一种钴溶液中深度净化除铁的方法与流程

本发明涉及化工技术领域，具体的说是一种钴溶液中深度净化除铁的方法。

背景技术：

高纯钴是重要的电子材料，纯度为3N~4N的高纯钴在计算机存储硬盘中大量使用，而纯度为5N及以上的高纯钴则主要用于半导体行业集成电路的关键性接触材料。

制备高纯钴的关键在于钴溶液中杂质的深度净化。钴溶液中的杂质铁会导致由高纯钴制备的电子元件磁性能不一致。目前制造高端集成电路普遍要求高纯钴中的杂质Fe含量少于1ppm。溶液中除铁的方法主要有中和法、针铁矿法、氧化铁法、铁矾法等，这些方法主要针对湿法冶金冶炼过程中杂质铁的脱除，而适用于电积钴溶液中杂质铁的深度脱除方法的国内外研究报道甚少。

专利CN103966627A公开了一种适用于铁浓度低于500mg/L的钴电解或电积溶液中铁的深度脱除方法，向钴盐溶液中加入磷酸盐或磷酸，使其与杂质铁形成稳定的络合物，然后采用电积钴的方法得到铁杂质含量低于0.5ppm高纯钴，该方法引入了钠和磷酸根杂质，需要对含磷废水进行处理，增加了生产成本。

专利CN102162031B使用具有氧化性的三氯异氰尿酸作为除铁剂，将Fe²⁺氧化成溶于水的Fe³⁺，而Co²⁺与加入的草酸铵生成草酸钴沉淀，从而达到除铁的效果，但是草酸钴无法直接用于电沉积制备高纯钴，需要进行进一步处理，增加了工艺流程，且由于三氯异氰尿酸和草酸铵会造成氨氮废水。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钴溶液中深度净化除铁的方法，该工艺简单易操作、稳定性好、成本低、绿色环保、且树脂经过脱铁处理后可以循环利用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种钴溶液中深度净化除铁的方法，包括以下步骤：

步骤一：采用钴片电溶造液或钴盐晶体与水配成钴溶液，所得钴溶液中钴离子的浓度为30~150g/L；杂质铁离子的浓度低于0.5g/L，用酸溶液或氨水调节溶液的pH值至1~3；

步骤二：将步骤一所得的钴溶液流过离子交换柱中的Monophos螯合型树脂进行交换，控制溶液的温度为20℃~80℃， pH值为1~5；

步骤三：将经过步骤二净化除铁后的钴溶液通入电积槽进行电积除杂净化，得到铁含量小于1ppm的99.999%的高纯钴，其中电积除杂净化控制条件为：钴溶液pH值为1~4，溶液温度40~80℃，电流密度50~500A/m²，电压2.5~12V。

所述步骤一中的钴溶液为CoSO₄溶液、CoCl₂溶液或CoSO₄ +CoCl₂的混合溶液。

所述步骤二中钴溶液与树脂的交换速率为0.2~10.0BV/h。

所述步骤二中溶液的温度为50℃~70℃。

所述步骤二中溶液的pH值为2~3。

所述步骤一中的酸溶液为硫酸溶液或盐酸溶液。

本发明的有益效果：

本发明提供的钴溶液中深度净化除铁的方法，采用螯合型树脂Monophos，经动态离子交换法深度脱除钴溶液中杂质铁的工艺，然后通入电积槽进行电积除杂净化，可得到铁含量小于1ppm的99.999%的高纯钴；本发明适用于电积钴液中痕量铁的深度脱除，该工艺简单易操作、稳定性好、成本低、绿色环保、且树脂经过脱铁处理后可以循环利用。

附图说明

图1为电积钴板GDMS分析报告单。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。

一种钴溶液中深度净化除铁的方法，包括以下步骤：

步骤一：采用钴片电溶造液或钴盐晶体与水配成钴溶液，所得钴溶液中钴离子的浓度为30~150g/L；杂质铁离子的浓度低于0.5g/L，用酸溶液或氨水调节溶液的pH值至1~3；

步骤二：将步骤一所得的钴溶液流过离子交换柱中的Monophos螯合型树脂进行交换，控制溶液的温度为20℃~80℃， pH值为1~5；

步骤三：将经过步骤二净化除铁后的钴溶液通入电积槽进行电积除杂净化，得到铁含量小于1ppm的99.999%的高纯钴，其中电积除杂净化控制条件为：钴溶液pH值为1~4，溶液温度40~80℃，电流密度50~500A/m²，电压2.5~12V。

实施例1

首先量取1000mL CoSO₄溶液（CoSO₄•7H₂O晶体粉末与超纯水配制而成），钴离子浓度60g/L，用浓硫酸溶液调节pH值至2。然后通过装有200ml Monophos树脂的离子交换柱，控制钴溶液与树脂的交换速率为0.2~3.0BV/h，溶液温度为50~70℃，溶液pH值为2~3，离子交换吸附后杂质元素浓度如表1所示：

表1 硫酸钴溶液净化前后铁含量对比

实施例2

首先量取125L CoSO₄+CoCl₂的混合溶液（CoSO₄•7H₂O晶体粉末+CoCl₂•6H₂O晶体粉末与超纯水配制而成），钴离子浓度100g/L，用浓硫酸溶液调节pH值至1。然后通过装有25L Monophos树脂的离子交换柱，控制钴溶液与树脂的交换速率为0.2~3.0BV/h，溶液温度为50~70℃，溶液pH值为2~3，离子交换吸附后杂质元素浓度如表2所示：

表2 硫酸钴溶液净化前后铁含量对比

实施例3

首先量取50L CoCl₂溶液（CoCl₂•6H₂O晶体粉末与超纯水配制而成），钴离子浓度40g/L，用浓盐酸溶液调节pH值至1。然后通过装有10L Monophos树脂的离子交换柱，控制钴溶液与树脂的交换速率为0.2~3.0BV/h，溶液温度为50~70℃，溶液pH为2~3，离子交换吸附后杂质元素浓度如表3所示：

表3 硫酸钴溶液净化前后铁含量对比

为进一步验证Monophos型树脂对钴溶液中杂质铁的深度脱除效果，取上述实施例1深度除铁净化后的CoSO₄溶液6.0L置于电积槽中，钛编网篮作为阳极，阴极为钛板，控制电积条件为：钴溶液pH值为1~4，溶液温度40~80℃，电流密度50~500A/m²，电压2.5~12V，将电积后钴板取样进行GDMS分析，检测结果如附图1所示。钴板中钴含量达到99.999%，铁杂质含量小于1ppm，总杂质含量小于10ppm。用该工艺对钴溶液中的杂质铁进行深度脱除后，能满足制备铁含量小于1ppm的99.999%高纯钴的要求。

上述实施例均为为本发明较佳实例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修饰、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。