钴是一种十分重要的有色金属，常以钴粉、氧化钴和钴化合物等办法应用于电池、石油化工、机械制造、陶瓷、油漆等职业。我国是钴资源贫乏国家，钴首要是从铜、镍、铁等矿藏资源归纳利用中以副产品的办法得到收回。现在，我国首要是靠进口钴精矿、钴渣等质料来出产钴产品。自2000年以来，国内钴的年均年消费增速到达19.7%，估量到2010年，我国钴消费量将到达1.85万t，居世界第一位。钴消费量的陡增引起钴资源的直销缺少，近年来，从废催化剂、废旧电池和冶炼渣等二次资源中收回钴引起了世界各国的广泛重视。含钴的催化剂广泛用于石化职业的粹处理进程，催化剂在运用中因中毒而形成永久失效，成为废催化剂而被排放。因为含有许多的有价金属，废催化剂成为钴等金属的重要二次资源。废催化剂中钴的收回首要选用酸溶−沉淀法，得到的钴产品首要为氧化钴，其次还有钴粉和环烷酸钴。选用这些办法在必定程度上收回钴、镍等金属，但对钒、钼、铝等其他有价金属的收回不抱负；有些工艺流程杂乱，本钱过高，不利于工业化。现在，人们对收回进程中钴浸出动力学方面的研讨较少。在此，本文作者在对某废催化剂中归纳收回铝、钒、钼、镍、钴等有价金属进行研讨基础上，以废催化剂处理进程中得到的镍钴渣为目标，研讨硫酸浸出进程中相关工艺条件对钴浸出的影响，并对浸出钴的动力学进行评论。
一、试验
（一）质料和试剂
试验运用的质料来源于石化职业出产进程中抛弃的固体催化剂，载体是刚玉型氧化铝。将该废催化剂按如下办法进行处理：废催化剂与必定量的烧碱混合后，在高温下焙烧反响一段时刻，再用热水浸取焙烧产品。过滤后，铝、钒、钼等进入浸出液，而镍、钴则富集在水浸渣(镍钴渣)中，物猜中首要成分的含量如表1所示。在焙烧−水浸进程中，镍、钴向氧化物的转化以及大部分氧化铝的溶出为后序硫酸浸取镍钴渣发明了极为有利的条件。试验中所用的硫酸为分析纯，产自株洲市化学工业研讨所，浓度为18.4mol/L，密度为1.84g/mL。试验前，先制造几种不同浓度的硫酸。
表1 物料的首要化学组成
（二）试验办法
浸出试验在500mL三颈瓶中进行。将三颈瓶置于恒温水浴中，并与电动拌和机相连。按固液比1׃10参加必定浓度的硫酸溶液，敞开拌和并加热，到达预订温度后，敏捷参加30g镍钴渣。在浸出进程中，温度动摇规模为±1℃，拌和速度操控在0～1500r/min规模内。每隔一段时刻从取样口汲取上层清液2mL，定容后用PS−6真空型ICP−AES分析液体中的Co2+浓度。为坚持三颈瓶内液体体积不变，每次取样后弥补相同体积的水。钴的浸取率按下式核算：
式中：x(Co)为钴的浸出率，%；ρi为第i次取样液的钴质量浓度，g/L；i为取样次数；m为镍钴渣的质量，g。
二、成果与评论
（一）镍钴渣的硫酸浸出
镍钴渣的硫酸浸出属液−固相非催化反响，在浸出进程中，发作的首要化学反响有：
影响钴浸出率的要素有许多，本研讨首要考察物料粒度、拌和速度、硫酸浓度、反响温度及时刻对钴浸出率的影响。
1、物料粒度对钴浸出率的影响
在浸出进程中，粒度是一个十分重要的要素。本研讨制备了3种粒径的镍钴渣：(0.100～0.200)mm、(0.074～0.100)mm和(0.043～0.074)mm。图1所示为物料粒度与镍钴渣中钴浸出率的联系，浸出条件是：硫酸浓度为4mol/L，温度为60℃，拌和速度为800r/min。
图1 物料粒度对钴浸出率的影响
由图1可看出：粒度对钴的浸出有很大的影响，钴的浸出率与质料的粒度有很好的对应联系，粒度为(0.043～0.074)mm的质料具有最佳的浸出作用，但是，在这种条件下浸出系统的固液别离较为困难，因而，在后续的试验中选用(0.074～0.100)mm作为浸出的适合粒度。
2、拌和速度对钴浸出率的影响
许多细粒物料的浸出进程都需求经过拌和来涣散悬浮颗粒并使浸出液充沛混匀。拌和速度对钴浸出作用影响的试验按以下条件进行：镍钴渣粒度为(0.074～0.100)mm，硫酸浓度为4mol/L，温度为60℃，拌和速度操控在400～1200r/min，试验成果如图2所示。从图2可看出，钴的浸出率与拌和速度的联系不大，这表明反响物H2SO4和产品CoSO4在溶液和颗粒表面的外分散速度较快，因而，钴的浸出率与转速无很大联系。为确保拌和速度的一致性，选用拌和速度为800r/min。
图2 拌和速度对钴浸出率的影响
3、硫酸浓度对钴浸出率的影响
硫酸浓度对钴浸出率的影响如图3所示，浸出条件是：镍钴渣粒度为(0.074～0.100)mm，温度为60℃，拌和速度为800r/min。由图3可知：硫酸浓度对钴浸出率的影响较大，钴浸出率跟着硫酸浓度的升高而明显添加；当反响时刻为180min,硫酸浓度为2，4，6mol/L时，镍钴渣中钴的浸出率则别离为24.3%，63.0%和85.7%。因而，挑选硫酸浓度为6mol/L。
图3 硫酸浓度对钴浸出率的影响
4、反响温度对钴浸出率的影响
考察温度对浸出作用的影响能够估量反响的表观活化能、活化焓及反响的活化熵。反响温度对钴浸出率的影响如图4所示，浸出进程选用的质料粒度为(0.074～0.100)mm，硫酸浓度为6mol/L，拌和速度为800r/min，浸出温度的改变规模为40～80℃，浸出的固液比为1׃10。从图4能够看出：反响温度对钴浸出率有必定影响，钴的浸出率跟着反响温度的升高而有所添加。反响时刻对钴浸出作用的影响较大；在同一温度下，钴浸出率随反响时刻的延伸而添加。当浸出温度为80℃，反响时刻为180min时，钴的浸出率可达94.2%。
图4 反响温度对钴浸出率的影响
（二）镍钴渣硫酸浸出动力学
1、反响速率操控模型
在液−固反响系统中，反响速率通常是由以下过程中最慢的一步操控：液膜表面的外分散、产品/反响物表面的内分散或反响粒子表面的化学反响。在化学反响中，首要有3种操控模型：粒子表面的化学反响操控模型、分散操控模型和混合操控模型。
液−固相非催化反响最常见的反响模型为缩芯模型(Shrinkingcoremodel)。缩芯模型又分为粒径不变缩芯模型和颗粒缩小缩芯模型。粒径不变缩芯模型的特点是有固相产品层生成，反响进程中颗粒粒径不变。颗粒缩小缩芯模型的特点是在反响进程中，反响物颗粒不断缩小，无固相产品层，产品溶于溶液中。在镍钴渣与硫酸反响进程中，以刚玉办法存在的铝不参加反响，一起还有固体产品CaSO4生成。可选用粒径不变缩芯模型研讨其反响动力学。
当化学反响为操控过程时，缩芯模型动力学方程为：
式中：x(Co)为钴的浸出率；t为反响时刻；tf为彻底反响时刻；ρ为镍钴渣密度；r为镍钴渣颗粒初始反响半径；k为反响速率常数；b为氧化钴计量系数；M为氧化钴相对分子质量；k'为反响速率常数；c为流体反响物(硫酸)浓度。关于某一固定系统，且流体反响物浓度近似不变时，tf可视为常数，1/tf则可表明为表观反响速率常数k。
将图4中的数据代入式(4)，制作出不同反响温度下1−(1−x(Co))1/3与反响时刻的联系曲线，如图5所示。由图5能够看出：图中的数据与式(4)的线性联系不明显且直线都不经过原点，因而，揣度该浸出反响不符合化学反响操控模型。
图5 不同反响温度下1−(1−x(Co))1/3与反响时刻的联系
当固体产品层内分散为操控过程时，缩芯模型动力学方程为：
式中：D为钴离子在多孔介质中的分散系数。将图4中的数据代入式(6)，制作出不同反响温度下1−2/3x(Co)−(1−x(Co))2/3与反响时刻的联系曲线，如图6所示。由图6能够看出，图中的数据与式(6)呈杰出线性联系，且相联系数R2均大于0.999，这表明镍钴渣硫酸浸出反响受产品层内分散的速率操控。
图6 不同反响温度下1−2/3x(Co)−(1−x(Co))2/3与反响时刻的联系
2、反响活化能的核算
在化学反响中，反响速率常数k是温度的函数，温度对反响速率常数的影响可用阿累尼乌斯公式表明：
图6中求出的各直线斜率即为不同温度下的反响速率常数k。以lnk对1/T作图，成果如图7所示。依据图7求出直线斜率，由式(8)可得表观活化能E为16.34kJ/mol，阐明该浸出反响受分散操控，与前面操控模型揣度成果相一致。反响速率常数k与温度的联系式为：k=0.334exp(−1965.7/T)
图7 lnk 与1/T 联系图
（三）钴镍的收回
经过对镍钴渣的硫酸浸出条件试验，断定浸出的适合条件如下：H2SO4浓度为6mol/L，反响温度为80℃，反响时刻为180min，质料的粒度为(0.074～0.100)mm，拌和速度为800r/min，固液比为1׃10。浸出进程中，镍也随钴一同被浸出。由分析成果核算得知，在该浸出条件下，钴和镍的浸出率别离到达94.2%和93.5%。得到的镍钴酸性浸出液可选用惯例的溶剂萃取技能使镍钴别离，这在工业上已是比较老练的工艺。
三、定论
（一）镍钴渣硫酸浸出进程中，物料粒度、硫酸浓度和反响温度等要素对钴浸出率有较大影响，而拌和速度为400～1200r/min时对钴浸出率的影响十分小。
（二）选用硫酸浸出镍钴渣，当反响温度为80℃，反响时刻为180min，质料的粒度为(0.074～0.100)mm，H2SO4浓度为6mol/L，拌和速度为800r/min，固液比为1׃10时，钴的浸出率为94.2%，镍的浸出率则为93.5%。
（三）镍钴渣中钴的浸出受产品层内分散操控，该浸出反响的表观活化能为16.34kJ/mol。
一、试验
（一）质料和试剂
试验运用的质料来源于石化职业出产进程中抛弃的固体催化剂，载体是刚玉型氧化铝。将该废催化剂按如下办法进行处理：废催化剂与必定量的烧碱混合后，在高温下焙烧反响一段时刻，再用热水浸取焙烧产品。过滤后，铝、钒、钼等进入浸出液，而镍、钴则富集在水浸渣(镍钴渣)中，物猜中首要成分的含量如表1所示。在焙烧−水浸进程中，镍、钴向氧化物的转化以及大部分氧化铝的溶出为后序硫酸浸取镍钴渣发明了极为有利的条件。试验中所用的硫酸为分析纯，产自株洲市化学工业研讨所，浓度为18.4mol/L，密度为1.84g/mL。试验前，先制造几种不同浓度的硫酸。
表1 物料的首要化学组成
（二）试验办法
浸出试验在500mL三颈瓶中进行。将三颈瓶置于恒温水浴中，并与电动拌和机相连。按固液比1׃10参加必定浓度的硫酸溶液，敞开拌和并加热，到达预订温度后，敏捷参加30g镍钴渣。在浸出进程中，温度动摇规模为±1℃，拌和速度操控在0～1500r/min规模内。每隔一段时刻从取样口汲取上层清液2mL，定容后用PS−6真空型ICP−AES分析液体中的Co2+浓度。为坚持三颈瓶内液体体积不变，每次取样后弥补相同体积的水。钴的浸取率按下式核算：
式中：x(Co)为钴的浸出率，%；ρi为第i次取样液的钴质量浓度，g/L；i为取样次数；m为镍钴渣的质量，g。
二、成果与评论
（一）镍钴渣的硫酸浸出
镍钴渣的硫酸浸出属液−固相非催化反响，在浸出进程中，发作的首要化学反响有：
影响钴浸出率的要素有许多，本研讨首要考察物料粒度、拌和速度、硫酸浓度、反响温度及时刻对钴浸出率的影响。
1、物料粒度对钴浸出率的影响
在浸出进程中，粒度是一个十分重要的要素。本研讨制备了3种粒径的镍钴渣：(0.100～0.200)mm、(0.074～0.100)mm和(0.043～0.074)mm。图1所示为物料粒度与镍钴渣中钴浸出率的联系，浸出条件是：硫酸浓度为4mol/L，温度为60℃，拌和速度为800r/min。
图1 物料粒度对钴浸出率的影响
由图1可看出：粒度对钴的浸出有很大的影响，钴的浸出率与质料的粒度有很好的对应联系，粒度为(0.043～0.074)mm的质料具有最佳的浸出作用，但是，在这种条件下浸出系统的固液别离较为困难，因而，在后续的试验中选用(0.074～0.100)mm作为浸出的适合粒度。
2、拌和速度对钴浸出率的影响
许多细粒物料的浸出进程都需求经过拌和来涣散悬浮颗粒并使浸出液充沛混匀。拌和速度对钴浸出作用影响的试验按以下条件进行：镍钴渣粒度为(0.074～0.100)mm，硫酸浓度为4mol/L，温度为60℃，拌和速度操控在400～1200r/min，试验成果如图2所示。从图2可看出，钴的浸出率与拌和速度的联系不大，这表明反响物H2SO4和产品CoSO4在溶液和颗粒表面的外分散速度较快，因而，钴的浸出率与转速无很大联系。为确保拌和速度的一致性，选用拌和速度为800r/min。
图2 拌和速度对钴浸出率的影响
3、硫酸浓度对钴浸出率的影响
硫酸浓度对钴浸出率的影响如图3所示，浸出条件是：镍钴渣粒度为(0.074～0.100)mm，温度为60℃，拌和速度为800r/min。由图3可知：硫酸浓度对钴浸出率的影响较大，钴浸出率跟着硫酸浓度的升高而明显添加；当反响时刻为180min,硫酸浓度为2，4，6mol/L时，镍钴渣中钴的浸出率则别离为24.3%，63.0%和85.7%。因而，挑选硫酸浓度为6mol/L。
图3 硫酸浓度对钴浸出率的影响
4、反响温度对钴浸出率的影响
考察温度对浸出作用的影响能够估量反响的表观活化能、活化焓及反响的活化熵。反响温度对钴浸出率的影响如图4所示，浸出进程选用的质料粒度为(0.074～0.100)mm，硫酸浓度为6mol/L，拌和速度为800r/min，浸出温度的改变规模为40～80℃，浸出的固液比为1׃10。从图4能够看出：反响温度对钴浸出率有必定影响，钴的浸出率跟着反响温度的升高而有所添加。反响时刻对钴浸出作用的影响较大；在同一温度下，钴浸出率随反响时刻的延伸而添加。当浸出温度为80℃，反响时刻为180min时，钴的浸出率可达94.2%。
图4 反响温度对钴浸出率的影响
（二）镍钴渣硫酸浸出动力学
1、反响速率操控模型
在液−固反响系统中，反响速率通常是由以下过程中最慢的一步操控：液膜表面的外分散、产品/反响物表面的内分散或反响粒子表面的化学反响。在化学反响中，首要有3种操控模型：粒子表面的化学反响操控模型、分散操控模型和混合操控模型。
液−固相非催化反响最常见的反响模型为缩芯模型(Shrinkingcoremodel)。缩芯模型又分为粒径不变缩芯模型和颗粒缩小缩芯模型。粒径不变缩芯模型的特点是有固相产品层生成，反响进程中颗粒粒径不变。颗粒缩小缩芯模型的特点是在反响进程中，反响物颗粒不断缩小，无固相产品层，产品溶于溶液中。在镍钴渣与硫酸反响进程中，以刚玉办法存在的铝不参加反响，一起还有固体产品CaSO4生成。可选用粒径不变缩芯模型研讨其反响动力学。
当化学反响为操控过程时，缩芯模型动力学方程为：
式中：x(Co)为钴的浸出率；t为反响时刻；tf为彻底反响时刻；ρ为镍钴渣密度；r为镍钴渣颗粒初始反响半径；k为反响速率常数；b为氧化钴计量系数；M为氧化钴相对分子质量；k'为反响速率常数；c为流体反响物(硫酸)浓度。关于某一固定系统，且流体反响物浓度近似不变时，tf可视为常数，1/tf则可表明为表观反响速率常数k。
将图4中的数据代入式(4)，制作出不同反响温度下1−(1−x(Co))1/3与反响时刻的联系曲线，如图5所示。由图5能够看出：图中的数据与式(4)的线性联系不明显且直线都不经过原点，因而，揣度该浸出反响不符合化学反响操控模型。
图5 不同反响温度下1−(1−x(Co))1/3与反响时刻的联系
当固体产品层内分散为操控过程时，缩芯模型动力学方程为：
式中：D为钴离子在多孔介质中的分散系数。将图4中的数据代入式(6)，制作出不同反响温度下1−2/3x(Co)−(1−x(Co))2/3与反响时刻的联系曲线，如图6所示。由图6能够看出，图中的数据与式(6)呈杰出线性联系，且相联系数R2均大于0.999，这表明镍钴渣硫酸浸出反响受产品层内分散的速率操控。
图6 不同反响温度下1−2/3x(Co)−(1−x(Co))2/3与反响时刻的联系
2、反响活化能的核算
在化学反响中，反响速率常数k是温度的函数，温度对反响速率常数的影响可用阿累尼乌斯公式表明：
图6中求出的各直线斜率即为不同温度下的反响速率常数k。以lnk对1/T作图，成果如图7所示。依据图7求出直线斜率，由式(8)可得表观活化能E为16.34kJ/mol，阐明该浸出反响受分散操控，与前面操控模型揣度成果相一致。反响速率常数k与温度的联系式为：k=0.334exp(−1965.7/T)
图7 lnk 与1/T 联系图
（三）钴镍的收回
经过对镍钴渣的硫酸浸出条件试验，断定浸出的适合条件如下：H2SO4浓度为6mol/L，反响温度为80℃，反响时刻为180min，质料的粒度为(0.074～0.100)mm，拌和速度为800r/min，固液比为1׃10。浸出进程中，镍也随钴一同被浸出。由分析成果核算得知，在该浸出条件下，钴和镍的浸出率别离到达94.2%和93.5%。得到的镍钴酸性浸出液可选用惯例的溶剂萃取技能使镍钴别离，这在工业上已是比较老练的工艺。
三、定论
（一）镍钴渣硫酸浸出进程中，物料粒度、硫酸浓度和反响温度等要素对钴浸出率有较大影响，而拌和速度为400～1200r/min时对钴浸出率的影响十分小。
（二）选用硫酸浸出镍钴渣，当反响温度为80℃，反响时刻为180min，质料的粒度为(0.074～0.100)mm，H2SO4浓度为6mol/L，拌和速度为800r/min，固液比为1׃10时，钴的浸出率为94.2%，镍的浸出率则为93.5%。
（三）镍钴渣中钴的浸出受产品层内分散操控，该浸出反响的表观活化能为16.34kJ/mol。
