Способ получения оксида кобальта со3о4 для производства твердых сплавов

Изобретение относится к гидрометаллургии цветных металлов, а именно к получению оксида кобальта Co₃O₄ для производства твердых сплавов типа WC-Co. Оксид кобальта осаждают из азотнокислого раствора кобальтсодержащего сырья путем обработки в автоклаве гидроксидом аммония (NH₄OH) при температуре 240-260°C в течение 1-2 ч. Обеспечивается получение осадка, содержащего 98 % оксида кобальта. 2 табл., 2 пр.

 

Изобретения относится к гидрометаллургии цветных металлов и касается получения оксида кобальта (Co₃O₄) для производства твердых сплавов типа WC-Co. В промышленных условиях Co₃O₄ получают при переработке Ni-Co сырья, в основном, гидрометаллургическими методами [Кобальт, никель, платиновые металлы / Е.В. Леонов, В.Х. Сюндюков, Ф.С.Денисов и др. // М.: Наука, 1978, 783 с.].

Следует отметить, что по физико-химическим характеристикам к оксиду кобальта для твердых сплавов предъявляются достаточно жесткие требования по общему качеству и дисперсности продукции. В связи с этим, в промышленных условиях оксид кобальта для этих целей получают оксалатным осаждением из нитратных растворов с последующим прокаливанием выделенного продукта [Способ получения дигидрата оксалата кобальта /Е.Г. Афонин // Патент РФ №2295514 от 20.03.07, БИ №8].

Данный метод позволяет достаточно полно осадить кобальт из нитратных сред с получением товарного Co₃O₄ требуемой дисперсности и минимальным содержанием контролируемых примесей. Недостаток метода - необходимость расхода дорогостоящей щавелевой кислоты, используемой в основном, в пищевой промышленности.

Наиболее близким техническим решением является процесс получения оксида кобальта (Co₃O₄), включающий следующие операции: отфильтрованный и промытый водой гидроксид кобальта Со(ОН)₃ насыщают на фильтрах концентрированным раствором кальцинированной соды, прокаливают на поду камерной электропечи или в муфельной барабанной печи с внешним обогревом при 600°-900°C с получением оксида кобальта, которую промывают умягченной водой до отсутствия реакции на сульфат-ион и сушат [Резник И.Д., Кобальт, т. 1, Исторический очерк, сырьевые источники кобальта, Пирометаллургия кобальта, М., Машиностроение, 1995, с. 389]. Данный гидроксид кобальта Со(ОН)₃ осаждают из нитратных растворов, содержащих 0.5 М Co(NO₃)2 (~30 г/л Со). Нейтрализацию раствора до pH 7-10 при температуре 20°C проводили аммиаком. В процессе смешивания концентрация кобальта в пульпе понижалась до 0.25 М (~15 г/л Со). После перемешивания пульпу отстаивали в течение 24-48 часов и фильтровали под вакуумов.

Недостаток метода заключается в том, что в маточном растворе после фильтрации остается до 0.5-1.0 г/л Со. Это определяет необходимость до извлечения кобальта из маточного раствора, например ионообменными методами. Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании более эффективного способа получения оксида кобальта для производства твердых сплавов.

Техническим результатом предложения является повышение степени аммиачного осаждения кобальта из нитратных сред.

Технический результат достигается тем, что в способе получения оксида кобальта Co₃O₄ для производства твердых сплавов, характеризующемся тем, что оксид кобальта осаждают из азотнокислого раствора кобальтсодержащего сырья путем обработки в автоклаве гидросидом аммония (NH₄OH) при температуре 240-260°C в течение 1-2 ч.

Следует отметить, что по данным рентгенографии в данных условиях осадок представлен оксидом кобальта (98%) + гидроксид кобальта (2%).

При этом из сульфатных и хлоридных растворов осаждаются смешанные соли гидроксо сульфатов и хлоридов кобальта.

Влияние температуры и продолжительности автоклавного передела на степень аммиачного осаждения кобальта из нитритных сред обобщено в табл. 1 и 2 (содержание кобальта в исходном растворе ~30 г/л).

Таблица 1

Влияние температуры на степень автоклавного осаждения кобальта аммиаком из нитритных сред (продолжительность процесса 2 часа, pH 9,5)

2

Таблица 2
Влияние продолжительности автоклавной обработки на степень осаждения кобальта аммиаком из нитратных сред (температура 240°С, рН 9,5)
Продолжительность автоклавного передела, мин	Содержание кобальта в маточном растворе, г/л	Степень осаждения кобальта, %
1,0	2,330	94,5
30,0	0,033	98,9
60.0	0,020	99,3
120,0	0,018	99,4

Согласно проведенной технико-экономической оценке безоксалатный процесс позволяет уменьшить операционные затраты примерно на 1000 долл. США на 1 т товарного оксида кобальта (Co₃O₄) по сравнению со стандартной оксалатной технологией. В качестве исходного сырья для производства порошков Co₃O₄ по данной технологии могут быть использованы различные Co-содержащие оксидные и металлические полупродукты (стружка, обрезь, концентраты и т.п.).

Пример 1.

Исходный азотнокислый раствор, содержащий ~30 г/л Со, нейтрализовали до рН 9,5 с использованием 25% NH₄OH. Полученную пульпу помещали в автоклав с перемешивающим устройством (скорость перемешивания до 2000 об/мин). Режим осаждения: температура 240°С, продолжительность передела 2 часа, давление 32 атм, рН 9,5. После охлаждения пульпу фильтровали под вакуумом, осадок промывали дистиллированной водой и сушили до постоянного веса при температуре ~100°С.

Маточный раствор содержал 0,018 г/л Со. Степень осаждения кобальта в товарную продукцию составила 99,4%.

Пример 2.

Исходный азотнокислый раствор, содержащий ~30 г/л Со, нейтрализовали до рН 9,5 с использованием 25% NH₄OH. Полученную пульпу помещали в автоклав с перемешивающим устройством (скорость перемешивания до 2000 об/мин). Режим автоклавной обработки: температура 260°С, продолжительность передела 1 час, давление 32 атм, рН 9,5. После охлаждения пульпу фильтровали под давлением и осадок промывали дистиллированной водой. Маточный раствор содержал 0,020 г/л Со. Таким образом, степень осаждения кобальта в товарный продукт составила 99,3%.

Способ получения оксида кобальта Co₃O₄ для производства твердых сплавов, характеризующийся тем, что оксид кобальта осаждают из азотнокислого раствора кобальтсодержащего сырья путем обработки в автоклаве гидросидом аммония (NH₄OH) при температуре 240-260°C в течение 1-2 ч.