ЭЛЕКТРОЭКСТРАКЦИЯ КОБАЛЬТА ИЗ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ СУЛЬФАТОВ КОБАЛЬТА И МАРГАНЦА В СТАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Способ относится к области извлечения веществ электроэкстракцией и может быть использован в цветной и черной металлургии, а также для очистки промышленных и бытовых стоков.

Известны способы очистки раствора кобальта от марганца сорбцией кобальта на анионите с последующей его десорбцией кислым раствором [Худяков И.Ф., Кляйн С.Э., Агеев Н.Г. Металлургия меди, никеля, сопутствующих элементов и проектирование цехов. М.: Металлургия, 1993, с. 167].

Недостатком способа является необходимость обработки большого объема растворов, к тому же необходимо большое число стадий переработки для получения металлического кобальта, не содержащего примеси марганца.

Наиболее близким техническим решением является способ извлечения кобальта и марганца из водных сульфатных растворов [Патент RU 2212460 С2 (МПК C22B 3/20, опубл. 20.09.2003)], включающий электролиз с выделением кобальта на катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде.

Недостатком способа является то, что выход по току и удельный расход электроэнергии не являются оптимальными, катодный кобальт содержит микропримеси, и сдирка катода затруднена.

Задачей изобретения является создание эффективного способа очистки растворов кобальта от марганца в технологии получения металлического кобальта.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретении, заключается в получении металлического кобальта высокой чистоты.

Этот технический результат достигается тем, что в известном способе извлечения кобальта и марганца из водных сульфатных растворов, включающем электролиз с выделением кобальта на катоде и осаждением марганца в составе анодного шлама, образующегося на свинцовом аноде, электролиз проводят с использованием катода из титана и перфорированной перегородки, разделяющей катодное и анодное пространства, при рН=1,1-1,4 водного сульфатного раствора и силе тока 0,5-1,5 А.

Сущность способа поясняется данными таблицы и фиг. 1-6, в которых указаны условия проведения электроэкстракции, результаты рентгено-спектрольного анализа катодного кобальта и фазового состава анодного шлама.

Электроосаждение кобальта проводили из сульфатных растворов, для эксперимента использовали сульфат кобальта COSO₄ и сульфат марганца MnSO₄ марки х.ч., а также их кристаллогидраты CoSO₄·7H₂O и MnSO₄·7H₂O.

В данной работе процессы исследованы при pH 1,1-1,4, что соответствует аналогичным процессам реального производства.

Исследования проводились в стационарном режиме.

Концентрации ионов металлов в исходном электролите составляли, г/дм: 30-50 Co и 1 Mn.

Электролиз проводили в 3 стадии в течение, ч: I - 5-6, II - 5-6, III - 5-6.

В конце каждой стадии контролировали силу тока и величину напряжения на ванне, температуру электролита, концентрации Co и Mn в растворе. Электрическая схема установки приведена на фиг. 1. Катод - титановый или алюминиевый, анод - свинцовый с содержанием до 1% серебра. Электроэкстракция кобальта в стационарном режиме проводилась из сульфатных растворов в электролизере ящичного типа объемом 400 см с перфорированной перегородкой из оргстекла, отделяющей катодное и анодное пространство электролита, или без нее. Электролит в процессе экстракции нагревался от комнатной температуры до 50-60°С.

Концентрацию ионов контролировали:

- концентрацию марганца определяли объемным персульфатным методом;

- концентрацию кобальта определяли колориметрическим методом с применением нитрозо-Р-соли и весовым с α- нитрозо-β-нафтолом.

Определение элементного состава поверхности катодного кобальта и анодного шлама проводили рентгеноспектральным анализом с применением растрового электронного микроскопа CAMSCAN MV 2300.

Примеры практического применения

Пример 1 (таблица, фиг. 2-4)

На фиг. 2 дана зависимость от времени массы катодного кобальта (Со) и анодного шлама (Аш), выделившихся при электроэкстракции: а - титановый катод и перегородка, б - титановый катод и без перегородки, - с перегородкой и алюминиевым и титановым катодами.

Из таблицы и фиг. 2 можно сделать следующие выводы:

- Из растворов с перегородкой при электроэкстракции на титановом катоде извлекается намного большая масса кобальта при силе тока 1,0-1,5 А по сравнению с экстракцией при силе тока 0,5 А.

- Из растворов без перегородки при электроэкстракции на титановом катоде извлекается намного большая масса кобальта при силе тока 1,5 А по сравнению с экстракцией при силах тока 0,5-1,0 А.

- Из растворов с перегородкой при электроэкстракции на титановом катоде извлекается больше кобальта, чем при экстракции без перегородки.

- Из растворов с перегородкой и без перегородки при электроэкстракции на титановом катоде извлекается примерно одинаковая масса анодного шлама кобальта при силе тока 0,5-1,5 А.

- Из растворов с перегородкой при силе тока 1,0 А при электроэкстракции на алюминиевом катоде извлекается несколько большая кобальта, чем при экстракции на титановом катоде.

- Из растворов с перегородкой при силе тока 1,0 А при электроэкстракции на алюминиевом катоде извлекается большая масса анодного шлама, чем при использовании титанового катода.

На фиг. 3 даны результаты рентгеноспектрального анализа катодного кобальта, полученного при экстракции с перегородкой на титановом катоде при силе тока 1 А. Видно, что кобальт не содержит примеси марганца, лишь слегка окислен с поверхности, обращенной к раствору.

При использовании алюминиевого катода в составе катодного кобальта содержатся оксиды и гидроксосоли кобальта, марганца, алюминия и свинца.

Сдирка катода легче происходит при использовании титанового катода, чем с алюминиевого. Следует также иметь ввиду большую прочность и устойчивость против окисления титанового катода по сравнению с алюминиевым катодом.

На фиг. 4 дан рентгеноспектральный анализ анодного шлама, полученного при экстракции с перегородкой и титановом катоде при силе тока 1 А. Видно, что анодный шлам содержит оксиды и соли кобальта, марганца, свинца и серебра. Установлено, что такие анодные шламы являются катализаторами окислительных процессов.

Пример 2 (таблица, фиг. 5)

На фиг. 5 дана зависимость от времени выхода по току кобальта из растворов:

а - с титановым катодом и перегородкой, б - с титановым катодом и без перегородки, с - с перегородкой и алюминиевым и титановым катодами.

Из таблицы и фиг. 5 можно сделать следующие выводы:

- Из растворов с перегородкой при электроэкстракции на титановом катоде выход по току больше при силе тока 0,5 А по сравнению с экстракцией при силе тока 1,0-1,5 А.

- Из растворов без перегородки при электроэкстракции на титановом катоде выход по току больше при силе тока 1,5 А по сравнению с экстракцией при силе тока 0,5-1,0 А.

- Из растворов с перегородкой при электроэкстракции на титановом катоде выход по току на порядок больше, чем при электроэкстракции без перегородки.

- Из растворов с перегородкой и без перегородки при силе тока 1,0 А при электроэкстракции на алюминиевом и титановом катодах выход по току примерно одинаков.

Пример 3 (таблица, фиг. 6)

На фиг. 6 дана зависимость от времени удельного расхода электроэнергии: а - с титановым катодом и перегородкой, б - с титановым катодом и без перегородки, с - с перегородкой и алюминиевым и титановым катодами.

Из таблицы и фиг. 6 можно сделать следующие выводы:

- Из растворов с перегородкой при электроэкстракции на титановом катоде удельный расход электроэнергии меньше при силе тока 0,5-1,0 А по сравнению с экстракцией при силе тока 1,5 А.

- Из растворов без перегородки при электроэкстракции на титановом катоде удельный расход электроэнергии меньше при силе тока 0,5 и 1,5 А по сравнению с экстракцией при силе тока 1,0 А.

- Из растворов с перегородкой при электроэкстракции на титановом катоде удельный расход электроэнергии меньше, чем при электроэкстракции без перегородки.

- Из растворов с перегородкой и без перегородки при силе тока 1,0 А при электроэкстракции на алюминиевом и титановом катодах удельный расход электроэнергии примерно одинаков в начальное время экстракции, а при времени больше 10 часов удельный расход электроэнергии меньше при электролизе на титановом катоде.