Технический университет УГМК, Верхняя Пышма, Россия:

П. А. Козлов, заместитель директора по науке, докт. техн. наук, эл. почта: p.kozlov@tu-ugmk.com

ПАО «Челябинский цинковый завод», Челябинск, Россия:

В. Ю. Несмелов, начальник инженерного центра, канд. техн. наук

Институт металлургии УрО РАН, Екатеринбург, Россия:

Д. П. Ординарцев, старший научный сотрудник, канд. техн. наук, эл. почта: denis_ordinartsev@mail.ru

Представлено решение, позволяющее извлечь кобальт из цинк-кобальтового кека. Исходная концентрация кобальта в кеке составляет около 0,3 % (мас.), а согласно данным рентгенофазового анализа (РФА) основная кобальтсодержащая фаза — это сульфат кобальта (II). При исследовании поверхности шлифа цинк-кобальтового кека с использованием электронного сканирующего микроскопа определено, что цинк-кобальтовый кек представляет собой неоднородный многофазный материал с многочисленными включениями. На основе этих данных предложено решение, включающее два основных этапа: первый — сернокислотное выщелачивание, второй — корректировка рН раствора и осаждение кобальта 1-нитрозо-2-нафтолом. В качестве основного реагента для выщелачивания кобальта из цинк-кобальтового кека выбрали серную кислоту. Это обусловлено тем, что растворы серной кислоты не мешают процессу электролиза и не требуют больших ресурсных затрат на их утилизацию. Для выбора условий выщелачивания, позволяющих достичь наибольшей степени извлечения, варьировали два наиболее важных параметра — концентрацию серной кислоты и температуру. Стоить отметить, что водное выщелачивание позволяет добиться степени извлечения кобальта на уровне 30 %, что говорит о присутствии водорастворимых соединений кобальта. На этапе сернокислотного выщелачивания удалось достичь степени извлечения кобальта 91,3 % (мас.) и сконцентрировать кобальт относительно меди и цинка. Осаждение кобальта из раствора выщелачивания проводили натриевой солью 1-нитрозо-2-нафтола, при этом использовали свойство кобальта образовывать малорастворимые комплексы с этим реагентом. 1-нитрозо-2-нафтол также образует комплексы с Cu, Zn, Ni, Cd, Pb, но при взаимодействии с кобальтом этот реагент формирует наиболее устойчивые комплексные соединения, которые образуют ярко-красный нерастворимый в воде осадок. Установлено, что 1-нитрозо-2-нафтолат кобальта не растворяется даже в растворах сильных минеральных кислот, тогда как комплексы других металлов в этих же условиях достаточно легко растворимы. Поэтому для удаления примесей других металлов из осажденного комплекса кобальта с 1-нитрозо-2-нафтолом его промывали растворов соляной кислоты, именно этот этап позволил получить на выходе товарный продукт оксид кобальта Co3O4 высокой степени чистоты, соответствующий марке КО-1 по ГОСТ 18671–73. В результате проведенных исследований разработана принципиальная технологическая схема с учетом всех этапов процесса и возможностью получения на выходе кобальтового концентрата.

1. Zeng X., Li J., Shen B. Novel approach to recover cobalt and lithium from spent lithium-ion battery using oxalic acid // Journal of hazardous materials. 2015. Vol. 295. P. 112–118.
2. Pagnanelli F., Moscardini E., Altimari P. et al. Cobalt products from real waste fractions of end of life lithium ion batteries // Waste Management. 2016. Vol. 51. P. 214–221.
3. Das B., Choudhary R., Skomski R., Balasubramanian B., Pathak A. K. et al. Anisotropy and orbital moment in Sm – Co permanent magnets // Physical Review B. 2019. Vol. 100. 024419.
4. Бирюков В. Лазерное упрочнение и легирование сталей // Фотоника. 2011. № 3. С. 34–37.
5. Никель Урала. Пути развития / Материалы круглого стола. — Екатеринбург : Уральский федеральный ун-т, 2013. — 73 с.
6. Crundwell F., Moats M., Ramachandran V. et al. Extractive Metallurgy of Nickel, Cobalt and Platinum Group Metals. 2011. — 583 p.
7. Паньшин А. М., Видуецкий М. Г., Козлов Д. А., Ивакин Д. А. Использование флотации цинковых кеков в аппаратах колонного типа для повышения эффективности вельц-процесса // Цветные металлы. 2015. № 5. С. 59–64.
8. Козлов П. А., Казанбаев Л. А., Затонский В. А., Травкин В. Ф. Экстракционно-электролизные методы переработки цинкового сырья. — М. : Руда и металлы, 2008. — 269 с.
9. Казанбаев Л. А., Козлов П. А., Кубасов В. Л., Колесников А. В. Гидрометаллургия цинка (очистка растворов и электролиз). — М. : Руда и Металлы, 2006. — 176 с.
10. Le Bail A., Duro H., Fourquet J. L. Ab-initio structure determination of LiSbWO6by X-ray powder diffraction // Materials Research Bulletin. Vol. 23, Iss. 3. Р. 447—452.
11. Yun J., Choi H. Micellar colorimetric determination of iron, cobalt, nickel and copper using 1-nitroso-2-naphthol // Talanta. 2000. Vol. 52, No. 5. P. 893–902.
12. Chen X., Chen Y., Zhou T., Liu D., Hu H. et al. Hydrometallurgical recovery of metal values from sulfuric acid leaching liquor of spent lithium-ion batteries // Waste Management. 2015. Vol. 38, Iss. 1. P. 349–356.
13. Krasheninin A. G., Khalezov B. D., Bornovolokov A. S., Ordinartsev D. P. Technology for Extracting Manganese from Vanadium Converter Slag After Leaching Vanadium // Metallurgist. 2019. Vol. 63, Iss. 5. P. 534–542.
14. Kolthoff I. M., Jacobsen E. The Composition and Formation of Cobalt Complexes with 1-Nitroso-2-naphthol // Journal of the American Chemical Society. 1957. Vol. 79, No. 14. P. 3677–3681.
15. Kazanbaev L. A., Kozlov P. A., Kolesnikov A. V., Ivakin D. A. Wear of basic refractories in the lining of Waelz kilns in the production of zinc // Refractories and Industrial Ceramics. 2004. Vol. 45, Iss. 4. P. 225–227.
16. Yakornov S. A., Pan’shin A. M., Grudinsky P. I. et al. Thermodynamic analysis of zinc ferrite decomposition in electric arc furnace dust by lime // Russian journal of non-ferrous metals. 2017. Vol. 58, Iss. 6. P. 586–590.
17. ГОСТ 18671–73. Кобальта окись. Технические условия (с Изм. № 1, 2, 3, 4). — Введ. 01.01.1975.