真空蒸发脱氯技术在电积钴生产中的应用

doi：5.11.003真空蒸发脱氯技术在电积钴生产中的应用曾辉，丁庆华（金川集团股份有限公司 兰州金川新材料公司，甘肃金昌 737100）摘要：对电积钴真空蒸发技术的原理及应用情况进行论述，总结了新技术在电积钴生产中表现出来优越性和先进性。关键词：电积钴；真空脱氯；蒸发浓缩中图分类号：TF816文献标志码：A文章编号：1007-7545（2015）11-0000-00Application of Vacuum Evaporation Dechlorination Technology in Cobalt ElectrowinningZENG Hui, DING Qing-hua(Lanzhou Jinchuan New Materials Company, Jinchuan Group Co., Ltd., Jinchang 737100, Gansu, China)Abstract：The principle and application of vacuum evaporation technology for cobalt electrowinning were discussed. Superiority and advancement of this novel technology in cobalt production were summarized.Key words：cobalt electrowinning; vacuum dechlorination; evaporation concentration随着溶剂萃取技术的不断发展，不溶阳极电积精炼技术显示出明显的优势，不溶阳极材质、氯气收集、气液分离、真空蒸发、脱氯等技术的开发和应用，使得不溶阳极电积钴的工艺技术日趋成熟，该项技术已经成为钴湿法冶金生产中主要发展方向。但是在不溶阳极电积钴产业化生产过程中，存在两大技术难题，严重制约着电积钴规模化生产，一是阳极液脱氯的问题1-3，脱氯效果不好，阳极液中富含游离态氯，氯气溢出造成现场作业环境差；二是电积钴生产体系体积平衡的问题，体积膨胀导致钴离子浓度失衡，难以维持正常的电积钴生产，严重影响电积钴产品质量。钴产能扩大促进了工艺技术不断进步和发展。真空蒸发、脱氯技术的开发和应用从间断、单罐作业发展到连续、大规模化生产；装备水平从脱氯柱、搪瓷蒸发釜发展到目前的高效脱氯、蒸发器，该套装置将脱氯、蒸发两个工作过程合二为一，彻底解决了体积难以平衡和钴离子浓度贫化严重的问题，并成功应用于电积钴生产实践中，使我国钴氯化精炼工艺技术一跃到世界先进水平。1 真空脱氯、闪蒸的原理气体在液相中的溶解度与该气体在气相中的分压成正比；溶液沸点与气压高低成正比。当氯气在气相中的分压降低后，氯气在液相中的溶解度也就随之下降，大量的氯气溢出与溶液分离4；气压升高，溶液的沸点也升高，气压下降，溶液的沸点就跟着下降，当蒸发器中真空度降低后，溶液沸点降低，过热状态的溶液迅速沸腾、气化，水分快速蒸发而与溶液分离，增加了浓缩溶液中溶质含量，阳极液的浓度提高，同时在一定负压下氯气的溶解度随温度的升高而降低，沸腾状态的溶液有利于溶解氯的脱除5-6。2 真空蒸发脱氯技术在电积钴中的作用钴电积采用的工艺流程是氯化钴溶液电积精炼电钴、阳极液+氯气。产出的一级品电钴外售，阳极液+氯气经多次气液分离脱氯后，阳极液返回体系使用，氯气用氢氧化钠吸收后达标排放。其处理工艺是阳极液+氯气气液分离阳极液真空蒸发、脱氯脱氯后的阳极液+高浓度氯化钴溶液返回电积钴生产体系。真空蒸发、脱氯技术是电积钴生产关键环节，通过该技术处理后阳极液体积缩小、钴浓度增加，溶液中游离态Cl-大幅度降低，酸度降低，生产环境改善，脱氯后的阳极液与高浓度阳极液配液后返回生产体系，确保电积生产过程溶液循环量、pH、钴浓度控制稳定，彻底解决了电积钴产业化技术难题。收稿日期：2015-05-06基金项目：国家“十二五”科技支撑计划项目（2012BAF03B06）；甘肃省重点项目（2041009）作者简介：曾辉(1965-)，男，湖南常德人，高级工程师.3 真空蒸发脱氯工艺过程真空蒸发脱氯装置主要由加热器、真空蒸发器、冷却器和真空泵等4部分组成，采用自动控制生产过程中流量、温度、液位的监测、控制、联锁。含氯气的阳极液进入板式换热器，溶液和蒸汽通过两个相对独立的传热性能良好的板片通道，进行热量传质交换，过热状态溶液进入蒸发器，喷淋至蒸发器中填料层，在真空状态下，同时完成闪蒸浓缩和氯气脱除，浓缩后的阳极液泵送出蒸发器，并通过液位调节系统来控制脱氯蒸发器的液位。蒸发产生的氯气和水蒸气经二次板换冷却器，含氯气的冷凝水从高20 m处自流至氯水槽6，再送至1碱吸收塔。冷凝后的氯气被真空泵抽吸至二次汽水分离器，氯水再次流入氯水槽，送至碱吸收1吸收塔，氯气抽吸至碱吸收工序。脱氯蒸发器内的液位、回流管流量、进液流量、溶液温度、真空度全部采用自动集中控制，以提高蒸发器的使用效率。4 真空脱氯蒸发技术的生产实践真空脱氯、蒸发技术是集蒸发和脱氯两种功能于一身，同时解决了阳极液脱氯效果不佳及溶液体积平衡两大问题。影响到真空蒸发脱氯装置效果的因素较多，主要因素包括溶液温度、pH、脱氯蒸发器液位、真空度等7。4.1 脱氯前阳极液成分及温度蒸发器对阳极液成分要求不严，一般低浓度的阳极液即可。溶液温度对蒸发及脱氯效果有较大影响，含氯气的阳极液经过板式换热器加温至一定温度以后即可满足生产要求。阳极液温度和真空度对脱氯效果的影响如表1所示。表1 温度和真空度对阳极液脱氯的影响Table 1 Effects of temperature and vacuum degree on dechlorination of anolyte温度/真空度/kPa脱氯前阳极液脱氯后阳极液Co/(gL-1)游离氯/(mgL-1)Co/(gL-1)游离氯/(mgL-1)55-5044.828355.789.260-5348.377957.275.465-5548.506758.734.670-6049.857061.882.675-6250.727262.052.180-6553.388465.471.590-7057.088570.431.3平均50.387761.653.8从表1可以看出，阳极液温度越高，脱氯、浓缩效果越好，但是考虑到蒸发器材质和使用寿命，阳极液温度控制在7585 。4.2 阳极液pH脱氯前溶液的pH对脱氯效果的影响较大，根据脱氯反应动力学原理，H+含量越高，越利于反应向生成氯气的方向进行。一般条件下，不溶阳极的电解液的pH均在0.52.0，在该pH范围内，脱氯效果均比较好。4.3 脱氯蒸发器液位真空蒸发脱氯器液位过低，设备利用率低；液位过高则导致蒸发器蒸发、脱氯效果不好，蒸发器最佳液位是20%35。4.4 真空度蒸发器中真空度越高，溶液中的游离氯脱除和溶液的浓缩效果越好，在一定真空度下，使用温度不太高而来源较方便的蒸汽作为加热源间接加热，使溶液蒸发浓缩、游离氯脱除5，但真空度过高会使真空泵的吸气量有所降低，影响真空的稳定性。一般根据阳极液中游离氯和蒸发水量调节真空度，如果脱氯后溶液中游离氯含量过高，则将脱氯器的设定值向高真空度方向调节，反之亦然。从表1可以看出，真空度越高，脱氯、浓缩效果越好，但是考虑到蒸发器材质和使用寿命，真空度的控制范围为-50-70 kPa。4.5 循环水量及温度真空蒸发脱氯过程中，随着蒸发过程的进行，蒸发出的水蒸气量增大，真空度降低，影响脱氯效果。当冷却器循环水量小和蒸发水温高时，冷却效果差，水蒸气不能及时冷却，真空度降低。此时应加大循环冷却水量，以确保真空度和脱氯效果。4.6 溶液处理量阳极液流量过小，将会使设备利用率降低；阳极液流量过大，脱氯、蒸发效果差。实际生产中阳极液的流量控制在6090 m3/h。5 真空蒸发脱氯技术的应用效果真空蒸发脱氯装置应用于生产实践，实现了脱氯过程和蒸发过程的连续作业，保证了电积钴循环液钴离子浓度的稳定，为电积钴产品质量稳定提升创造了条件。脱氯前后阳极液成分对比见表1。脱氯后阳极液游离氯含量控制在3.8 mg/L，每日可蒸发出水量4050 m3，有效解决了不溶阳极电积钴生产工艺中循环液含游离氯高、现场作业环境差及溶液体积平衡难的问题。蒸发后阳极液温度一般达80 以上，而由萃取产出的30 氯化钴溶液配液后的新液温度只有60 ，可以直接进入电积钴循环体系。采用该装置后，电积钴生产体系阳极液脱氯及蒸发浓缩效果较以前有了较大幅度的提升，真空蒸发脱氯装置与原脱氯柱及蒸发釜的脱氯效果对比结果见表2。表2 不同脱氯装置脱氯效果对比Table 2 Dechlorination effect of different dechlorination device真空蒸发脱氯装置原脱氯柱蒸发釜（5台）脱氯后液游离氯/(mgL-1)日蒸发量/m3脱氯后液游离氯/(mgL-1)日蒸发量/m38.14528152.36026182.23226123.6381391.93016134.34137123.7412413使用该装置后，由于将脱氯及蒸发两个过程合二为一，使得这两个过程的能源总消耗有所降低，尤其是蒸汽用量较以前有较大幅度降低。6 结论真空脱氯、蒸发技术的开发及应用，成功解决了脱氯后阳极液游离氯含量高和电积钴循环液体积平衡两大问题，使电积钴作业现场环境得到极大改善，生产流程更为顺畅，提高了钴实收率，降低了钴的加工成本。参考文献1 武彦斌，王三反，周键，等. 治理钴电积中氯气污染的研究进展J. 有色金属（冶炼部分），2014(9)：8-11.2 王振文，张爱青，江培海，等. 密闭电解槽在钴电积上的产业化应用J. 有色金属（冶炼部分），2013(5)：10-12.3 王振文，江培海，尹飞，等. 密闭电解槽电积氯化钴生产电钴的工艺研究J. 有色金属（冶炼部分），2013(4)：8-11.4 刘学良. 氯水真空脱氯回用技术J. 中国氯碱，2011（5）：34-35.5 天津大学物理化学教研室. 物理化学：上册M. 4版. 北京：高等教育出版社，2001：14-16.6 苏峰，李敬忠，李俊标，等. 粗硫酸镍提取工艺及生产实践J. 铜业工程，2014（2）：20-22.7 梁云龙，张义. 降低淡盐水真空脱氯后游离氯含量J. 氯碱工业，2011，47（12）：12-13，38.