氯化钴的生产工艺详解与流程解析

氯化钴生产工艺流程是一个涉及多环节的复杂湿法冶炼过程，结合原料特性、化学净化、蒸发结晶及环保安全要求，具体流程如下：

1. 原料准备与浸出

• 原料来源：钴精矿、钴硫精矿、氧化矿（如红土矿）、冶炼副产品（镍电解渣）或含钴废料。例如，钴精矿经球磨浆化后，与硫酸、双氧水混合浸出，生成含钴溶液；钴硫精矿通过硫酸化焙烧或加压酸浸提取钴。

• 浸出工艺：采用常压/加压酸浸、氧压浸出等技术。浸出液经浓密机分离，溢流液进入净化阶段，底流渣需进一步处理或回收。

2. 溶液净化与除杂

• 除铁：使用黄钠铁矾法，通过控制pH（1.5-4.5）、温度（≥90℃）及晶种添加，将铁沉淀为黄钠铁矾渣，除铁率可达99%以上。

• 除铜/铅/锌：采用硫化沉淀法（如Na₂S），或通过P204、P507等萃取剂进行多级逆流萃取，控制皂化率（40%-60%）、流量比及酸度，实现Cu、Mn、Zn等杂质深度去除。

• 深度净化：利用离子交换、活性炭吸附或精密过滤，进一步降低Fe³⁺、Pb²⁺等杂质含量至ppm级，确保溶液纯净度。

3. 溶液制备与预处理

• 除油与有机物：通过萃取-反萃工序去除溶液中的有机物，或采用气浮槽、活性炭柱进行脱脂处理，避免蒸发时起沫或结晶粒度偏小。

• pH调整：净化后溶液需调整pH至酸性（如1.5-2.0），防止氢氧化钴沉淀，同时抑制杂质水解。

4. 蒸发浓缩

• 设备选择：采用MVR（机械蒸汽再压缩）蒸发器、降膜蒸发器或强制循环蒸发器。MVR技术通过双级/多级压缩提升蒸汽温度，节能60%-80%，适合高浓度工况；降膜蒸发器适用于低粘度溶液，换热效率高。

• 浓缩目标：将溶液浓缩至54%-55%浓度（去除游离水），蒸发温度控制在85℃以上，避免结晶堵塞。沸点升高（可达21℃）需通过多效蒸发或串联压缩机解决。

5. 冷却结晶

• 结晶器类型：OSLO连续结晶器为主，配2-3台外置冷却器，循环水冷源，支持独立排净清洗。冷却温度范围-27.3~51.3℃，通过调控过饱和度（ΔC=5%-10%）形成六水合氯化钴（CoCl₂·6H₂O）晶体。

• 晶型控制：加入冷饱和溶液或晶种，降低过饱和度，防止细晶结块，确保大颗粒（D50=150-200μm）均匀晶体。无水物需加热至110℃以上制备，遇热失水变色（粉红→蓝）。

6. 固液分离与干燥

• 离心分离：结晶颗粒经离心机高速分离，母液回流至高位结晶罐循环利用，固体含湿量控制在5%以下。

• 干燥处理：采用闪蒸干燥机（进风温度150-250℃）、盘式干燥机或回转窑（额定温度1100℃），去除残留水分，避免风化或水合状态变化。

7. 环保与安全措施

• 废气处理：采用碱液吸收塔处理SO₃等废气，减少NOx、CO₂排放，符合绿色生产要求。

• 废水处理：通过化学沉淀（如氢氧化钠调pH）、离子交换、膜分离（反渗透/电渗析）等技术，回收钴、镍等金属，实现废水零排放（钴浓度＜0.5mg/L）。

• 安全防护：操作人员需佩戴防尘口罩、护目镜、防毒服等，避免粉尘吸入或皮肤接触；设备材质选用钛材、双相不锈钢（如2205），耐氯离子腐蚀。

8. 能耗控制与优化

• 节能技术：MVR蒸发器减少外部蒸汽消耗（处理1吨水耗电20-40kWh），结合余热回收系统提升能源利用效率。国家标准规定现有企业氯化钴单位产品能耗≤2500kgce/t，新建企业需≤2400kgce/t。

• 工艺优化：通过连续化生产、母液循环利用、精准控温等技术，降低能耗并提升产能。

9. 质量控制与检测

• 产品标准：六水合氯化钴为粉红色单斜晶体，纯度≥99%，杂质（如Fe³⁺、Cu²⁺）含量＜10ppm；无水物为蓝色粉末，需通过XRD、ICP-MS等检测晶型及成分。

• 包装储存：采用密封容器，置于干燥通风环境，避免吸潮变色；运输时需防雨淋、高温，严禁与碱金属混装。

该工艺通过精确控制温度、浓度、过饱和度及设备选型，实现高效、低能耗的氯化钴生产，同时满足环保安全及产品质量要求，广泛应用于电池、催化剂、颜料及干燥剂指示剂等领域。