中國粉體網(wǎng)訊 鈷優(yōu)異的性質(zhì)使其在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，鈷產(chǎn)品主要以化學(xué)品和金屬的形式應(yīng)用于電池材料、催化劑、顏料、高溫合金、硬質(zhì)合金和磁性材料等領(lǐng)域。目前，電池行業(yè)是消耗鈷最多的行業(yè)，鈷主要用于制備鋰離子電池的正極材料，鈷可以提高鋰離子電池的穩(wěn)定性和安全性，改善電池的循環(huán)性能，從而提高電池的壽命。鈷與鎳、鉻、鉬和鎢等元素構(gòu)成的鈷基超級合金在高溫下仍能保持高強度、耐磨性和耐腐蝕性，是用于噴氣飛機發(fā)動機和燃氣輪機的主要原料，因此，制備超級合金也是鈷的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
鑒于鈷日益突出的重要地位，歐盟、美國最近先后發(fā)布了包含鈷礦物、鈷金屬及氧化物在內(nèi)的關(guān)鍵礦物、原材料清單，將其列為重要“戰(zhàn)略物資”，并制定了限制其進出口貿(mào)易的安全供應(yīng)戰(zhàn)略和政策。我國已于2016年將金屬鈷列入戰(zhàn)略性礦產(chǎn)目錄。
中國作為全球第一大鈷消費國，國內(nèi)鈷資源相對貧乏，僅占全球儲量的1.13%，且開采難度高，所以需大量進口，才能滿足國內(nèi)對鈷消費的需求。鈷已成為我國對外依存度最高的有色金屬之一，其中超過90%以上的鈷初級產(chǎn)品來自非洲，而非洲地區(qū)政局動蕩、局部沖突多發(fā)，存在諸多不確定因素。在資源短缺加進口不穩(wěn)定性雙重壓力下，我國鈷資源供應(yīng)存在巨大安全隱患，難以為鈷原料的安全供應(yīng)提供有效的保障。
因此，探索新的鈷生產(chǎn)來源迫在眉睫。我國龐大的鈷消費基數(shù)成為我國解決鈷資源儲量不足的潛在優(yōu)勢，報廢含鈷產(chǎn)品及含鈷礦物冶煉產(chǎn)生的大量二次資源擁有很高的利用價值。因此，近年來，從二次資源中綜合回收鈷得到了更多的關(guān)注。
鈷粉（圖源：格林美）
鈷二次資源來源及種類
含鈷二次資源的種類繁多，主要有冶金渣、廢合金、廢催化劑和廢二次電池材料等。
冶金渣
在濕法冶煉過程中，會產(chǎn)生大量含鈷廢渣，如電解錳廠產(chǎn)生的錳鈷渣、濕法冶鋅工藝凈化除鈷工序產(chǎn)生的鋅鈷渣，以及銅、鎳等冶煉產(chǎn)生的冶金渣等。這些含鈷冶金渣含有豐富的鋅、鎘、銅、鈷、錳等金屬元素，其中鈷的含量在0.08%~6%之間，通常高于原始礦物中鈷的含量。鑒于冶金渣的規(guī)模和含鈷量，從含鈷冶金渣回收鈷具有很高的經(jīng)濟價值和保障鈷安全供應(yīng)的戰(zhàn)略意義。
廢舊鋰離子電池
廢舊鋰離子電池中存在大量的含鈷廢料。一般而言，廢舊鋰離子電池正極材料的主要成分有鈷、鎳、錳、鋁、鋰等金屬，與原生礦和含鈷冶金渣相比，從廢舊鋰離子電池中提取鈷更有價值。將廢舊鋰離子電池中的鈷資源回收，不僅能夠使鈷資源有效地得到利用，同時，還能夠有效地降低廢舊電池對環(huán)境的污染。
廢合金
含鈷合金廢料主要包括高溫合金、硬質(zhì)合金和磁性合金。其中鈷基高溫合金主要成分以Co為主，含有Ni、Cr及其他元素。硬質(zhì)合金主要成分為碳化鎢和鈷。磁性合金中鈷一般作為提高磁飽和強度的添加劑。從這些合金廢料中提取有價元素鈷，既可實現(xiàn)資源的再生，又能獲得可觀的經(jīng)濟效益。
廢催化劑
催化劑的作用對于石油煉制工業(yè)中的燃料生產(chǎn)是必不可少的。目前煉油工藝廣泛應(yīng)用的含鈷催化劑包括加氫脫硫催化劑、加氫精制催化劑和Mo-Co-Ni催化劑。這些催化劑通常由負載在氧化鋁載體上的鉬(Mo)和助劑如鈷(Co)或鎳(Ni)組成，它們通過促進加氫處理過程中的加氫脫硫(HDS)、加氫脫氮(HDN)和加氫脫金屬(HDM)反應(yīng)來提高原料中存在的硫、氮和金屬(V和Ni)等不良雜質(zhì)的脫除。隨著催化劑失活，每年產(chǎn)生大量的廢催化劑。這些廢催化劑富含鉬(Mo)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釩(V)和鋁(Al)等戰(zhàn)略金屬。其中鈷主要以單質(zhì)和氧化物的形式存在，其含量為0.5%~30%。與從礦石中提煉鈷相比，這在技術(shù)上也是可行和經(jīng)濟的。
鈷二次資源回收技術(shù)現(xiàn)狀
鈷的二次資源種類繁多，化學(xué)成分復(fù)雜多變，近年來，我國研究工作者在含鈷二次資源回收方面做了大量工作，提出了許多回收工藝流程。這些工藝流程以濕法工藝為主，一般包括浸出、化學(xué)預(yù)除雜、鈷與其他金屬離子分離等工藝過程。
含鈷二次資源回收過程
含鈷二次資源的預(yù)處理
預(yù)處理步驟因含鈷二次資源種類而異。鋅冶煉凈化鈷渣需要酸洗除去大部分鋅，形成一種富鈷渣；當含鈷冶金渣含有有機物時還需進行焙燒除去有機物。處理含鈷合金廢料時，通常需堿洗去除表面上的油污和雜質(zhì)，或氧化焙燒將其轉(zhuǎn)化為氧化物。對于廢舊鋰離子電池，在濕法冶金方法中，使用物理過程作為預(yù)處理步驟，首先需要采用放電、粉碎、篩分、磁選、細碎和分級一系列的機械工藝來得到富含鈷的正極材料，然后進行浸出。含鈷廢催化劑在浸出之前需進行脫油、脫焦和粉碎處理。在一些加氫脫硫催化劑中，金屬以硫化物的形式存在，首先高溫焙燒以脫除催化劑中的焦炭和硫。
含鈷二次資源的浸出
預(yù)處理后的含鈷二次資源可采用酸浸、堿浸和兩段浸出的方法進行溶解。酸浸一般使用無機酸進行，如H2SO4、HCl、HNO3。近年來，有機酸得到了更多關(guān)注，如甘氨酸、檸檬酸、草酸、天冬氨酸等。堿浸出可作為含鈷二次資源的替代浸出工藝，如NaOH、NaCO3、NHCO3和銨鹽。然而，鈷在堿性溶液中的溶解度低。因此，在這種情況下，兩階段浸出將是一個更好的選擇，常用于廢舊鋰離子電池和含鈷廢催化劑的浸出過程，首先進行堿浸以溶解三氧化鉬和氧化鋁，然后對先前浸出的固體殘渣進行酸浸以溶解鈷。
浸出液的凈化除雜
浸出液凈化過程根據(jù)廢料來源、種類和浸出工藝不同，可采用中和水解、溶劑萃取、離子交換等方法進行。一般較常見的雜質(zhì)元素為Cu、Cr、Fe、Al、Mo、W等。鐵離子去除方法的選擇通常取決于浸出液中鐵的含量，當含鐵量高時，通常使用黃鐵礬法和針鐵礦法，當含鐵量較低時可通過溶劑萃取進行處理。銅、鋁和鎘離子經(jīng)常采用中和水解法和置換法除去。
浸出液中金屬離子的分離
經(jīng)化學(xué)除雜后的溶液一般僅含Co2+、Ni2+、Zn2+，這時通常使用溶劑萃取法和化學(xué)沉淀法分離鈷和鎳、鋅。溶液中鋅鈷分離和鈷鎳分離是根據(jù)鋅、鎳、鈷的含量來選擇合適的方法。當鋅含量高時常采用化學(xué)沉淀法，鋅含量低時常使用溶劑萃取回收鈷。對鎳高鈷低的溶液可用氧化水解沉淀除鈷，對鎳低鈷高的溶液可用硫化沉淀除去鎳，對于鎳鈷濃度大致相當?shù)娜芤翰惶m合用沉淀法。
參考來源：
郭豪杰等: 含鈷二次資源綜合回收技術(shù)研究進展，鄭州大學(xué)
楊卉芃等，全球鈷礦資源現(xiàn)狀及開發(fā)利用趨勢，中國地質(zhì)科學(xué)院鄭州礦產(chǎn)綜合利用研究所
李安國等，從含鈷廢料中回收鈷的研究進展，江西理工大學(xué)
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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