从熔炼合金中浸出铜钴镍的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及湿法冶金及化工生产技术领域，具体涉及一种熔炼合金中铜钴镍与铁 的分离方法。
【背景技术】
[0002] 废旧锂离子电池熔炼合金系废旧锂离子电池经高温还原熔炼处理所得，该合金原 料是一种含铜钴镍的铁合金，含钴为10%~40%，含铜为10~50%，含镍为0. 1 %~5%， 含铁为10%~80%，含锰0? 1 %~5%。
[0003] 目前，从铜钴镍合金中浸出有价金属的方法主要有：
[0004] 1、高温高压浸出法：用硫酸或盐酸通过高压浸出或结合常压浸出，使钴铜合金中 的钴、铜、镍浸出进入溶液。该方法设备复杂，必须解决高温、高压条件下设备的防腐问题。
[0005] 2、氯气浸出法：采用氯气作为浸出剂，由于氯气为有毒物质，运输、贮存和使用均 有一定的危险性；氯气、氯盐浸出，均为氯化物体系，体系腐蚀性增大，设备防腐和环保要求 尚。
[0006] 3、用硫酸加氯酸钠浸出法，是一种浸出速度快、而且容易实现的方法，但氯酸钠的 价格较高，生产成本高。
[0007] 4、直接酸浸法：用硫酸、盐酸或硝酸或其中的二种组成混合酸进行浸出。该方法在 常压下反应速度慢，铜钴镍浸出效率不高，浸出率低，且工艺流程长，生产成本高。
[0008] 5、电溶法：在电解槽中以钴铜合金原料为阳极，在硫酸或盐酸体系中通过电解使 钴、铜从阳极上溶解进入溶液，锰、铁也一同溶解进入溶液。该方法电流效率较低、电耗较 高，钴的回收率较低。
[0009] 上述各种方法，对于这种成分复杂、结构稳定的高温熔炼合金处理难度较大，普遍 存在铜钴镍浸出低、工艺流程长、生产成本高等缺点。此外，合金中铜钴镍浸出的同时，大量 的铁浸出进入浸出液，给后续的除铁带来困难，增加后续除铁作业负担，并导致钴、铜的损 失，影响钴、铜、镍的回收率。
【发明内容】
[0010] 本发明所要解决的技术问题是，克服以上【背景技术】中提到的不足和缺陷，提供一 种工艺成本低、工艺便于控制、生产稳定可靠、对环境污染少的一种从熔炼合金中浸出铜钴 镍的方法。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种从熔炼合金中浸出铜钴镍的 方法，包括以下步骤：
[0012] 将含有铜钴镍中至少两种和铁杂质的熔炼合金进行熔融，然后利用高压气体或高 压水雾化成合金粉末；
[0013] 将雾化后的合金粉末加入一搅拌充气反应装置中，在该搅拌充气反应装置中以硫 酸溶液作为浸出介质，使空气或氧气从所述搅拌充气反应装置的搅拌轴系中均匀鼓入，经 搅拌轴系底部高速旋转的搅拌桨叶的剪切作用使鼓入的气体均匀分散，在氧化剂、催化剂 的作用下，合金粉末在搅拌充气反应装置中进行锈蚀氧化浸出反应；
[0014] 反应完成后，大部分杂质铁进入浸出渣中，最后进行固液分离，所述固液分离用的 过滤设备优选为离心机、厢式压滤机、板框压滤机、管式过滤器中的一种，收集获得含铜钴 镍中至少两种的浸出液。
[0015] 上述的方法中，优选的：所述熔炼合金为废旧锂离子电池熔炼合金，且该熔炼合金 中同时含有铜钴镍三种有价金属中的至少两种有价金属和铁杂质。
[0016] 上述的方法中，优选的：所述熔融时的熔融温度大于1300°C。
[0017] 上述的方法中，优选的：所述雾化成的合金粉末的粒径为-o. 15mm(-100目）大于 80 %，更优选-0? 15mm (-100 目）大于 90 % 〇
[0018] 上述的方法中，优选的：所述锈蚀氧化浸出反应过程中，所述硫酸的用量按熔炼合 金中钴、铜、镍金属元素总和的理论用量的1. 05倍~2. 0倍添加，且反应时液固比控制为 2 : 1~20 : 1，反应温度大于50°C。
[0019] 上述的方法中，优选的：所述催化剂为硫酸铵、过硫酸铵、硫酸铜、硫酸亚铁中的一 种或几种，催化剂的浓度控制在150g/L以内；所述氧化剂为氧气或空气。
[0020] 作为对上述方法进一步的改进：所述搅拌充气反应装置包括搅拌槽体、安装基座、 驱动装置和搅拌轴系，所述驱动装置通过安装基座装设于搅拌槽体上，所述搅拌槽体上开 设有进料口和出料口，所述驱动装置驱动搅拌轴系旋转，搅拌轴系伸入搅拌槽体的内腔中 并位于内腔的中心处，所述搅拌轴系包括同心套设的外轴和内轴，所述外轴和内轴均为中 空结构，且内轴设置在外轴的中空腔体中，所述内轴的中空腔体设为进气通道，且内轴的底 端设为所述进气通道的出气口，所述外轴上安装有主要用于混匀物料的上搅拌器，所述内 轴靠近其出气口的位置安装有主要用于分散气体的下搅拌器。
[0021] 上述改进的搅拌充气反应装置中，更优选的：所述上搅拌器为桨叶式搅拌器，根据 反应装置的具体设计高度，该桨叶式搅拌器还可优选在外轴上沿不同高度布置多个（例如 1个、2个或3个）；所述下搅拌器则优选为一转速高于上搅拌器转速的涡轮透平式搅拌器。
[0022] 上述改进的搅拌充气反应装置中，更优选的：所述内轴的底端靠近所述搅拌槽体 的底面，所述外轴的底端高出所述内轴的底端一定高度，且所述上搅拌器安装于外轴的底 端附近，所述下搅拌器则安装于内轴的底部。
[0023] 上述改进的搅拌充气反应装置中，更优选的：所述外轴和内轴分别由独立的驱动 装置驱动，且外轴的转速低于内轴的转速。更优选的：所述驱动装置包括第一驱动电机和第 二驱动电机，所述第一驱动电机通过外轴用皮带及皮带轮与外轴的上端连接，所述第二驱 动电机通过内轴用皮带及皮带轮与内轴的上端连接，且内轴的上端高出外轴的上端一定距 离。通过独立地驱动装置分别驱动内轴和外轴，使得上搅拌器和下搅拌器可以根据其不同 的搅拌器类型和作用功能达到不同的最优转速，下搅拌器（透平式搅拌器）的转速较高，其 主要和和定子一起控制微气泡的产生和分散，而上搅拌器（桨叶式搅拌器）的转速相对较 低，则主要承担整个容器内的液体或固体在垂直方向上形成循环。
[0024] 上述改进的搅拌充气反应装置中，更优选的：所述搅拌槽体的底面对应于内轴底 端的位置装设有定子，且定子形成有一凹槽，该凹槽呈半包式包围在所述下搅拌器的外部， 所谓的半包式是指定子布置在下搅拌器的下侧和外侧，下搅拌器的上方则没有定子包围。 更优选的，所述定子与所述下搅拌器之间留有间隙并形成狭缝腔体。所述定子与下搅拌器 同心布设，所述定子包括底盘和固接于底盘上的多个引流板；多个引流板均布在底盘上方 的周边，且多个引流板的中轴面均与底盘的外周切线相交并呈一相同角度。在该优选的方 案中，定子和下搅拌器共同构成一组搅拌装置，这组搅拌装置主要用来分散从内轴进入的 气体，产生微细气泡，当下搅拌器转动时，带动液体甩出，产生局部负压，外部的气体沿着内 轴进入下搅拌器和定子之间的间隙（可自吸或鼓风机鼓入），在下搅拌器和定子的剪切、摩 擦等作用力的共同作用下，不断产生微细粒气泡并与液体或固体高速混合，最后在定子的 引流作用下呈辐射状喷出，构成了一个小型且高效的气体分散系统。
[0025] 上述的搅拌充气反应装置中，优选的：所述安装基座固接在搅拌槽体的顶面，所 述搅拌轴系穿过安装基座伸入搅拌槽体的内腔中，所述进气通道的进气口设置在内轴的顶 端，该进气口由支架固定，该进气口处设有调节进气量的进气阀门。进气阀门可通过支架固 定在安装基座上。
[0026] 上述的搅拌充气反应装置中，优选的：所述搅拌轴系包括第一轴承和第二轴承，所 述外轴的外部通过第一轴承装设在所述安装基座上，所述内轴通过第二轴承同心嵌套在外 轴的中空腔体中。
[0027] 采用上述本发明的方法可实现常压浸出条件下熔炼合金中铜钴镍的有效浸出，并 在有效浸出铜钴镍的同时，可实现与铁杂质的分离，进而达到有效浸出有价金属并脱除杂 质铁的目的，减少下一步湿法分离回收有价金属除铁作业负担。作为进一步的改进，为了提 高气-固-液三相反应速率，保证合金充分反应，我们将熔炼合金的浸出置于一高效的搅拌 充气反应装置中进行，以廉价的硫酸作浸出剂，使用空气或氧气作为氧化剂，气体从所述搅 拌充气反应装置的搅拌轴系中均匀鼓入，经高速旋转的桨叶剪切气体实现其均匀分散，在 氧化剂、催化剂作用下，实现合金中有价金属的高效浸出。由于常规的搅拌设备一般都不具 有气体分散的作用和效果，而本发明上述改进的搅拌充气反应装置中，通过分层布置不同 结构形式的搅拌器，并巧妙地布设进气通道，使得本发明的搅拌设备能够同时兼具充气反 应功能；在本发明中下搅拌器及其附属构件具有通气和分散气体的作用，有利于促进气液 两相混合或气液固三相混合，但如果仅仅依靠下搅拌器进行搅拌，则易造成反应物料的上 下对流不足、混合不充分，因此在此基础上，本发明又在反应装置中部设置了上搅拌器，以 加强垂直方向上的物料对流，做到整个搅拌充气反应装置内物料的充分混合和反应充分。