[发明专利]一种利用居里温度从镍铁合金中富集钴的方法

说明书

本发明涉及冶金技术领域，其目的在于提供了一种利用居里温度从镍铁合金中富集钴的方法，利用红土镍矿火法冶炼后含钴的镍铁合金中各金属元素的居里点温度不同，在镍铁合金熔融后降温结晶过程中在钴的居里温度附近结晶，同时加入亲钴的结晶诱晶剂诱使钴产生偏析并进行磁吸附，最终使得合金中的钴在铁水包底部富集，达到将钴富集分离的目的。本发明对现有钴的冶炼工艺进行了优化，具有成本低、设备投资小、节能环保的优点，同时能够根据下游产业的需求，富集到不同的钴含量来直接使用，解决了现有含钴镍铁合金中的钴富集分离难度大、成本高、环境危害大的问题，对新能源汽车产业起到很大的推动作用，具有良好的经济效益和广阔的市场前景。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，适用于从利用红土镍矿火法冶炼的含钴镍铁合金产品中富集分离钴，具体涉及一种利用居里温度从镍铁合金中富集钴的方法。

背景技术

随着全球能源体系逐渐减少对化石原料的依赖，主要汽车制造商为了应对气候变化从燃油汽车转向电动汽车，目前电动汽车的电池分别是：三元锂电池、磷酸铁锂电池、镍氢电池，其中镍氢电池最稳定，磷酸铁锂电池最安全，三元锂电池电量最大。三元电池正极材料常见的是523(成份是镍50％、钴20％、锰30％)，622(成份是镍60％、钴20％、锰20％)和811(成份是镍80％、钴10％、锰10％)，钴用于电动汽车三元锂电池的正极材料，可以明显提升材料的循环和倍率性能，即电池寿命。作为三元锂电池的正极材料之一，钴由于其稀缺性成为战略性的稀有金属资源，导致其储量有限、价格攀升，2018年价格超过65万/吨，2021年高位价格也超过55万/吨，高昂的价格成为新能源汽车发展的掣肘。

钴矿很少单独存在，主要伴生于镍矿、铜矿、黄铁矿和砷矿床中，而且含量较少，提取起来相对比较困难。钴矿资源主要有镍钴硫化矿、红土镍矿(氧化矿)、铜钴矿、砷钴矿和含钴黄铁矿五种类型。钴冶炼特点表现为原料品位低，提取流程长，提取方法多。从传统硫化镍矿中提取钴的工艺大多是前序工艺提取完镍、铜等资源，后续继续湿法提钴，其提钴工艺案例如下：

从镍、铜硫的吹炼渣中提钴：含钴吹炼渣在鼓风炉或电炉中经还原硫化熔炼，获得钴合金或钴锍；经磁选富集后加压酸浸，使钴进入溶液；溶液经净化后加入草酸使钴生产草酸钴沉淀，草酸钴经煅烧即可产出精制氧化钴产品。

从镍精炼净化渣中提钴：镍电解精炼过程中阳极液净化产出的钴渣是重要的提钴原料，钴渣经还原硫酸浸出使钴呈硫酸钴进入溶液，溶液用黄钠铁矾法除铁，萃取法除铜、锌、锰等杂质和镍钴分离获得纯净的氯化钴溶液，籍此可生产氧化钴产品，或经电积获取金属钴。

从含钴黄铁矿中提取钴：含钴黄铁矿经浮选可产出含钴0.3％～0.5％的钴硫精矿，钴硫精矿经硫酸化焙烧，使精矿中的钴、镍、铜等有价元素转变为可溶性的硫酸盐。焙砂用水浸或酸浸使钴、镍、铜等转入溶液；浸出液经净化除杂除去铁、铜、锌、锰等杂质，再经镍钴分离得到纯净的钴溶液，电积生产金属钴。

从砷钴矿提取钴：砷钴矿经焙烧或熔炼使砷以As₂O₃挥发脱除，得到焙砂或钴锍经酸浸使钴进入溶液，溶液经除铁、砷和铜、锌、锰等杂质后进入镍钴分离；净化后的钴溶液再根据市场需要生产金属钴或氧化钴产品。

从红土镍矿中提钴：印尼红土镍矿资源储量最为丰富，高压酸浸HPAL(HighPressure Acid Leach)工艺可以处理印尼低品位红土镍矿，且可以回收其中的有价元素钴，但是其酸耗高、尾矿污染严重。

从以上工艺来看，钴的冶炼工艺目前大体上可分为五大类，全部是湿法工艺：高温熔炼富集后湿法提取钴，硫酸化焙烧后浸出提出钴，还原焙烧氨浸法和加压浸出法。

由于红土镍矿现有技术无法选矿，湿法浸出工艺全部是全矿浸出，红土镍矿原矿中钴含量一般是0.01-0.1wt％，可想而知提取一吨钴要消耗多少原矿和药剂资源，要产生多少尾渣，对生态造成的破坏不言而喻。