǎn)中的應(yīng)用曾輝，丁慶華（金川集團(tuán)股份有限公司 蘭州金川新材料公司，甘肅金昌 737100）摘要：對電積鈷真空蒸發(fā)技術(shù)的原理及應(yīng)用情況進(jìn)行論述，總結(jié)了新技術(shù)在電積鈷生產(chǎn)中表現(xiàn)出來優(yōu)越性和先進(jìn)性。關(guān)鍵詞：電積鈷；真空脫氯；蒸發(fā)濃縮中圖分類號：TF816文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1007-7545（2015）11-0000-00Application of Vacuum Evaporation Dechlorination Technology in Cobalt ElectrowinningZE

2、NG Hui, DING Qing-hua(Lanzhou Jinchuan New Materials Company, Jinchuan Group Co., Ltd., Jinchang 737100, Gansu, China)Abstract：The principle and application of vacuum evaporation technology for cobalt electrowinning were discussed. Superiority and advancement of this novel technology in cobalt produ

3、ction were summarized.Key words：cobalt electrowinning; vacuum dechlorination; evaporation concentration隨著溶劑萃取技術(shù)的不斷發(fā)展，不溶陽極電積精煉技術(shù)顯示出明顯的優(yōu)勢，不溶陽極材質(zhì)、氯氣收集、氣液分離、真空蒸發(fā)、脫氯等技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用，使得不溶陽極電積鈷的工藝技術(shù)日趨成熟，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成為鈷濕法冶金生產(chǎn)中主要發(fā)展方向。但是在不溶陽極電積鈷產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)過程中，存在兩大技術(shù)難題，嚴(yán)重制約著電積鈷規(guī)?；a(chǎn)，一是陽極液脫氯的問題1-3，脫氯效果不好，陽極液中富含游離態(tài)氯，氯氣溢出造成現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差；

4、二是電積鈷生產(chǎn)體系體積平衡的問題，體積膨脹導(dǎo)致鈷離子濃度失衡，難以維持正常的電積鈷生產(chǎn)，嚴(yán)重影響電積鈷產(chǎn)品質(zhì)量。鈷產(chǎn)能擴(kuò)大促進(jìn)了工藝技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展。真空蒸發(fā)、脫氯技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用從間斷、單罐作業(yè)發(fā)展到連續(xù)、大規(guī)?；a(chǎn)；裝備水平從脫氯柱、搪瓷蒸發(fā)釜發(fā)展到目前的高效脫氯、蒸發(fā)器，該套裝置將脫氯、蒸發(fā)兩個工作過程合二為一，徹底解決了體積難以平衡和鈷離子濃度貧化嚴(yán)重的問題，并成功應(yīng)用于電積鈷生產(chǎn)實(shí)踐中，使我國鈷氯化精煉工藝技術(shù)一躍到世界先進(jìn)水平。1 真空脫氯、閃蒸的原理氣體在液相中的溶解度與該氣體在氣相中的分壓成正比；溶液沸點(diǎn)與氣壓高低成正比。當(dāng)氯氣在氣相中的分壓降低后，氯氣在液相中的溶解度也就

5、隨之下降，大量的氯氣溢出與溶液分離4；氣壓升高，溶液的沸點(diǎn)也升高，氣壓下降，溶液的沸點(diǎn)就跟著下降，當(dāng)蒸發(fā)器中真空度降低后，溶液沸點(diǎn)降低，過熱狀態(tài)的溶液迅速沸騰、氣化，水分快速蒸發(fā)而與溶液分離，增加了濃縮溶液中溶質(zhì)含量，陽極液的濃度提高，同時在一定負(fù)壓下氯氣的溶解度隨溫度的升高而降低，沸騰狀態(tài)的溶液有利于溶解氯的脫除5-6。2 真空蒸發(fā)脫氯技術(shù)在電積鈷中的作用鈷電積采用的工藝流程是氯化鈷溶液電積精煉電鈷、陽極液+氯氣。產(chǎn)出的一級品電鈷外售，陽極液+氯氣經(jīng)多次氣液分離脫氯后，陽極液返回體系使用，氯氣用氫氧化鈉吸收后達(dá)標(biāo)排放。其處理工藝是陽極液+氯氣氣液分離陽極液真空蒸發(fā)、脫氯脫氯后的陽極液+高濃度

6、氯化鈷溶液返回電積鈷生產(chǎn)體系。真空蒸發(fā)、脫氯技術(shù)是電積鈷生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過該技術(shù)處理后陽極液體積縮小、鈷濃度增加，溶液中游離態(tài)Cl-大幅度降低，酸度降低，生產(chǎn)環(huán)境改善，脫氯后的陽極液與高濃度陽極液配液后返回生產(chǎn)體系，確保電積生產(chǎn)過程溶液循環(huán)量、pH、鈷濃度控制穩(wěn)定，徹底解決了電積鈷產(chǎn)業(yè)化技術(shù)難題。收稿日期：2015-05-06基金項(xiàng)目：國家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAF03B06）；甘肅省重點(diǎn)項(xiàng)目（）作者簡介：曾輝(1965-)，男，湖南常德人，高級工程師.3 真空蒸發(fā)脫氯工藝過程真空蒸發(fā)脫氯裝置主要由加熱器、真空蒸發(fā)器、冷卻器和真空泵等4部分組成，采用自動控制生產(chǎn)過程中流量、溫度

7、、液位的監(jiān)測、控制、聯(lián)鎖。含氯氣的陽極液進(jìn)入板式換熱器，溶液和蒸汽通過兩個相對獨(dú)立的傳熱性能良好的板片通道，進(jìn)行熱量傳質(zhì)交換，過熱狀態(tài)溶液進(jìn)入蒸發(fā)器，噴淋至蒸發(fā)器中填料層，在真空狀態(tài)下，同時完成閃蒸濃縮和氯氣脫除，濃縮后的陽極液泵送出蒸發(fā)器，并通過液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)來控制脫氯蒸發(fā)器的液位。蒸發(fā)產(chǎn)生的氯氣和水蒸氣經(jīng)二次板換冷卻器，含氯氣的冷凝水從高20 m處自流至氯水槽6，再送至1堿吸收塔。冷凝后的氯氣被真空泵抽吸至二次汽水分離器，氯水再次流入氯水槽，送至堿吸收1吸收塔，氯氣抽吸至堿吸收工序。脫氯蒸發(fā)器內(nèi)的液位、回流管流量、進(jìn)液流量、溶液溫度、真空度全部采用自動集中控制，以提高蒸發(fā)器的使用效率。4 真

8、空脫氯蒸發(fā)技術(shù)的生產(chǎn)實(shí)踐真空脫氯、蒸發(fā)技術(shù)是集蒸發(fā)和脫氯兩種功能于一身，同時解決了陽極液脫氯效果不佳及溶液體積平衡兩大問題。影響到真空蒸發(fā)脫氯裝置效果的因素較多，主要因素包括溶液溫度、pH、脫氯蒸發(fā)器液位、真空度等7。4.1 脫氯前陽極液成分及溫度蒸發(fā)器對陽極液成分要求不嚴(yán)，一般低濃度的陽極液即可。溶液溫度對蒸發(fā)及脫氯效果有較大影響，含氯氣的陽極液經(jīng)過板式換熱器加溫至一定溫度以后即可滿足生產(chǎn)要求。陽極液溫度和真空度對脫氯效果的影響如表1所示。表1 溫度和真空度對陽極液脫氯的影響Table 1 Effects of temperature and vacuum degree on dechlor

9、ination of anolyte溫度/真空度/kPa脫氯前陽極液脫氯后陽極液Co/(g·L-1)游離氯/(mg·L-1)Co/(g·L-1)游離氯/(mg·L-1)55-5044.828355.789.260-5348.377957.275.465-5548.506758.734.670-6049.857061.882.675-6250.727262.052.180-6553.388465.471.590-7057.088570.431.3平均50.387761.653.8從表1可以看出，陽極液溫度越高，脫氯、濃縮效果越好，但是考慮到蒸發(fā)器材質(zhì)和使用

10、壽命，陽極液溫度控制在7585 。4.2 陽極液pH脫氯前溶液的pH對脫氯效果的影響較大，根據(jù)脫氯反應(yīng)動力學(xué)原理，H+含量越高，越利于反應(yīng)向生成氯氣的方向進(jìn)行。一般條件下，不溶陽極的電解液的pH均在0.52.0，在該pH范圍內(nèi)，脫氯效果均比較好。4.3 脫氯蒸發(fā)器液位真空蒸發(fā)脫氯器液位過低，設(shè)備利用率低；液位過高則導(dǎo)致蒸發(fā)器蒸發(fā)、脫氯效果不好，蒸發(fā)器最佳液位是20%35。4.4 真空度蒸發(fā)器中真空度越高，溶液中的游離氯脫除和溶液的濃縮效果越好，在一定真空度下，使用溫度不太高而來源較方便的蒸汽作為加熱源間接加熱，使溶液蒸發(fā)濃縮、游離氯脫除5，但真空度過高會使真空泵的吸氣量有所降低，影響真空的穩(wěn)定

11、性。一般根據(jù)陽極液中游離氯和蒸發(fā)水量調(diào)節(jié)真空度，如果脫氯后溶液中游離氯含量過高，則將脫氯器的設(shè)定值向高真空度方向調(diào)節(jié)，反之亦然。從表1可以看出，真空度越高，脫氯、濃縮效果越好，但是考慮到蒸發(fā)器材質(zhì)和使用壽命，真空度的控制范圍為-50-70 kPa。4.5 循環(huán)水量及溫度真空蒸發(fā)脫氯過程中，隨著蒸發(fā)過程的進(jìn)行，蒸發(fā)出的水蒸氣量增大，真空度降低，影響脫氯效果。當(dāng)冷卻器循環(huán)水量小和蒸發(fā)水溫高時，冷卻效果差，水蒸氣不能及時冷卻，真空度降低。此時應(yīng)加大循環(huán)冷卻水量，以確保真空度和脫氯效果。4.6 溶液處理量陽極液流量過小，將會使設(shè)備利用率降低；陽極液流量過大，脫氯、蒸發(fā)效果差。實(shí)際生產(chǎn)中陽極液的流量控制

12、在6090 m3/h。5 真空蒸發(fā)脫氯技術(shù)的應(yīng)用效果真空蒸發(fā)脫氯裝置應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)了脫氯過程和蒸發(fā)過程的連續(xù)作業(yè)，保證了電積鈷循環(huán)液鈷離子濃度的穩(wěn)定，為電積鈷產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定提升創(chuàng)造了條件。脫氯前后陽極液成分對比見表1。脫氯后陽極液游離氯含量控制在3.8 mg/L，每日可蒸發(fā)出水量4050 m3，有效解決了不溶陽極電積鈷生產(chǎn)工藝中循環(huán)液含游離氯高、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差及溶液體積平衡難的問題。蒸發(fā)后陽極液溫度一般達(dá)80 以上，而由萃取產(chǎn)出的30 氯化鈷溶液配液后的新液溫度只有60 ，可以直接進(jìn)入電積鈷循環(huán)體系。采用該裝置后，電積鈷生產(chǎn)體系陽極液脫氯及蒸發(fā)濃縮效果較以前有了較大幅度的提升，真空蒸發(fā)脫氯

13、裝置與原脫氯柱及蒸發(fā)釜的脫氯效果對比結(jié)果見表2。表2 不同脫氯裝置脫氯效果對比Table 2 Dechlorination effect of different dechlorination device真空蒸發(fā)脫氯裝置原脫氯柱蒸發(fā)釜（5臺）脫氯后液游離氯/(mg·L-1)日蒸發(fā)量/m3脫氯后液游離氯/(mg·L-1)日蒸發(fā)量/m38.14528152.36026182.23226123.6381391.93016134.34137123.7412413使用該裝置后，由于將脫氯及蒸發(fā)兩個過程合二為一，使得這兩個過程的能源總消耗有所降低，尤其是蒸汽用量較以前有較大幅度降低。6 結(jié)論真空脫氯、蒸發(fā)技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用，成功解決了脫氯后陽極液游離氯含量高和電積鈷循環(huán)液體積平衡兩大問題，使電積鈷作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境得到極大改善，生產(chǎn)流程更為順暢，提高了鈷實(shí)收率，降低了鈷的加工成本。參考文獻(xiàn)1 武彥斌，王三反，周鍵，等. 治理鈷電積中氯氣污染的研究進(jìn)展J. 有色金屬（冶煉部分），2014(9)：8-11.2 王振文，張愛青，江培海，等. 密閉電解槽在鈷電積上的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用J. 有色金屬（冶煉部分），2013(5)：10-12.3 王振文，江培海，尹飛，等. 密閉電解槽電積氯化鈷生產(chǎn)電鈷的工藝研究J. 有色金屬（