[发明专利]利用氢氧化钙制备过渡元素氢氧化物的方法

说明书

技术领域

本发明涉及无机化工领域过渡元素氢氧化物的制备方法，特别涉及利用氢氧化钙溶液和硫酸钴溶液、硫酸镍溶液、硫酸铜溶液及硫酸锌溶液制备氢氧化钴、氢氧化镍、氢氧化铜、氢氧化锌的方法。

背景技术

过渡元素钴、镍、铜及锌是重要的金属元素，主要存在于矿石中。目前，从矿石中提取这些元素采用常压酸浸湿法冶炼技术，即先将矿石溶解于硫酸中，再经过逐级净化分离得到相应过渡元素硫酸盐溶液，蒸发此溶液得到过渡元素硫酸盐，从而实现矿石中过渡元素的分离。

蒸发过渡元素硫酸盐溶液是传统方法，该方法成本高、效率低、能耗大，而且得到的产品纯度较低。为此，有学者提出将过渡元素的硫酸盐转化成碳酸盐或氢氧化物，实现矿石中过渡元素的分离。

转化成碳酸盐的方法中，将碳酸钠溶液加入到过渡元素硫酸盐溶液中，生成过渡元素碳酸盐。碳酸盐不溶解于水中，因此可通过固液分离得到过渡元素碳酸盐。但该方法所用碳酸钠的价格较高，增加了生产成本。

转化成氢氧化物的方法中，将氢氧化钙溶液加入到过渡元素硫酸盐溶液中生成过渡元素的氢氧化物。过渡元素氢氧化物的溶度积远低于过渡元素碳酸盐，例如，碳酸铜的溶度积为2.34×10^-10，氢氧化铜的溶度积为4.8×10^-20，碳酸锌的溶度积为1.4×10^-11，氢氧化锌的溶度积为2.09×10^-16。与制备过渡元素碳酸盐相比，该方法不仅提高了过渡元素离子的转化率，而且降低了生产成本，因为氢氧化钙的价格远远低于碳酸钠。但是，该方法得到的过渡元素氢氧化物以及联产的硫酸钙均为固体，传统方法很难将其有效分离。因此，如何将过渡元素氢氧化物和硫酸钙有效分离是制备过渡元素氢氧化物方法推广应用中需进一步解决的问题。

发明内容

针对利用氢氧化钙溶液和过渡元素硫酸盐溶液制备过渡元素氢氧化物中

存在难以将氢氧化物和硫酸钙分离的问题，本发明推出利用氢氧化钙制备过渡元素氢氧化物的方法，其目的在于，将过渡元素硫酸盐溶液和氢氧化钙溶液在结晶反应器中，反应生成小粒径过渡元素氢氧化物和大粒径硫酸钙，并很更好地实现过渡元素氢氧化物和硫酸钙的有效分离。

本发明所涉及的利用氢氧化钙制备过渡元素氢氧化物的方法，技术步骤包括结晶反应、釜底浆状液分离洗涤和溢流浆状液过滤洗涤。

1、结晶反应

将过渡元素硫酸盐溶液和氢氧化钙溶液分别连续加入到结晶反应器中，在循环提升装置作用下连续均匀混合反应，硫酸根离子与钙离子结合形成较大粒径的硫酸钙晶体沉降到结晶反应器底部形成釜底浆状液；

过渡元素离子与氢氧根离子形成粒径较小的过渡元素氢氧化物，在循环提升装置作用下上升，升至溢流圈，形成溢流浆状液，并从溢流口溢出，进入收集液桶。

结晶反应器中连续加入的过渡元素硫酸盐溶液流量和反应器中循环提升装置的循环液流量比为1:10～1:40；所加入的过渡元素硫酸盐溶液中过渡元素离子与氢氧化钙溶液中氢氧根离子的摩尔比为1:2～1:4。

2、釜底浆状液分离洗涤

当釜底浆状液中固液比达到20～35%时，由结晶反应器底部排料口排出，进入收集液桶。再将底部排料口排出硫酸钙釜底浆状液泵至离心机中，离心分离得到滤饼，用硫酸酸化至pH=3的水洗涤滤饼后再次离心分离，得到硫酸钙。

3、溢流浆状液过滤洗涤

将结晶反应器上部溢流口流出的含有过渡元素氢氧化物的溢流浆状液泵至板框式压滤机压滤得到滤饼，将滤饼洗涤后再次压滤得到过渡元素氢氧化物。

所述的过渡元素硫酸盐溶液是过渡元素矿石通过硫酸溶解后，再经过净化分离得到的溶液，分别是硫酸钴溶液、硫酸镍溶液、硫酸铜溶液以及硫酸锌溶液。

本发明所采用的结晶反应器为圆柱形筒体和圆锥形尾体的组合结构，结晶反应器壳体包括上部圆筒和下部锥体。下部锥体的锥底处设置排渣装置，靠近排渣装置的锥体锥面上有排料口。上部圆筒的上部外侧有环状溢流圈，溢流圈的底部设置溢流口。上部圆筒内有同轴的反应结晶桶，反应结晶桶为底部敞口的圆筒，顶部设置两个进料口，分别是过渡元素硫酸盐溶液进口、氢氧化钙溶液进口。反应结晶桶内部设置循环提升装置，循环提升装置是带有涡轮式浆叶的混合器，涡轮式浆叶设置在底部敞口的细长圆筒内，可以使从反应结晶桶底部进入的料液在桶内自下而上循环运动。