我國(guó)鈷冶煉工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

董愛(ài)國(guó)，張 陽(yáng)

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 引言

鈷具有良好的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，在制造合金、磁性材料、鋰離子電池和催化劑等工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，尤其近年來(lái)隨著鋰離子電池技術(shù)和生產(chǎn)的迅速發(fā)展，帶動(dòng)了鈷消費(fèi)的快速增長(zhǎng)，電池行業(yè)已成為鈷的最大消費(fèi)領(lǐng)域。2021年，全球鈷消費(fèi)量超過(guò)15萬(wàn)t，其中鋰電池行業(yè)占比超過(guò)60%，并且該比例還在持續(xù)提高。我國(guó)2021年鈷金屬消費(fèi)量超過(guò)8萬(wàn)t，主要應(yīng)用在鋰電池、硬質(zhì)合金、高溫合金、磁性材料、催化劑等制造領(lǐng)域，其中鋰離子電池的鈷產(chǎn)品消費(fèi)量占比超過(guò)80%。目前我國(guó)鈷產(chǎn)量、消費(fèi)量均居世界第一，已經(jīng)是名符其實(shí)的鈷的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)[1]。

據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì),目前全球探明鈷礦儲(chǔ)量760萬(wàn)t。鈷礦資源分布極度不均，高度集中在剛果(金)、澳大利亞、印尼、古巴等國(guó)，約占世界鈷儲(chǔ)量的85%，其中剛果(金)的鈷礦資源儲(chǔ)量占到全球總量的一半(約52%)[2]；我國(guó)的鈷資源非常貧瘠，全國(guó)鈷資源儲(chǔ)量約8萬(wàn)t，約占全球陸地鈷資源儲(chǔ)量的約1%，主要分布在甘肅、青海、山東、云南、四川、海南、山西、新疆等省[3]。從中國(guó)的鈷資源特點(diǎn)來(lái)看，鈷主要存在于銅鎳硫化礦中，絕大多數(shù)是伴生礦，品位較低，主要作為副產(chǎn)品加以回收。近年來(lái)，我國(guó)鈷的產(chǎn)量和消費(fèi)量大幅增長(zhǎng)，援引安泰科數(shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)精煉鈷(包括電解鈷、鈷粉、鈷鹽等，折金屬量)產(chǎn)量12.8萬(wàn)t，同比增長(zhǎng)26.7%，在全球產(chǎn)量占比為70%左右。鈷原料更是依賴(lài)于進(jìn)口，2021中國(guó)鈷原料進(jìn)口總量9萬(wàn)t(金屬量)，主要從非洲進(jìn)口，以銅鈷氧化礦、銅鈷硫化礦、鈷鹽和鈷合金為主[4]。

隨著國(guó)外鈷原料的不斷開(kāi)發(fā)和引進(jìn)以及鋰離子電池行業(yè)的迅猛發(fā)展，我國(guó)千噸級(jí)鈷冶煉廠(chǎng)不斷建成和投產(chǎn)，鈷加工能力增長(zhǎng)迅速，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全國(guó)已有鈷冶煉企業(yè)30多家，遍布江西、浙江、江蘇、甘肅、湖南、湖北、廣東、廣西、四川等省，企業(yè)數(shù)量上已居世界第一。

本文對(duì)鈷氧化物、鈷合金及鈷硫化物的冶煉工藝及裝備進(jìn)行闡述和總結(jié)，并對(duì)目前鈷冶煉存在的主要問(wèn)題進(jìn)行梳理，鈷冶煉的發(fā)展進(jìn)行展望。

1 鈷冶煉工藝

盡管目前我國(guó)的鈷產(chǎn)量已居世界第一，生產(chǎn)的鈷產(chǎn)品基本包括了所有無(wú)機(jī)鈷產(chǎn)品，但相對(duì)來(lái)講，大部分企業(yè)產(chǎn)品品種較為單一，除了個(gè)別幾家生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品較齊全，包含了鋰離子電池用三元材料、四氧化三鈷、氧化鈷、金屬鈷粉和碳酸鈷、草酸鈷等鈷鹽外，其余企業(yè)一般只生產(chǎn)一到兩種產(chǎn)品，且產(chǎn)品質(zhì)量及物理性能指標(biāo)與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相比，還存在著一定的差距。受資源、環(huán)保、能源及市場(chǎng)等諸多因素的影響與制約，許多企業(yè)已經(jīng)在傳統(tǒng)鈷產(chǎn)品上基本沒(méi)有利潤(rùn)，只有開(kāi)發(fā)或引進(jìn)鈷新材料產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

目前鈷冶煉廠(chǎng)處理的鈷原料主要為鈷氧化物(碳酸鈷、氫氧化鈷、水鈷礦、鈷渣等)、鈷硫化物(硫化銅鈷礦、硫化鎳鈷礦等)和鈷合金(紅合金、白合金、鈷銅锍等)3大類(lèi)。雖然目前也有部分企業(yè)利用二次鈷物料(如廢電池、催化劑等)回收鈷、鎳等有價(jià)金屬，但其冶煉工藝也只有在原料預(yù)處理及沉淀除雜方法上略有不同，浸出及萃取工藝與上述三類(lèi)原料處理工藝基本相同，不作為本文探討內(nèi)容。

目前現(xiàn)有鈷冶煉廠(chǎng)雖然冶煉工藝繁多，但總體來(lái)講以濕法冶煉工藝為主，主體工藝類(lèi)似，只是在原料處理及浸出和鈷產(chǎn)品制備工藝上有所差別，原料處理及浸出工藝的選擇取決于原料性質(zhì)，鈷產(chǎn)品制備工藝的選擇取決于市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的需求。3類(lèi)原料冶煉工藝具體見(jiàn)圖1和圖2，圖1中鈷硫化物為鈷、銅、硫含量較高原料，圖2為低鈷硫化物聯(lián)合冶煉工藝流程。

圖1 鈷濕法冶煉主要工藝流程

圖2 低鈷硫化物聯(lián)合冶煉工藝流程

1.1 鈷氧化物冶煉

1.1.1 工藝特點(diǎn)

鈷氧化物為目前我國(guó)鈷冶煉廠(chǎng)處理的主要原料，冶煉工藝比較具有代表性。此類(lèi)原料中一般含鎳較少，主要是回收其中的有價(jià)金屬鈷和銅。為了達(dá)到理想的浸出效果，該類(lèi)銅鈷氧化礦或水鈷礦在浸出前先進(jìn)行球磨，浸出過(guò)程一般分兩段進(jìn)行，一段在常溫下主要浸出原料中銅和二價(jià)鈷，二段通過(guò)蒸汽加溫至70～80 ℃，并加入SO2或亞硫酸鹽作為還原劑進(jìn)行還原性浸出，溶出原料中的三價(jià)鈷和一段未溶出的銅；浸出液除鐵方法則需根據(jù)每個(gè)企業(yè)原料特點(diǎn)、整個(gè)工藝流程及項(xiàng)目所在地環(huán)保要求等情況綜合考慮，一般采用中和沉淀法、針鐵礦法或黃鈉鐵釩法。

提取銅工藝一般采用萃取-電積工藝生產(chǎn)陰極銅，根據(jù)原料及工藝特點(diǎn)，分高銅萃取、低銅萃取或高低銅串并聯(lián)萃取工藝，一般設(shè)萃取1～2級(jí)、洗滌1級(jí)、反萃1～2級(jí)；當(dāng)鈷原料中銅含量較少時(shí)，一般不設(shè)銅萃取工序，直接進(jìn)行P204萃取除雜，銅以中間產(chǎn)品形式回收。

我國(guó)鈷冶煉廠(chǎng)通常采用P204萃取劑進(jìn)行萃取除雜，在進(jìn)行P204萃取前，有些設(shè)有氟化物除鈣鎂工序，對(duì)保障后續(xù)P204萃取順利進(jìn)行比較有利，但存在生產(chǎn)廢水難處理、環(huán)保壓力大等問(wèn)題。若無(wú)該工序，原料中帶入的鈣或生產(chǎn)過(guò)程中加入的含鈣物質(zhì)在萃取箱和管路中易形成石膏結(jié)晶、結(jié)垢，對(duì)萃取設(shè)備及生產(chǎn)帶來(lái)較大影響，增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了設(shè)備利用率，且生產(chǎn)操作環(huán)境較差；近些年實(shí)施的鈷冶煉項(xiàng)目多采用帶錐底萃取箱，可以顯著緩解上述鈣鎂結(jié)垢物對(duì)生產(chǎn)及萃取設(shè)備的影響。根據(jù)體系中雜質(zhì)含量設(shè)定不同的萃取級(jí)數(shù)進(jìn)行梯級(jí)萃取，細(xì)分為萃取段、洗滌段、反萃段和皂化段，根據(jù)皂化體系和廢水處理工藝的特點(diǎn)部分企業(yè)萃取設(shè)有轉(zhuǎn)皂段；萃取級(jí)數(shù)需根據(jù)原料中的錳、銅、鋅、鈣等雜質(zhì)含量確定，可選擇鹽酸或硫酸溶液對(duì)有機(jī)相進(jìn)行洗滌、反萃；企業(yè)一般采用氫氧化鈉溶液對(duì)有機(jī)相進(jìn)行皂化，個(gè)別企業(yè)采用稀氨水皂化。采用鈉皂工藝，皂化率較氨皂略高，但后續(xù)廢水處理壓力較大，采用氨皂工藝，需對(duì)系統(tǒng)氨濃度進(jìn)行有效控制，否則極易引起銨鹽結(jié)晶堵塞設(shè)備及管道，并需設(shè)有銨鹽回收裝置。

工業(yè)上鎳鈷分離常采用的萃取劑主要為P507和Cyanex 272萃取劑[5-13]，國(guó)內(nèi)個(gè)別生產(chǎn)企業(yè)曾采用Cyanex 272萃取劑，雖然該類(lèi)萃取劑鎳鈷分離系數(shù)較高，但由于價(jià)格較貴，從降低生產(chǎn)成本方面考慮，逐漸換成了P507萃取劑。P507鎳鈷分離萃取一般為30級(jí)左右，也可根據(jù)自身原料特點(diǎn)和工藝要求，設(shè)置40多級(jí)，細(xì)分為萃取段、洗滌段、反萃段和皂化段，有些設(shè)有轉(zhuǎn)皂段；采用鈉皂或氨皂工藝對(duì)有機(jī)進(jìn)行皂化，萃余液和轉(zhuǎn)皂液送廢水處理或回收銨鹽。富載有機(jī)相利用硫酸或鹽酸溶液反萃，制備成要求鈷濃度的硫酸鈷或氯化鈷溶液。

P507萃取所得硫酸鈷或氯化鈷溶液在生產(chǎn)電鈷或電池材料等鈷產(chǎn)品前，需進(jìn)一步的深度凈化，除去溶液中微量的鐵、銅、鋅等雜質(zhì)。目前國(guó)內(nèi)鈷冶煉廠(chǎng)基本采用溶劑萃取工藝，取代以前的化學(xué)法加樹(shù)脂吸附工藝，根據(jù)溶液成分和產(chǎn)品雜質(zhì)含量要求設(shè)置合理的萃取級(jí)數(shù)，萃取劑一般采用P204萃取劑。

1.1.2 產(chǎn)品特點(diǎn)

我國(guó)鈷產(chǎn)品大部分應(yīng)用于鋰離子電池行業(yè)，除了金川集團(tuán)股份有限公司、浙江華友鈷業(yè)股份有限公司等幾家企業(yè)生產(chǎn)少量電鈷，南京寒銳鈷業(yè)股份有限公司生產(chǎn)5 000 t/a金屬鈷粉外，其他企業(yè)主要以生產(chǎn)硫酸鈷、四氧化三鈷和三元鋰離子電池材料為主，即使生產(chǎn)碳酸鈷、草酸鈷或氫氧化鈷等產(chǎn)品，也主要作為生產(chǎn)電池材料的中間產(chǎn)品，生產(chǎn)工藝相對(duì)比較簡(jiǎn)單。除了生產(chǎn)三元前驅(qū)體材料及硫酸鈷結(jié)晶產(chǎn)品采用硫酸鈷溶液外，其他鈷產(chǎn)品的生產(chǎn)一般采用精制氯化鈷溶液。

國(guó)內(nèi)鈷電積工藝普遍采用鹽酸體系[14]，電流密度為300～400 A/m2，電積過(guò)程中產(chǎn)生的氯氣采用堿液吸收后制備成次氯酸鹽副產(chǎn)品外售，但市場(chǎng)較小。雖然國(guó)內(nèi)有些企業(yè)正在積極尋求將氯氣回收再利用的方法，但由于存在著技術(shù)及安全等方面風(fēng)險(xiǎn)，尚未工業(yè)化應(yīng)用。硫酸鈷溶液電積生產(chǎn)金屬鈷工藝近年來(lái)在我國(guó)個(gè)別冶煉廠(chǎng)已成功應(yīng)用，但其電鈷質(zhì)量性能方面較鹽酸體系電鈷尚有一些差距。

1.1.3 產(chǎn)品制備方法

目前我國(guó)鈷產(chǎn)量近80%應(yīng)用于鋰離子電池行業(yè)，鈷冶煉廠(chǎng)的產(chǎn)品以硫酸鈷、四氧化三鈷和三元材料或前驅(qū)體為主。四氧化三鈷制備主要有以下幾種方法。

1)沉淀鈷鹽煅燒法。該方法為目前我國(guó)生產(chǎn)四氧化三鈷的主要方法，將草酸鈷、碳酸鈷或氫氧化鈷煅燒成四氧化三鈷，再粉碎分級(jí)。該方法工藝簡(jiǎn)單，操作指標(biāo)好控制，但相對(duì)流程較長(zhǎng)，生產(chǎn)成本較高。

2)噴霧熱分解法。該方法實(shí)質(zhì)是一個(gè)熱水解反應(yīng)，即CoCl2溶液經(jīng)過(guò)預(yù)濃縮后送至噴霧熱分解爐，溶液所含水被蒸發(fā)的同時(shí)，氯化鈷和空氣中的氧發(fā)生高溫?zé)峤夥磻?yīng)生成四氧化三鈷和氯化氫氣體，分解溫度300～800 ℃，反應(yīng)生成的四氧化三鈷在反應(yīng)器底部收集，氣體經(jīng)文丘里洗滌、降溫、預(yù)濃縮后用水吸收后循環(huán)至萃取工序使用。目前，我國(guó)部分有實(shí)力的鈷冶煉企業(yè)正在積極應(yīng)用該工藝進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，該工藝具有生產(chǎn)效率高、制造成本較低和可實(shí)現(xiàn)HCl循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，但存在投資高、操作難度大、產(chǎn)品指標(biāo)難控制等缺點(diǎn)。

3)結(jié)晶鈷鹽直接煅燒法。該方法將硫酸鈷直接煅燒成四氧化三鈷，再粉碎分級(jí)。該方法工藝簡(jiǎn)單，但生產(chǎn)效率低(硫酸鹽分解時(shí)間長(zhǎng))，且產(chǎn)生的廢氣難治理，目前很少生產(chǎn)企業(yè)采用該工藝。

4)濕法合成法。該方法利用鈷鹽溶液與堿液在高壓反應(yīng)釜中直接合成四氧化三鈷，雖然有利于控制產(chǎn)品中雜質(zhì)含量，但存在產(chǎn)品形貌差、粒度難控制等缺點(diǎn)，而且其他物理指標(biāo)也難有突破。目前未見(jiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)采用該工藝的報(bào)道，只有在日本某些企業(yè)采用此工藝。

雖然近幾年四氧化三鈷的制備又出現(xiàn)了水熱法、還原氧化法等新工藝，但均未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

三元材料制備方法主要有高溫固相法、共沉淀法、溶膠凝膠法、噴霧熱解法、微波合成法等，工業(yè)化應(yīng)用最多的為共沉淀法。共沉淀法分為直接共沉淀法和間接共沉淀法，前者是將鋰鹽與鎳、鈷、錳的鹽共沉淀，干燥后直接高溫?zé)Y(jié)；后者是先配制鎳、鈷、錳鹽溶液，加入沉淀劑得到三元混合共沉淀前驅(qū)體，干燥后再與鋰鹽混合燒結(jié)。間接共沉淀法最終產(chǎn)品形貌和粒徑分布更好控制，產(chǎn)品均勻性、一致性更好保證，燒結(jié)溫度和時(shí)間可大幅降低，為目前生產(chǎn)企業(yè)主要生產(chǎn)工藝。

1.2 鈷合金冶煉工藝

鈷合金冶煉工藝分為全濕法冶煉工藝和火法+濕法聯(lián)合冶煉工藝。鈷合金粒度較大，直接浸出不僅時(shí)間長(zhǎng)，而且浸出效果也不理想，一般先將合金細(xì)化后再浸出，2種工藝主要區(qū)別在于前期細(xì)化處理工序，全濕法冶煉工藝一般先采用特制球磨機(jī)將合金磨細(xì)，聯(lián)合冶煉工藝是采用電爐將合金熔化，熔煉溫度1 200～1 600 ℃，再高壓水霧化，制成粒度-150 目(1)-150目表示不大于0.165 mm。的合金細(xì)粉，然后送酸性氧化浸出工序。

國(guó)內(nèi)某些冶煉企業(yè)曾采用鹽酸和硫酸混酸體系浸出鈷合金，該方法雖然能夠達(dá)到較高的有價(jià)金屬浸出率，但由于該工藝操作條件較差，對(duì)設(shè)備防腐要求較高，且銅萃取回收和廢水處理等方面存在一定問(wèn)題，現(xiàn)已基本不再采用。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)眾多鈷冶煉企業(yè)正積極開(kāi)發(fā)更加經(jīng)濟(jì)合理的硫酸浸出鈷合金工藝及方法，探索出了2種工藝路線(xiàn)。一種是利用特制的合金溶出設(shè)備浸出工藝，采用如微泡溶出槽或滾筒溶出槽等設(shè)備，主要目的是增加合金表面與氧的接觸概率，提高金屬溶解效率，但由于存在能耗高、設(shè)備利用效率低和難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化等問(wèn)題，未在大規(guī)模生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。另一種是兩段選擇性氧化浸出工藝，一段常壓氧化浸出合金中的鈷和鐵，二段常壓氧化浸出銅和剩余的鈷和鐵，二段浸出終點(diǎn)酸度略高；二段浸出也可采用氧壓強(qiáng)化浸出工藝，浸出溫度一般140～160 ℃，通入濃度大于98%的氧氣，控制釜內(nèi)壓力0.5～1.0 MPa，浸出時(shí)間較常壓浸出可大大縮短，一般浸出時(shí)間小于120 min。第二段采用氧壓強(qiáng)化浸出工藝浸出速度更快，有價(jià)金屬浸出率及自動(dòng)化程度更高(較常壓兩段浸出高3%～5%)，浸出釜一般為鋼襯鈦材質(zhì)。浸出后液可采用與鈷氧化物濕法冶煉工藝基本相同的凈化工藝處理，也可先采用赤鐵礦工藝除去其中的大部分鐵離子，再進(jìn)行后續(xù)的凈化處理。

1.3 鈷硫化物冶煉工藝

根據(jù)原料特點(diǎn)以及環(huán)保要求等因素，該類(lèi)鈷原料冶煉工藝也可分為全濕法冶煉工藝和火法+濕法聯(lián)合冶煉工藝。全濕法冶煉工藝適用于環(huán)保要求高、原料中銅鈷及硫含量較高物料；對(duì)于處理鈷含量較低的銅鈷硫化礦，一般采用聯(lián)合冶煉工藝。

聯(lián)合工藝首先進(jìn)行硫酸化或半硫酸化焙燒，焙燒溫度500～700 ℃，再進(jìn)行焙砂酸性浸出[15]。由于該工藝采用的原料中鈷含量較低，浸出液中鈷含量一般只有2～5 g/L，如直接進(jìn)行除鐵鋁及除鈣鎂，再萃取除雜，存在生產(chǎn)系統(tǒng)大、投資高、試劑消耗大、生產(chǎn)成本高等缺點(diǎn)，故一般先對(duì)溶液進(jìn)行沉鈷富集，再對(duì)沉鈷中間品進(jìn)行二次酸溶，可有效減少體系流量，降低后續(xù)處理設(shè)施投資和生產(chǎn)成本。二次酸溶液中銅、鐵等雜質(zhì)較少，可直接進(jìn)行P204萃取除雜，后續(xù)處理工藝與鈷氧化物濕法冶煉工藝基本相同。該工藝具有設(shè)備簡(jiǎn)單、便于操作及維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，但存在工藝流程長(zhǎng)、有價(jià)金屬回收率低、污染較大、能耗較高等缺點(diǎn)。

對(duì)于進(jìn)口的高品位銅鈷硫化物，采用氧壓直接浸出工藝更加經(jīng)濟(jì)合理。原礦經(jīng)破碎球磨后直接送氧壓浸出釜，并通入濃度大于98%的氧氣，根據(jù)原料中硫含量確定蒸汽或冷卻液加入量，浸出溫度一般控制在160～230 ℃，釜內(nèi)總壓控制在1.0～3.5 MPa，浸出時(shí)間一般為90～180 min，浸出礦漿經(jīng)減壓降溫后送除鐵鋁工段，后續(xù)濕法冶煉工藝與鈷氧化物濕法冶煉工藝基本相同。

該工藝不僅可使原料中的銅、鈷等有價(jià)金屬充分溶出，提高金屬回收率，而且可將主要雜質(zhì)鐵以穩(wěn)定的赤鐵礦形式抑制在渣中，減小了后續(xù)工序負(fù)擔(dān)，同時(shí)具有自動(dòng)化程度高、能耗低、環(huán)保好等優(yōu)點(diǎn)。該工藝也存在一次性投資高、設(shè)備維護(hù)成本高和對(duì)工人操作水平要求較高等缺點(diǎn)。

1.4 典型鈷冶煉工藝技術(shù)條件

根據(jù)上述3類(lèi)鈷原料冶煉工藝特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)典型鈷冶煉工藝技術(shù)條件詳見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)鈷冶煉工藝典型技術(shù)條件

我國(guó)鈷冶煉技術(shù)經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展，已基本形成了一系列成熟可靠的冶煉生產(chǎn)工藝，但總體來(lái)講，鈷冶煉企業(yè)生產(chǎn)能力及裝備水平差別較大，受到地域、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等因素影響，企業(yè)自身的發(fā)展過(guò)程也較為復(fù)雜，許多企業(yè)正不斷改造現(xiàn)有工藝條件，以適應(yīng)處理各種復(fù)雜原料來(lái)維持生產(chǎn)，或積極尋求更加先進(jìn)的冶煉加工技術(shù)，以達(dá)到生存和求發(fā)展的目的。

鈷冶煉工藝的選擇主要取決于原料特點(diǎn)及最終產(chǎn)品的市場(chǎng)需求，目前我國(guó)有些鈷冶煉企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量及技術(shù)指標(biāo)同比已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但還有部分企業(yè)仍然較為落后、生產(chǎn)裝備比較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益不是十分理想。

目前我國(guó)鈷冶煉技術(shù)以濕法冶煉工藝為主，并逐漸取代火法+濕法聯(lián)合冶煉工藝，尤其是處理銅鈷共生礦或鎳鈷共生礦，采用全濕法處理工藝，不僅縮短了工藝流程，降低了生產(chǎn)成本，提高了有價(jià)金屬回收率，解決了火法冶煉中廢氣處理及環(huán)保等問(wèn)題，而且同時(shí)將原料中的銅、鎳等有價(jià)金屬以陰極銅、精制硫酸鎳等高品質(zhì)產(chǎn)品形式加以回收。

2 鈷冶煉裝備

鈷冶煉裝備水平的現(xiàn)代化、高效化、自動(dòng)化是企業(yè)發(fā)展的必由之路，也是企業(yè)整體技術(shù)水平的重要表現(xiàn)。近年來(lái)，隨著我國(guó)綜合國(guó)力的增強(qiáng)和鈷冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，鈷冶煉企業(yè)的整體裝備水平得到迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在設(shè)備大型化更加成熟可靠、自動(dòng)化程度更高、所需勞動(dòng)力更少、生產(chǎn)操作系統(tǒng)及勞動(dòng)環(huán)境更人性化等方面。生產(chǎn)企業(yè)自主研發(fā)水平在不斷提升，從工藝源頭上改善了生產(chǎn)系統(tǒng)，使鈷冶煉設(shè)備更加節(jié)能、可靠、安全與環(huán)保。

2.1 浸出設(shè)備

鈷氧化物有價(jià)金屬溶出設(shè)備以常壓平底攪拌浸出槽為主，一般為混凝土襯磚或鋼襯膠襯磚材質(zhì)，且逐漸向設(shè)備大型化方向發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)銅鈷礦浸出槽單臺(tái)體積已超100 m3，且已十分成熟、可靠；二段還原浸出槽如果底部設(shè)SO2氣體分布裝置，則以保證氣體在礦漿中分布的均勻性與防止礦漿堵塞氣體分布孔為關(guān)鍵點(diǎn)。

鈷硫化物有價(jià)金屬溶出的主要設(shè)備為氧壓浸出釜，釜體一般為鋼殼內(nèi)襯耐酸磚或鋼鈦復(fù)合板材質(zhì)，釜體上設(shè)有支撐鞍座、進(jìn)料管、進(jìn)氣管、排料管、排氣管、人孔及攪拌等裝置，釜體一般為臥式結(jié)構(gòu)形式，采用耐酸磚或金屬板將釜內(nèi)隔成若干隔室，礦漿從釜體一端送入，逐級(jí)流至釜另一端后排出，目前我國(guó)鈷硫化礦浸出釜單臺(tái)體積已達(dá)200 m3。

鈷合金有價(jià)金屬溶出設(shè)備主要有常壓浸出槽和氧壓浸出釜，生產(chǎn)規(guī)模較大企業(yè)采用類(lèi)似設(shè)備，生產(chǎn)規(guī)模較小企業(yè)采用立式攪拌釜。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)某些設(shè)備廠(chǎng)家已研發(fā)出幾種特殊的合金溶出設(shè)備，如微泡溶出槽、滾筒溶出槽、合金電溶解槽等，但由于存在能耗高、設(shè)備利用效率低等缺點(diǎn)，尚未在大規(guī)模生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

2.2 萃取設(shè)備

鈷冶煉除雜工藝核心設(shè)備為萃取裝置，目前國(guó)內(nèi)主要采用混合-澄清式萃取箱，還有多種新型萃取裝備。新型萃取設(shè)備以全界面萃取裝置、中速離心萃取設(shè)備和微混閃萃裝置為代表，豐富了鈷冶煉萃取設(shè)備的種類(lèi)，為個(gè)別企業(yè)差異化配置提供了更多選擇。但混合-澄清式萃取箱依然是目前我國(guó)鈷冶煉企業(yè)所采用主流萃取裝置，其具有制作加工成熟可靠、生產(chǎn)操作及維護(hù)簡(jiǎn)單、一次性投資小、節(jié)約投資等優(yōu)點(diǎn)。

混合-澄清式萃取箱一般采用層壓或擠壓PVC板材現(xiàn)場(chǎng)焊接而成，也有采用玻璃鋼或混凝土襯玻璃鋼材質(zhì)；混合室為圓形或方形，帶有水相、有機(jī)相管口和混合攪拌裝置，底部一般設(shè)有潛室；澄清室內(nèi)設(shè)有格柵板和溢流堰等裝置，澄清室有淺池式和深池式兩種。為了解決硫酸鹽系統(tǒng)在P204萃取過(guò)程中鈣鎂結(jié)垢物對(duì)生產(chǎn)操作的影響，國(guó)內(nèi)某設(shè)計(jì)單位已成功開(kāi)發(fā)出一種在混合室和澄清室底部設(shè)置錐形排料斗和排料管的新型萃取箱，可根據(jù)生產(chǎn)情況靈活排出鈣鎂結(jié)垢物，大幅提高了生產(chǎn)效率和設(shè)備使用率，改善了生產(chǎn)操作環(huán)境。

總之，溶出和萃取設(shè)備的選擇以高效、節(jié)能、安全、環(huán)保、投資小和易于操作及維護(hù)為原則。

3 鈷冶煉存在的主要問(wèn)題及建議

我國(guó)鈷冶煉行業(yè)經(jīng)過(guò)近幾年的快速發(fā)展，冶煉工藝日趨成熟，但面臨著產(chǎn)能過(guò)剩、資源短缺、能耗高、環(huán)保壓力大、產(chǎn)品性能指標(biāo)較低等一系列問(wèn)題。

1)產(chǎn)能過(guò)剩。目前我國(guó)鈷產(chǎn)能已超10萬(wàn)t/a，同時(shí)隨著國(guó)外銅鈷礦的不斷開(kāi)發(fā)利用以及紅土鎳礦濕法冶煉項(xiàng)目產(chǎn)氫氧化鎳鈷產(chǎn)能的不斷增加，國(guó)內(nèi)冶煉企業(yè)還在努力增加配套的冶煉產(chǎn)能，勢(shì)必影響鈷行業(yè)的健康發(fā)展，因此建議按照規(guī)劃有序科學(xué)發(fā)展，限制鈷冶煉能力的盲目擴(kuò)張。

2)原料過(guò)度依賴(lài)進(jìn)口。原料主要依靠從非洲進(jìn)口，依賴(lài)度過(guò)高，渠道較單一，一旦國(guó)外政府禁止鈷原料或鈷中間品出口，將對(duì)我國(guó)鈷冶煉企業(yè)帶來(lái)顯著沖擊，對(duì)我國(guó)鈷行業(yè)的發(fā)展十分不利。為改變目前狀況，國(guó)內(nèi)鈷冶煉企業(yè)應(yīng)在鈷二次資源循環(huán)利用技術(shù)方面投入更大的資金與精力，研發(fā)出更加先進(jìn)、環(huán)保的鈷冶煉回收技術(shù)，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，積極開(kāi)發(fā)含鈷電池廢料、廢合金、廢催化劑等鈷二次資源回收再利用技術(shù)。目前我國(guó)僅在鋰離子電池上的用鈷量就已超每年6萬(wàn)t，且每年還在以10%的速度增長(zhǎng)，鈷二次資源回收潛力巨大。

3)產(chǎn)品質(zhì)量有待進(jìn)一步提升。國(guó)內(nèi)鈷冶煉企業(yè)眾多，但規(guī)模都普遍較小，雖已形成金川集團(tuán)股份有限公司、浙江華友鈷業(yè)股份有限公司、中偉新材料股份有限公司、格林美股份有限公司等龍頭企業(yè)，在鈷冶煉工藝和鈷新材料技術(shù)上基本做到了與世界同步，但在工藝水平、產(chǎn)品質(zhì)量及性能上依然有提升空間。受經(jīng)濟(jì)大環(huán)境和鈷冶煉行業(yè)自身存在問(wèn)題的影響，中國(guó)鈷行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)優(yōu)勝劣汰、兼并重組時(shí)期，鈷冶煉企業(yè)勢(shì)必努力開(kāi)拓冶煉新工藝、新技術(shù)，從源頭上確保鈷冶煉工藝技術(shù)的領(lǐng)先水平，使產(chǎn)品走向高端化，不斷提升經(jīng)濟(jì)效益，才能長(zhǎng)久持續(xù)發(fā)展，使中國(guó)鈷行業(yè)得到健康發(fā)展，成為真正的世界鈷業(yè)強(qiáng)國(guó)。