本发明属于金属冶炼技术领域，更具体地说，尤其涉及一种快速制备氧化钴的方法。
背景技术：
氧化钴(co203)是钴的高价氧化物，理论含钴量为71.06％，含氧量为28.94％，密度为6.079/cm3。它是一种黑色无定形粉末，氧化钴不溶于水，可溶于酸而生成相应的盐，广泛用于陶瓷、玻璃等行业。
随着国内外对钴消费量逐年成倍的增长，废钴酸锂原料已经成为生产钴盐、氧化钴及电解钴等钴系列产品的主要原料之一，它来之国内锂离子电池正极材料企业(当升科技、天津斯特兰、湖南瑞祥和杉杉等企业)生产电池时产生的边角料及不合格品，其主要化学式为licoo2，是一种无机化合物，一般使用作锂离子电池的正电极材料。废钴酸锂原料主要化学成分有；co55-60％、ni0.1-0.05％、mn0.5-0.01％、ca0.1-0.03％、mg0.1-0.05％、li6-7％。由于它在生产过程中是；采用经过湿法提纯后的钴金属溶液与氢氧化钠合成得到前躯体材料，然后在高温下煅烧，再按比例与碳酸锂混合成的粉体进行煅烧、碾磨、过筛即得到钴酸锂粉，可以表明废钴酸锂原料中的金属均以氧化物形态存在，而市场收购的废钴酸锂原料，则因为在收集的过程中因为环境、条件的不确定因素造成少量的金属物相变化和夹带杂质的引入，导致处理该原料的工艺更加复杂化。
目前国内钴产品生产企业大部分在使用含有钴氧化物形态存在的原料时，通常采用湿法冶炼工艺中比较成熟的工艺路线是；硫酸+还原剂浸出→中和除杂→除钙镁→p204萃取深度除杂→p507萃取钴镍分离→草酸沉淀→洗涤→煅烧→筛分→氧化钴产品。该工艺存在生产工序流程长，生产成本高的缺点，在回收二氧化硫气体时采用碳酸钠吸收过程中，不但要增加化工材料的消耗，如处理不当很容易造成环境被污染，已经成为了许多厂家难以克服的共同难题。
目前，国内采用废钴酸锂生产氧化钴产品的企业多数采用有色金属冶炼技术的一种为湿法冶金工艺，其工艺原理是：
在常压状态下的浸出槽中，将废钴酸锂原料和水，加入有一定量的硫酸和一定量还原剂(亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、二氧化硫、硫化氢)，产生还原反应，将三氧化二钴还原成二价钴及其它金属(fe、ni、ca、mg等)进入溶液中(硫酸钴溶液)→再将碳酸钠溶液缓慢加入浸出液中，实现中和除铁→得到的溶液加入一定量的氟化钠进行除钙镁→溶液进入p204萃取除杂→p507萃取钴、镍分离→草酸沉淀→洗涤→煅烧→筛分→氧化钴产品。
1、该工艺存在生产工序流程长，生产成本高的缺点，而且在处理该产物的浸出工序中需要消耗大量的还原剂(焦亚硫酸钠、二氧化硫、硫化氢)，产生的二氧化硫因不能及时有效地参与钴原料中金属反应，将导致二氧化硫气体溢出浸出槽，在回收气体采用碳酸钠吸收过程中，不但要增加化工材料的消耗，如处理不当很容易造成环境被污染，已经成为了许多厂家的共同难题。
2、常规使用的无机酸为硫酸，还原剂有亚硫酸钠、焦亚硫酸钠、二氧化硫、硫化氢等。
该生产工艺的缺点是：在硫酸还原浸出生产实践操作过程中还原剂的用量往往是化学反应理论量2-3倍，造成还原剂的消耗和浪费，增加生产成本，如果不增加用量，氧化钴不能完全还原，难以提高钴的浸出率，而过量还原剂的加入，产生的二氧化硫因不能及时有效地参与矿物中金属反应，导致二氧化硫气体溢出浸出槽，回收处理有害气体采用碳酸钠吸收过程中，不但要增加化工材料的消耗，而且容易造成环境污染事故的发生。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，提供一种快速、简方便制备氧化钴产品的方法，其能够有效地实现从废钴酸锂原料中分别进行二段浸出钴金属离子的同时除去其它金属杂质，得到纯度高的钴离子溶液，经过用碳酸氢铵沉淀后合并浸出(氧化钴)渣经过煅烧等工序得到氧化钴产品，该工艺的实施，不但在处理废钴酸锂原料时，不使用还原剂，避免了硫酸还原浸出时产生二氧化硫气体的风险，有效地缩短了生产流程和降低了生产成本。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种快速制备氧化钴的方法，具体包括以下步骤：
s1：混合，将废钴酸锂原料和纯净水投入浸出槽进行混合，获得混合浆液；
s2：低酸浸出，将无机酸(硫酸)加至混合浆液中进行反应，反应完成后进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)和低酸浸出渣；
s3：高酸浸出，将低酸浸出渣和纯净水投入浸出槽进行混合，同时进入无机酸(硫酸)进行反应，反应完成后进行液固分离，获得高酸浸出溶液和高酸浸出(氧化钴)渣，将溶液加入低酸浸出时作为硫酸补充，高酸浸出(氧化钴)渣合并洗涤后的硫酸钴一起进入煅烧工序；
s4：沉钴，在低酸浸出溶液中加入碳酸氢铵与钴离子发生反应，形成碳酸钴沉淀，迅速过滤，以使锂呈絮状物和其它杂质(ca、mg)离子随母液除去，得到的碳酸钴用纯净水洗涤后进入煅烧工序；
s5：煅烧，将高酸浸出渣和洗涤后的碳酸钴一起，将按一定量的速度依次置入(推板窑)煅烧炉中，通过不同温区煅烧，高酸浸出渣中的钴去水份生成氧化钴，碳酸钴经过高温分解后生成氧化钴，经过振动筛筛分后进行包装成品(co2o3)。
优选的，所述s1步骤中提到的废钴酸锂原料与纯净水按照体积比1:7.5的量投入带有机械搅拌浆叶的浸出槽中进行搅拌混合1h，获得混合浆液。
优选的，所述s2步骤中，通过导流管按(50-80l)/min的流量把无机酸(硫酸)加入至混合浆液中，保持搅拌速度为(75-130r)/min，初始硫酸的浓度为3n，在控制温度80～90℃的条件下进行反应2～4h，取样分析当溶液当中ph值＝1-1.5时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)和低酸浸出渣。
优选的，所述s3步骤中，将低酸浸出渣与纯净水按体积比1：6的量进行混合，保持搅拌速度为(80-120r)/min，再通过导流管按(50-80l)/min的流量把无机酸(硫酸)导入，控制初始硫酸的浓度为8n，在温度80～90℃的条件下进行反应4～5h，当终点酸度2.5-3n时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)和高酸浸出(co2o3)渣。
优选的，所述s4步骤中，硫酸钴溶液与碳酸氢铵(饱和溶液)的加入量按照体积比1:1.2的比例进行加入，反应温度50-60℃，当碳酸氢铵与钴离子发生反应30-40分钟后，形成的碳酸钴沉淀，经过离心机迅速过滤，以使锂呈絮状物和其它杂质(ca、mg)离子随母液除去，得到的碳酸钴用纯净水洗涤后进入煅烧工序。
优选的，所述s5步骤中，将高酸浸出渣(co2o3)和洗涤后的碳酸钴一起置入(推板窑)煅烧炉中，将按每15分钟20千克量的速度依次通过鼓风机控制空气达到一定的流量，经过150℃、350℃、550℃的不同温区下煅烧3-4小时，高酸浸出渣中的钴去水份生成氧化钴及碳酸钴经过高温分解后生成氧化钴，经过振动筛筛分后进行包装成品(co2o3)，同时产生的少量水蒸汽气体通过高空引风系统，达到汽水分离后排放和回收。
优选的，所述s1中提到的无机酸为硫酸或盐酸。
优选的，所述s2步骤中进行反应时，通过对混合浆液中通入蒸汽的进行加热。
本发明的技术效果和优点：本发明是利用废钴酸锂原料具有含钴量高(co50-60％)其它杂质金属低(ca0.1-0.03％、mg0.1-0.05％)的特点，快速、简便制备氧化钴产品的一种方法，其能够有效地实现从废钴酸锂原料中分别进行二段选择性浸出钴金属离子的同时除去其它金属杂质，得到纯度高的钴离子溶液，经过用碳酸氢铵沉淀后合并浸出渣经过煅烧等工序得到氧化钴产品，该工艺的实施，不但在处理废钴酸锂原料时，不使用还原剂，避免了硫酸还原浸出时产生二氧化硫气体的风险，同样也减少了化学沉淀除杂和有机萃取深度除杂质等工序，有效地缩短了生产流程和降低了生产成本，并且，浸出工艺简单，技术条件稳定可靠，钴回收率高，经济效益显著，实践证明，设备简单，不产生有害气体，劳动条件好，成本较低，合理易行。
附图说明
图1为本发明一种快速制备氧化钴的方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供快速制备氧化钴的一种的方法，包括以下步骤：
s1：混合，将废钴酸锂原料与纯净水按体积比1：7.5投入带有机械搅拌浆叶的浸出槽中进行搅拌混合1h，获得混合浆液；
s2：低酸浸出，通过导流管按(50l～80l)/min的流量把无机酸(硫酸)加入至混合浆液中，保持搅拌速度为(75～130r)/min，初始硫酸的浓度为3n，同时打开蒸汽阀门，开始升温，在控制温度80～90℃的条件下进行反应2～4h，取样分析，当溶液中ph值＝1-1.5时，则停止反应；反应方程式：coo+h2so4＝coso4+h2o，lio2+2h2so4＝li(so4)2+2h2o，经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)和低酸浸出渣；
s3：高酸浸出，将低酸浸出渣：纯净水按体积比1：6的量加入至低酸浸出渣和纯净水的浸出槽中，开启搅拌，保持搅拌速度为(80～120r)/min，再通过导流管按(50l～80l)/min的流量把无机酸(硫酸)，控制初始硫酸的浓度为8n，在温度80～90℃的条件下进行反应4～5h，当终点酸度2.5-3n时，则停止反应；反应方程式：coo+h2so4＝coso4+h2o，经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)和高酸浸出(co2o3)渣；
s4：沉钴，按硫酸钴溶液：碳酸氢铵(饱和溶液)体积比＝1：1.2的量加入，沉钴槽内，打开蒸汽阀门，控制反应温度50-60℃，当碳酸氢铵与钴离子发生反应30-40分钟后，反应方程式：coso4+2nh4hco3→coco3+(nh4)2so4+h2o+co2↑，形成的碳酸钴沉淀，经过离心机迅速过滤，以使锂呈絮状物和其它杂质(ca、mg)离子随母液除去，得到的碳酸钴用纯净水洗涤后进入煅烧工序；
s5：煅烧，将高酸浸出渣和洗涤后的碳酸钴一起，将按每15分钟20千克量的速度依次置入(推板窑)煅烧炉中，通过鼓风机控制空气达到一定的流量，经过150℃、350℃、550℃的不同温区下煅烧3-4小时，高酸浸出(co2o3)渣中的钴去水份生成氧化钴及碳酸钴经过高温分解后生成氧化钴，经过振动筛筛分后进行包装成品(co2o3)，反应方程式；4coco3+o2→2co2o3+4co2，同时产生的少量水蒸汽气体通过高空引风系统，达到汽水分离后排放和回收。
以下通过几个实施例来进一步说明本发明的具体实施过程。
实施例1
1)混合：将废钴酸锂原料与纯净水按体积比1：7.5投入带有机械搅拌浆叶的浸出槽中进行搅拌混合1h，获得混合浆液，废钴酸锂原料成分；co55.8％、ni0.06％、mn0.2％、ca0.08％、mg0.06％、li6.5％；
2)低酸浸出：通过导流管按80l/min的流量把无机酸(硫酸)加入至混合浆液中，保持搅拌速度为100r/min，初始硫酸的浓度为3n，同时打开蒸汽阀门，开始升温，在控制温度90℃的条件下进行反应4h，取样分析，当溶液中ph值＝1时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)主要成分(g/l)；co22、ni0.01、mn0.02、ca0.03、mg0.03、li7.5和低酸浸出渣主要成分(g/l)co62.5％、li0.56％；
3)高酸浸出：将低酸浸出渣：纯净水按体积比1：6的量加入至低酸浸出渣和纯净水的浸出槽中，开启搅拌，保持搅拌速度为(80～120r)/min，再通过导流管按80l/min的流量把无机酸(硫酸)，控制初始硫酸的浓度为8n，在温度90℃的条件下进行反应4～5h，当终点酸度2.5n时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴))主要成分(g/l)；co25.2、ni0.05、mn0.04、ca0.04、mg0.05、li0.5和高酸浸出(co2o3)渣co66.2％、li0.1％；
4)沉钴：按硫酸钴溶液：碳酸氢铵(饱和溶液)体积比＝1：1.2的量加入，沉钴槽内，打开蒸汽阀门，控制反应温度50℃，当碳酸氢铵与钴离子发生反应40分钟后，得到的碳酸钴沉淀，经过离心机迅速过滤，以使锂呈絮状物和其它杂质离子随母液主要成分；co0.2、ni0.04、mn0.03、ca0.03、mg0.04、li5.6除去，得到的碳酸钴主要成分；co45.5.2％、li0.1％。用纯净水洗涤后进入煅烧工序；
5)煅烧：将高酸浸出渣和洗涤后的碳酸钴一起，将按每15分钟20千克量的速度依次置入(推板窑)煅烧炉中，通过鼓风机控制空气达到一定的流量，经过150℃、350℃、550℃的不同温区下煅烧3-4小时，高酸浸出(co2o3)渣中的钴去水份生成氧化钴及碳酸钴经过高温分解后生成氧化钴，经过振动筛筛分后进行包装成品(co2o3)，主要成分(％)；co70、ni0.01、(mn、ca、mg、fe<0.005)、li0.1，co回收率98.5％同时产生的少量水蒸汽气体通过高空引风系统，达到汽水分离后排放和回收。
实施例2
1)混合：将废钴酸锂原料与纯净水按体积比1：7投入带有机械搅拌浆叶的浸出槽中进行搅拌混合1h，获得混合浆液。废钴酸锂原料成分：co55.8％、ni0.06％、mn0.2％、ca0.08％、mg0.06％、li6.5％；
2)低酸浸出：通过导流管按50l/min的流量把无机酸(硫酸)加入至混合浆液中，保持搅拌速度为75r/min，初始硫酸的浓度为2.5n，同时打开蒸汽阀门，开始升温，在控制温度80℃的条件下进行反应3.5h，取样分析，当溶液中ph值＝1时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)主要成分(g/l)：co20.5、ni0.03、mn0.03、ca0.02、mg0.04、li7.1和低酸浸出渣主要成分(g/l)co61.5％、li0.72％；
3)高酸浸出：将低酸浸出渣：纯净水按体积比1：5的量加入至低酸浸出渣和纯净水的浸出槽中，开启搅拌，保持搅拌速度为90r/min，再通过导流管按60l/min的流量把无机酸(硫酸)，控制初始硫酸的浓度为7.5n，在温度82℃的条件下进行反应4.5h，当终点酸度2.6n时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴))主要成分(g/l)；co24.5、ni0.03、mn0.02、ca0.03、mg0.04、li0.8和高酸浸出(co2o3)渣co65.6％、li0.25％；
4)沉钴：按硫酸钴溶液：碳酸氢铵(饱和溶液)体积比＝1：1的量加入，沉钴槽内，打开蒸汽阀门，控制反应温度55℃，当碳酸氢铵与钴离子发生反应35分钟后，形成的碳酸钴沉淀，经过离心机迅速过滤，以使锂呈絮状物和其它杂质离子随母液主要成分：co0.26、ni0.05、mn0.04、ca0.05、mg0.05、li5.7除去，得到的碳酸钴主要成分：co45％、li0.25％。用纯净水洗涤后进入煅烧工序；
5)煅烧：将高酸浸出渣和洗涤后的碳酸钴一起，将按每15分钟18千克量的速度依次置入(推板窑)煅烧炉中，通过鼓风机控制空气达到一定的流量，经过150℃、350℃、550℃的不同温区下煅烧3.5小时，高酸浸出(co2o3)渣中的钴去水份生成氧化钴及碳酸钴经过高温分解后生成氧化钴，经过振动筛筛分后进行包装成品(co2o3)，主要成分(％)；co70.2、ni0.03、(mn、ca、mg、fe<0.006)、li0.1，co回收率98％同时产生的少量水蒸汽气体通过高空引风系统，达到汽水分离后排放和回收。
实施例3
1)混合：将废钴酸锂原料：纯净水按体积比1：6.5投入带有机械搅拌浆叶的浸出槽中进行搅拌混合1h，获得混合浆液。废钴酸锂原料成分：co55.8％、ni0.06％、mn0.2％、ca0.08％、mg0.06％、li6.5％；
2)低酸浸出：通过导流管按55l/min的流量把无机酸(硫酸)加入至混合浆液中，保持搅拌速度为80r/min，初始硫酸的浓度为2.5n，同时打开蒸汽阀门，开始升温，在控制温度86℃的条件下进行反应4h，取样分析，当溶液中ph值＝1.5时，则停止反应；，经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)主要成分(g/l)；co20、ni0.02、mn0.01、ca0.02、mg0.03、li6.8和低酸浸出渣主要成分(g/l)co60.5％、li0.78％；
3)高酸浸出：将低酸浸出渣：纯净水按体积比1：5的量加入至低酸浸出渣和纯净水的浸出槽中，开启搅拌，保持搅拌速度为85r/min，再通过导流管按65l/min的流量把无机酸(硫酸)，控制初始硫酸的浓度为7n，在温度88℃的条件下进行反应4h，当终点酸度2.8n时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)主要成分(g/l)；co23.5、ni0.04、mn0.03、ca0.04、mg0.03、li0.9和高酸浸出(co2o3)渣co63％、li0.3％；
4)沉钴：按硫酸钴溶液：碳酸氢铵(饱和溶液)体积比＝1：1.3的量加入，沉钴槽内，打开蒸汽阀门，控制反应温度60℃，当碳酸氢铵与钴离子发生反应36分钟后，形成的碳酸钴沉淀，经过离心机迅速过滤，以使锂呈絮状物和其它杂质离子随母液主要成分；co0.3、ni0.04、mn0.05、ca0.05、mg0.06、li5.9除去，得到的碳酸钴主要成分：co44.5％、li0.2％。用纯净水洗涤后进入煅烧工序；
5)煅烧：将高酸浸出渣和洗涤后的碳酸钴一起，将按每15分钟16千克量的速度依次置入(推板窑)煅烧炉中，通过鼓风机控制空气达到一定的流量，经过150℃、350℃、550℃的不同温区下煅烧4小时，高酸浸出(co2o3)渣中的钴去水份生成氧化钴及碳酸钴经过高温分解后生成氧化钴，经过振动筛筛分后进行包装成品(co2o3)，主要成分(％)；co69.2、ni0.04、(mn、ca、mg、fe<0.005)、li0.15，co回收率97.9％同时产生的少量水蒸汽气体通过高空引风系统，达到汽水分离后排放和回收。
实施例4
1)混合：将废钴酸锂原料：纯净水按体积比1：8投入带有机械搅拌浆叶的浸出槽中进行搅拌混合1h，获得混合浆液。废钴酸锂原料成分；co55.8％、ni0.06％、mn0.2％、ca0.08％、mg0.06％、li6.5％；
2)低酸浸出：通过导流管按70l/min的流量把无机酸(硫酸)加入至混合浆液中，保持搅拌速度为85r/min，初始硫酸的浓度为2n，同时打开蒸汽阀门，开始升温，在控制温度90℃的条件下进行反应2h，取样分析，当溶液中ph值＝1时，则停止反应；，经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴)主要成分(g/l)；co19.8、ni0.03、mn0.02、ca0.03、mg0.04、li6和低酸浸出渣主要成分(g/l)co59.5％、li0.8％；
3)高酸浸出：将低酸浸出渣：纯净水按体积比1：5.5的量加入至低酸浸出渣和纯净水的浸出槽中，开启搅拌，保持搅拌速度为88.5r/min，再通过导流管按70l/min的流量把无机酸(硫酸)，控制初始硫酸的浓度为7.5n，在温度90℃的条件下进行反应4.5h，当终点酸度3n时，则停止反应；经过压滤机进行液固分离，获得浸出溶液(硫酸钴))主要成分(g/l)；co22.4、ni0.03、mn0.04、ca0.02、mg0.02、li1和高酸浸出(co2o3)渣co62.5％、li0.4％；
4)沉钴：按硫酸钴溶液：碳酸氢铵(饱和溶液)体积比＝1：1.4的量加入，沉钴槽内，打开蒸汽阀门，控制反应温度54℃，当碳酸氢铵与钴离子发生反应38分钟后，形成的碳酸钴沉淀，经过离心机迅速过滤，以使锂呈絮状物和其它杂质离子随母液主要成分：co0.1、ni0.03、mn0.04、ca0.04、mg0.06、li5.6除去，得到的碳酸钴主要成分：co43.5％、li0.5％。用纯净水洗涤后进入煅烧工序；
5)煅烧：将高酸浸出渣和洗涤后的碳酸钴一起，将按每15分钟19千克量的速度依次置入(推板窑)煅烧炉中，通过鼓风机控制空气达到一定的流量，经过150℃、350℃、550℃的不同温区下煅烧4小时，高酸浸出(co2o3)渣中的钴去水份生成氧化钴及碳酸钴经过高温分解后生成氧化钴，经过振动筛筛分后进行包装成品(co2o3)，主要成分(％)：co69.6、ni0.05、(mn、ca、mg、fe<0.006)、li0.18，co回收率98％同时产生的少量水蒸汽气体通过高空引风系统，达到汽水分离后排放和回收。
综上所述：本发明是利用废钴酸锂原料具有含钴量高(co50-60％)其它杂质金属低(ca0.1-0.03％、mg0.1-0.05％)的特点，快速、简便制备氧化钴产品的一种方法，其能够有效地实现从废钴酸锂原料中分别进行二段选择性浸出钴金属离子的同时除去其它金属杂质，得到纯度高的钴离子溶液，经过用碳酸氢铵沉淀后合并浸出渣经过煅烧等工序得到氧化钴产品，该工艺的实施，不但在处理废钴酸锂原料时，不使用还原剂，避免了硫酸还原浸出时产生二氧化硫气体的风险，同样也减少了化学沉淀除杂和有机萃取深度除杂质等工序，有效地缩短了生产流程和降低了生产成本，并且，浸出工艺简单，技术条件稳定可靠，钴回收率高，经济效益显著，实践证明，设备简单，不产生有害气体，劳动条件好，成本较低，合理易行。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。