Способ переработки отходов твердосплавного материала, содержащего кобальт и вольфрам

Способ переработки отходов твердосплавного материала, содержащего кобальт и вольфрам

Реферат

 

Изобретение относится к области неорганической химии, в частности к способам получения сульфата кобальта и может быть использовано для его выделения из лома твердого сплава. Сущность изобретения заключается в том, что отходы твердосплавного материала, содержащего карбид вольфрама и металлический кобальт, после окислительного обжига обрабатывают 65-85%-ной серной кислотой при 120-160^oC и расходе кислоты 1-5 мм на 1 г отходов в течение 2 - 6 ч с переводом кобальта в нерастворимый сульфат, который извлекаются при выщелачивании водой и отделяется от триоксида вольфрама. Для снижения расхода серной кислоты в процессе обработку окисленного твердосплавного материала проводят оборотными растворами серной кислоты. Способ позволяет получить чистые сульфатные растворы кобальта или сульфат кобальта с низким содержанием свободной серной кислоты и малогидратированный триоксид вольфрама. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к гидрометаллургии кобальта в частности к способам получения сульфата кобальта и может быть использовано для его выделения из лома твердого сплава, представляющего беспористый кусковой материал.

Известны способы переработки пылевидных отходов твердых сплавов, содержащих карбид вольфрама, металлические кобальт, железо, медь и др. компоненты, заключающиеся в хлорировании газообразным хлором при 550 - 650^oC или окислении карбида вольфрама в щелочных растворах гипохлорита натрия или растворении металлических кобальта, железа и др. в минеральных кислотах с последующим обжигом кека и растворением вольфрама в щелочных растворах. (1) Использование этих способов для переработки беспористых отходов твердосплавного материала в режимах, использованных и рекомендованных в отмеченной работе, не позволяет отделить кобальт от вольфрама из-за крайне низких скоростей взаимодействия беспористых материалов с используемыми реагентами.

Еще один способ переработки отходов твердосплавного материала, содержащего карбиды вольфрама, и металлы группы железа (в том числе кобальт), заключается в обжиге скрапа при 800 900^oC с последующим измельчением продукта обжига и выщелачиванием вольфрама водным раствором гидроокиси щелочного металла при температуре 140 195^oC и давлении 3,5 14 кг/см². Остаток после растворения вольфрама представляет кобальтсодержащий шлам. (2) Недостатком данного способа является невозможность получения чистого соединения кобальта и сложность выделения вольфрама: только при использовании щелочи в условиях жесткого высокотемпературного автоклавного процесса (давление) (8,1 12,3 кг/см²) (температура 140 195^oC).

Известен также способ переработки твердосплавного материала, включающий его двухстадийную обработку соляной, азотной или серной кислотами. На второй стадии кислотной обработки подвергают окисленный продукт при расходе кислоты 10 100 мл на 1 г кобальта с переводом кобальта в раствор, а соединения вольфрама в осадок. (3) Способ позволяет получить растворы кобальта в минеральной кислоте.

Недостатком данного способа является невозможность выделения кристаллической сульфатной соли кобальта, не содержащей свободной серной кислоты. При упаривании сернокислых растворов кобальта свободной серной кислоты составляет от 7 до 25% Кроме того выделение сульфатной соли кобальта требует упаривания больших объемов сернокислых растворов до концентрации 60 70% H₂SO₄, при которой происходит выделение соли кобальта. Кроме того, затруднение использование серной кислоты в обороте.

Заявляемое изобретение направлено на решение задачи выделения кобальта в виде его сернокислой соли и отделение ее от триоксида вольфрама в условиях легко реализуемых на практике.

Поставленная задача решается тем, что отходы после окислительного обжига подвергают кислотной обработке раствором серной кислоты 65 85% при расходе кислоты 1 5 мл на 1 г отходов [Т Ж (1 5) 1] в течение 2 7 часов и температуре 120 160^oC с переводом кобальта в нерастворимый сульфат. После отделения жидкой фазы (раствор серной кислоты, который используется многократно для перевода оксида кобальта в прокаленном продукте в сульфат кобальта) твердую фазу обрабатывают водой с целью перевода кобальта в раствор. Твердый остаток после растворения сульфата кобальта в воде представляет собой малогидратированный триоксид вольфрама.

Выбор интервалов заявляемого технического решения обусловлен следующим. Обработку обожженного продукта проводят раствором серной кислоты с концентрацией 65 85% Нижний предел концентрации серной кислоты определяется сравнительно низкой растворимостью сульфата кобальта при повышенной температуре (>100^oC), что позволяет достаточно полно перевести оксид кобальта в нерастворимый сульфат кобальта и отделить оборотную серную кислоту от осадка. При концентрации серной кислоты ниже 65% заметно возрастает растворимость сульфата кобальта. При концентрации серной кислоты выше 85% затрудняется перевод оксида кобальта в его сульфат. Температура процесса выбрана 120 160^oC. При меньшей температуре значительно увеличивается продолжительность процесса, а при большей увеличиваются энергетические затраты. Продолжительность процесса 2 6 часов обеспечивает полноту перевода оксида кобальта в его сульфат в выбранных условиях. Время процесса более 6 часов практически не сказывается на показатели образования сульфата кобальта. Расход кислоты 1 5 мл на 1 г отходов обеспечивает полноту перехода кобальта в сульфатное соединение. При меньшем расходе кислоты затрудняется перемешивание реакционной массы и снижается степень конверсии соединения кобальта. Расход кислоты более 5 мл приводит к резкому увеличению потоков и расхода энергии, но мало влияет на перевод оксида кобальта в его сульфат.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения приведены ниже.

Пример 1. 100 г отходов после окислительного обжига обрабатывают 3,00 мл серной кислоты 75% (Т Ж 1 3) при температуре 120^oC в течение 6 часов. Жидкую фазу отделяют, а из твердой фазы выщелачивают кобальт водой (300 мл) при Т Ж 1 3 в течение 3 часов. Операцию выщелачивания повторяют дважды. Извлечение кобальта в раствор составляет 97% Остаток от растворения кобальта представляет малогидратированный триоксид вольфрама. Извлечение вольфрама в осадок 99% Раствор кобальта упаривают и при охлаждении кристаллизуют сульфат кобальта. Содержание серной кислоты в соли менее 1% Пример 2. 100 г отходов обрабатывают 100 мл 70%-ной серной кислоты от опыта 1 (оборотная кислота) при Т Ж 1 1, температуре 150^oC в течение 3 часов в автоклаве. Жидкую фазу отделяют, а из твердой фазы выщелачивают кобальт водой (400 мл) при Т Ж 1 4 в течение 3 часов. Операцию выщелачивания кобальта повторяют дважды. Извлечение кобальта в раствор 97% Дополнительные примеры представлены в таблице.

Примеры 3 6. Процесс ведут аналогично примеру 1, но при различных вариациях температуры, времени кислотной обработки и расхода кислоты.

Как видно из приводимых примеров, переработка отходов твердосплавного материала по заявляемому способу позволяет достичь высоких показателей извлечения кобальта в сернокислый раствор (92 99%). Заявляемый способ позволяет резко повысить эффективность использования серной кислоты, за счет возможности ее использования в обороте. Кроме того, имеет место заметное снижение содержания серной кислоты в сульфате кобальта, выделяемом при кристаллизации с 7 25% до менее 1%

Формула изобретения

1. Способ переработки отходов твердосплавного материала, содержащего кобальт и вольфрам, включающий окислительный обжиг исходного сырья и выщелачивание, отличающийся тем, что окисленный продукт после обжига обрабатывают 65 85%-ной серной кислотой при температуре 120 160^oС в течение 2 6 ч при расходе кислоты 1 5 мл на 1 г отходов с переводом кобальта в нерастворимый сульфат, твердую фазу отделяют от раствора серной кислоты, выщелачивают ее водой и отделяют раствор сульфата кобальта от твердого оксида вольфрама.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку окисленного продукта проводят оборотной серной кислотой, полученной после отделения ее от твердой фазы.

РИСУНКИ

Рисунок 1