省科技計劃申請報告之鈷白合金火濕法冶煉技術(shù)

1、*省科技計劃申報材料從鈷白合金中提取co、cu、ni工程化項目可行性研究報告*有限公司2012年12月一、立項的背景與意義隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是電池功能材料、超細(xì)粉體材料和超硬材料的迅猛發(fā)展，相關(guān)有色金屬材料的消費(fèi)量也在快速增長，導(dǎo)致相關(guān)的有色金屬礦產(chǎn)資源競爭激烈，特別是中國十分缺乏并且全球消費(fèi)勢頭迅猛的鈷資源。這近10年來，鈷資源行業(yè)的競爭更加激烈。國內(nèi)許多企業(yè)紛紛從民主剛果和贊比亞等國家進(jìn)口鈷精礦和鈷白合金，回國后進(jìn)行鈷產(chǎn)品深加工。20022012年鈷精礦進(jìn)口量海關(guān)統(tǒng)計表（單位：噸）年 份20022003200420052006200720082009201020112012數(shù)量1

2、2189227932813773572121563181030215630243021286702327082368120非洲礦（%）7678739090909292959595根據(jù)安泰科公司的不完全統(tǒng)計，目前，中國約有36家工廠大量使用鈷精礦生產(chǎn)各類鈷產(chǎn)品，鈷礦資源幾乎源于非洲，國內(nèi)鈷礦資源極少，產(chǎn)能所占比例不足2%，而這些企業(yè)的生產(chǎn)能力均在100噸/月以上（以鈷金屬噸計），鈷金屬的總產(chǎn)能為36000噸/年以上。據(jù)統(tǒng)計，2004年中國精煉鈷產(chǎn)量約9000噸，是2003年2倍多。然而到2011年，中國精煉鈷產(chǎn)量高達(dá)25000噸。2004年，國內(nèi)金川公司的產(chǎn)量占國內(nèi)產(chǎn)能總和的27%以上，到201

3、1年，降到21%以下。說明國內(nèi)民企發(fā)展迅速。目前，中國已成為全球第1大鈷生產(chǎn)國，已經(jīng)超過芬蘭omg，在全球的鈷市場中舉足輕重。2001年至2011年，我國鈷消費(fèi)量的年均增長速度為18% 。據(jù)不完全統(tǒng)計，2010年度國內(nèi)鈷的消費(fèi)總量接近12000噸，出口超過16000噸。其中，國內(nèi)硬質(zhì)合金領(lǐng)域的鈷消費(fèi)量為2000噸，占16.7%；充電電池行業(yè)的鈷消費(fèi)量最大，為9000噸，占75%；人造金剛石產(chǎn)銷量占世界第一，10年來，年均增長34%以上，2010年鈷消費(fèi)量約1000噸，占8.3%；*公司建有年產(chǎn)5000噸鈷酸鋰生產(chǎn)線，且鈷酸鋰的質(zhì)量居國內(nèi)重要地位，已批量出口東盟和歐盟。但是，公司的主要生產(chǎn)原料之

4、一四氧化三鈷，仍然依賴進(jìn)口，主要從比利時ucb公司和芬蘭omg公司進(jìn)口。主要原因是國產(chǎn)原料尚不能滿足電池級鈷酸鋰產(chǎn)品的質(zhì)量要求，其表面性能和燒結(jié)后的電池性能均差。據(jù)息，國外公司的四氧化三鈷生產(chǎn)的最后一道工序是用特種助劑進(jìn)行表面處理，而這一技術(shù)國內(nèi)一直處于空白狀態(tài)，尚無人觸及。為了增強(qiáng)公司產(chǎn)品的市場競爭力，歷時10年，公司終于開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的四氧化鈷新生產(chǎn)工藝技術(shù)，最后工序選擇了特種助劑對其進(jìn)行表面處理，產(chǎn)品指標(biāo)和性能經(jīng)檢測完全達(dá)到比利時進(jìn)口產(chǎn)品的品質(zhì)水平。受鈷資源影響，公司已成立國際市場部，專門負(fù)責(zé)從非洲收購鈷精礦，同時，收購鈷白合金。據(jù)1997年美國地調(diào)局統(tǒng)計，民主剛果金蘊(yùn)有非常豐富

5、的鈷精礦資源,品位極高，其鈷資源儲量約200萬t，儲量基礎(chǔ)250萬t以上。但是，民主剛果金政府限制該國鈷精礦出口，鼓勵將鈷精礦深加工，制成鈷白合金等鈷產(chǎn)品再出售。例如，民主剛果金的潘達(dá)熔煉廠，用電爐將富鈷精礦氧化熔煉成銅-鈷-鎳/鐵合金（含鈷40%以上均叫鈷白合金），再送往比利時精煉并回收鈷。受此政策影響，中國許多鈷產(chǎn)品企業(yè)被動。鈷白合金的冶煉技術(shù)一直被比利時等幾個國際鈷巨頭所壟斷，多年來，國內(nèi)許多公司進(jìn)行了研究均沒有取得成功。幸運(yùn)的是，公司經(jīng)過努力研究，終于在2010年突破了該項技術(shù)，小試取得成功，并于2011年初中試成功，經(jīng)過近2年的生產(chǎn)積累和擴(kuò)產(chǎn)摸索，已經(jīng)完全掌握這一技術(shù)，現(xiàn)已建成200

6、0噸/年鈷白合金火-濕法生產(chǎn)線。本項目旨在針對上述國外政策，以公司自主研發(fā)且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的鈷白合金新工藝新技術(shù)為基礎(chǔ)依托，打算在*冶金高科園內(nèi)建一個具有良好經(jīng)濟(jì)效益的鈷、銅、鎳火-濕法工廠，擬建年處理鈷白合金10000噸生產(chǎn)線2條，確保年產(chǎn)鈷10000噸以上（鈷金屬噸位），采用先進(jìn)的現(xiàn)代企業(yè)管理模式，建成鈷資源新材料工廠的生產(chǎn)經(jīng)營實(shí)體，促進(jìn)鈷白合金綜合回收與深加工利用，進(jìn)而向鈷酸鋰電池材料、超細(xì)材料、納米粉體材料、有色金屬功能材料等方面發(fā)展。本項目依托公司現(xiàn)有的產(chǎn)業(yè)平臺，既解決了鈷酸鋰原料問題，又進(jìn)一步開發(fā)各種高附加值鈷系列材料，可形成以鈷白合金處理新工藝技術(shù)為基礎(chǔ)，生產(chǎn)鈷系列新材料產(chǎn)品的

7、科技先導(dǎo)型龍頭企業(yè)。二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢鈷白合金一直受世界各國青睞，但是，關(guān)于其冶金處理工藝技術(shù)至今相當(dāng)棘手，是一種很難直接消化利用的鈷資源。鈷白合金是以鈷、銅、鐵為主要成分的冶煉中間產(chǎn)品，主要是鈷、銅、鐵三種元素的三元合金，其中，鐵含量高達(dá)26.22%，其它元素含量較低，有時富含鎳。目前，處理鈷白合金原料的大多數(shù)冶煉廠均采用氧化酸浸中和沉淀除鐵技術(shù)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的鐵渣，銅、鈷損失較大，鈷的綜合回收率85。至今為止，針對鈷白合金綜合回收的冶金處理工藝技術(shù)均無比較成熟的公開報道。國外也僅有世界著名的inco公司和比利時的umicore公司以鈷白合金為原料進(jìn)行鈷鎳銅綜合回收的記載。目

8、前，國內(nèi)有一些企業(yè)、科研院所正在進(jìn)行科研攻關(guān)，例如，金川有色金屬工業(yè)集團(tuán)公司、北京有色金屬總院、北京礦冶研究總院、及江浙贛等省份的相關(guān)企業(yè)。*有限公司自2001年起，就一直在針對鈷白合金綜合回收利用的研究，完全依靠自己的研發(fā)力量，取得了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鈷白合金綜合回收鈷鎳銅的新技術(shù)。三、項目實(shí)施主要內(nèi)容、技術(shù)關(guān)鍵與創(chuàng)新點(diǎn)、預(yù)期目標(biāo)*有限公司采用具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)工藝技術(shù)，在本項目中，被處理的鈷白合金原料主要成分是：鈷2040、銅820、鎳210、鐵2045。由于該原料含銅量較高，具有一定的延展性，很難用一般的機(jī)械設(shè)備破碎。也不能用常用的無機(jī)酸浸（鹽酸、硫酸等）或者氨浸，此條件下完全不溶解

9、。在鹽酸介質(zhì)中電溶也不能使其溶解，在王水中的溶解速度也非常緩慢。如果使用鈦板做電極，需要很大電流才能溶解，生產(chǎn)成本非常高。1、本項目實(shí)施的主要內(nèi)容是：（1）處理鈷白合金的中大型生產(chǎn)線的冶金工藝技術(shù)、工藝條件與參數(shù)的優(yōu)化試驗；（2）鈷白合金綜合回收鈷鎳銅等5000噸/年的工業(yè)中大型生產(chǎn)線設(shè)計；（3）鈷白合金火法預(yù)處理專用設(shè)備制造；（4）鈷白合金濕法冶煉設(shè)備和分離提純設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計制造；（5）處理鈷白合金5000噸/年的工業(yè)中大型生產(chǎn)裝置安裝調(diào)試；（6）制備化學(xué)純氯化鈷、硫酸鎳和硫酸銅等產(chǎn)品。 2、本項目實(shí)施的工藝技術(shù)路線（詳見下文之工藝流程圖）鈷白合金粗碎、篩選10mm直徑以下粒子，與硝酸鈉、石

10、灰石等助熔劑混合成球，于15003000熔化，再經(jīng)高壓高溫?zé)o氣噴霧制粉工藝預(yù)處理，制得鈷銅鐵鎳等的鹽粉，再用傳統(tǒng)濕法冶金工藝進(jìn)行分離提純（需要適當(dāng)進(jìn)行技改），分別制得化學(xué)純硫酸鎳、氯化鈷和硫酸銅溶液。整個工廠的流水線設(shè)計分為：合金預(yù)處理工序、浸出工序、溶液凈化和萃取分離提純工序、環(huán)保設(shè)施、生產(chǎn)輔助設(shè)施。（1）預(yù)處理工序各種原料進(jìn)廠后，按照其種類進(jìn)庫，同時取樣分析。預(yù)處理過程首先配料，利用中頻感應(yīng)爐熔化合金，再利用霧化設(shè)備進(jìn)行霧化處理，得到200目以上細(xì)粉。在熔化過程中，需加入造渣劑和氧化劑，造渣除去某些雜質(zhì)元素，氧化合金甚至成鹽以利浸取，保證浸出生產(chǎn)工序的平穩(wěn)運(yùn)行。（2）浸出工序根據(jù)需要對浸出

11、工序的溶液加溫，控制浸出溫度在50200，采取間斷式浸出方式。浸出后的溶液需調(diào)節(jié)ph值，用針鐵礦法除鐵，然后，溶液送至萃取凈化工序分離出co、cu、ni，鐵渣外售給煉鋼廠。p507萃鈷后的含鎳萃余液，返回浸出工序用碳酸鈣沉淀，生成碳酸鎳，沉鎳后液二次沉淀殘存的鎳，二次沉淀后液排至環(huán)保系統(tǒng)，污水處理達(dá)標(biāo)后排放。p204和p507負(fù)載有機(jī)相中的fe3+用鹽酸反萃，待鐵反萃液酸度降至一定濃度時，把含鐵的反萃液返回鈷白合金料繼續(xù)浸出。碳酸鎳經(jīng)氨浸后生成鎳銨溶液，再送入萃取凈化工序生產(chǎn)化學(xué)純硫酸鎳。二次沉鎳得到的硫化鎳返回廢合金浸出槽繼續(xù)浸出。經(jīng)本工序技術(shù)處理，鈷白合金中的co、cu、ni浸出率高達(dá)98

12、以上。鈷白合金原料 噴霧制粉 浸 出 調(diào)溶液ph值 除 鐵 鐵渣（出售） p204萃取除雜 p204負(fù)載有機(jī)相 ni、co溶液 反 萃 cu cuso4 p507萃取co 反 萃 fe ni溶液 純cocl2 p204有機(jī)相 fecl3 碳銨中和 nico3 中和后液 氨浸 硫化沉淀 渣 ni氨溶液 沉淀后液（排放） nis、cos lix-84i萃取 niso4 萃余液 進(jìn)一步深加工（3）溶液凈化和萃取分離提純工序在溶液凈化和萃取分離提純工序，主要是分離提純浸出工序產(chǎn)生的鈷鎳溶液，根據(jù)鈷鎳產(chǎn)品工序的需要，分別得到化學(xué)純的氯化鈷溶液、硫酸銅溶液和硫酸鎳溶液。本工序包括：萃取除雜系統(tǒng)，鈷提純與分

13、離系統(tǒng)，鎳萃取系統(tǒng)。本工序處理浸出工序提供的含鈷鎳浸出液，首先用p204萃取凈化，脫除溶液中銅鐵等雜質(zhì)，再用p507分離鈷鎳，得到負(fù)載鈷的p507有機(jī)相，用鹽酸反萃獲得化學(xué)純的鈷鹽溶液。含ni的p507萃余液返回浸出工序處理。本工序由多個連續(xù)作業(yè)萃取系統(tǒng)組成，除雜作業(yè)用p204制鈉皂進(jìn)行，負(fù)載p204有機(jī)相先用硫酸反萃銅，生產(chǎn)硫酸銅，鐵反萃液返回廢合金料再浸出。p204萃余液，屬于比較純凈的鈷鎳溶液，進(jìn)入p507系統(tǒng)進(jìn)行鈷鎳分離，制鈉皂后再用p507自身的萃余液制得鎳皂，萃余液返回浸出工序沉淀碳酸鎳。負(fù)載鈷的p507有機(jī)相反萃后得到化學(xué)純的鈷鹽溶液。碳酸鎳氨浸后得到的鎳銨溶液，經(jīng)lix-84i

14、萃鎳、硫酸反萃，得到高純硫酸鎳溶液。lix-84i萃余液再返回氨浸。經(jīng)本工序處理，鈷、鎳萃取總回收率達(dá)99.0%以上，銅的總回收率為95%左右。（4）環(huán)保設(shè)施預(yù)處理工序和浸出工序產(chǎn)出的廢氣，用三級噴淋吸收塔吸收后排空。除鐵工序產(chǎn)生的鐵渣外售給煉鋼廠。廢水處理產(chǎn)生的硫酸鈣渣，進(jìn)行固化填埋處理。浸出液經(jīng)二次沉淀后，其重金屬含量已達(dá)到國標(biāo)gb89781996中規(guī)定的三級標(biāo)準(zhǔn)，直接排放至環(huán)保處理系統(tǒng)，經(jīng)深度處理后達(dá)標(biāo)排放。（5）生產(chǎn)輔助設(shè)施利用*有限公司現(xiàn)有的輔助設(shè)施（包括供水、供電、庫房等）。3、本項目實(shí)施的技術(shù)關(guān)鍵：鈷白合金原料的火法預(yù)處理技術(shù)。進(jìn)行火法預(yù)處理，是為了破壞鈷白合金的晶型結(jié)構(gòu)，使其易

15、被腐蝕，從而降低鈷白合金的浸出溫度，提高浸出速度和生產(chǎn)效率，盡可能節(jié)約化學(xué)藥劑費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本。4、本項目實(shí)施的創(chuàng)新點(diǎn)：a、 采用火法助熔技術(shù)成鹽方法（創(chuàng)造性地找到了合適的助熔劑，開發(fā)了相關(guān)工藝技術(shù)），高溫下進(jìn)行無氣熔體噴霧的霧化制粉技術(shù)（將傳統(tǒng)工藝裝備創(chuàng)新應(yīng)用），對鈷白合金進(jìn)行預(yù)處理，解決了合金浸出困難的問題；b、 采用針鐵礦除鐵，解決鈷白合金中鐵含量高問題，而常規(guī)工藝的黃鈉鐵礬除鐵，容易產(chǎn)生大量鐵渣，且鐵不能有效回收；c、 采用粉末冶金和濕法冶金相結(jié)合的新工藝新處理技術(shù)，解決了鈷白合金中各種有價金屬綜合回收的問題。5、本項目實(shí)施的預(yù)期目標(biāo)：在浸出工序中，鈷鎳浸出率達(dá)95以上；在整個工藝過

16、程中，鈷鎳銅的總回收率均大于90。四、應(yīng)用或產(chǎn)業(yè)化前景與市場需求我國鈷資源稀缺，每年需從國外進(jìn)口鈷精礦（特別是從非洲的民主剛果金和贊比亞等國家），年進(jìn)口量高達(dá)120000150000噸/年，預(yù)計到2015年，將增加到200000噸/年。但是，由于非洲地區(qū)的盛產(chǎn)鈷資源國家的出口政策發(fā)生變化，將會給中國的鈷冶煉企業(yè)和相關(guān)的鈷產(chǎn)品下游企業(yè)造成相當(dāng)大的被動局面。*有限公司的鈷白合金綜合處理新工藝技術(shù)的研究和中大試生產(chǎn)成功，能順利地解決非洲國家的出口政策變化帶來的不良影響，顯然，該技術(shù)的應(yīng)用前景十分巨大。*有限公司年產(chǎn)5000噸鈷酸鋰生產(chǎn)線，年需鈷金屬噸位達(dá)3000噸以上。公司鈷白合金綜合處理新技術(shù)的成

17、功，以及公司自主開發(fā)的表面處理后的電池級四氧化三鈷生產(chǎn)技術(shù)，加上鈷酸鋰生產(chǎn)技術(shù)，可形成一個比較完整的鈷產(chǎn)業(yè)鏈，將為*省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。五、現(xiàn)有工作基礎(chǔ)、條件和優(yōu)勢*有限公司是由*大學(xué)*院士、*博士為主組建的*研究所和*民營企業(yè)共同組建，以研制、生產(chǎn)鋰離子電池正極材料為主，是*省的高科技民營企業(yè)。公司成立于2001年10月，注冊資本9999.8萬元。截止2011年12月底，公司已完成固定資產(chǎn)設(shè)備投資12500萬元，科技研發(fā)投資4800萬元，建成20條生產(chǎn)線，已具備年產(chǎn)5000噸鈷酸鋰生產(chǎn)能力，自行建設(shè)了一條小型電池生產(chǎn)線（主要用于測試鈷酸鋰的電化學(xué)性能）和兩條四氧化鈷生產(chǎn)線。公司于20

18、*年*月*日完成了高新技術(shù)企業(yè)的認(rèn)證工作，20*年*月又榮獲*省重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)稱號。目前，公司正處成長期，企業(yè)財務(wù)狀況良好，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。2010年度，單位總收入為80000余萬元，實(shí)現(xiàn)利潤16000余萬元。2011年度，單位總收入為150000余萬元，實(shí)現(xiàn)利潤30000余萬元。公司依托自身技術(shù)力量，對鈷白合金綜合回收利用進(jìn)行了大量的研究工作，取得了自主開發(fā)的關(guān)鍵工藝技術(shù)。同時也能為公司電池材料產(chǎn)品的生產(chǎn)降低成本，完善公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)公司在國際鈷市場的競爭能力。六、項目實(shí)施方案、組織方式與課題分解本項目由*有限公司技術(shù)部負(fù)責(zé)并獨(dú)立完成，知識產(chǎn)權(quán)歸*有限公司所有。本項目分為兩個部分：第一

19、部分為處理鈷白合金的冶金技術(shù)和工藝條件優(yōu)化試驗；第二部分為綜合回收鈷鎳銅等工業(yè)中大試生產(chǎn)線設(shè)計。七、進(jìn)度安排與年度計劃內(nèi)容整個項目計劃實(shí)施的時限為一年半(2013.12014.6)，擬于2014年5月完成：2013.0102 前期中大試生產(chǎn)線的工藝技術(shù)總結(jié)，大生產(chǎn)方案調(diào)研，工作準(zhǔn)備；2013.0306 預(yù)處理鈷白合金冶金技術(shù)工藝條件優(yōu)化試驗、處理鈷白合金并綜合回收鈷鎳銅等有價金屬的工業(yè)中大試生產(chǎn)線擴(kuò)改至5000噸/年設(shè)計；2013.0709鈷白合金預(yù)處理專用設(shè)備、濕法冶煉設(shè)備和分離提純設(shè)備選型及設(shè)備采購。2013.102014.01 處理鈷白合金5000噸鈷金屬/年工業(yè)生產(chǎn)裝置安裝調(diào)試；201

20、4.022014.05 從鈷白合金中提取co、cu、ni工程項目試生產(chǎn)；2014.05 項目總結(jié)、項目鑒定。八、承擔(dān)單位和主要研究人員簡況本公司自成立以來，一直從事鈷冶金工藝技術(shù)研究開發(fā)和鈷酸鋰電池材料研發(fā)與生產(chǎn)，在該領(lǐng)域，有著從基礎(chǔ)研究到工藝技術(shù)、工程化、產(chǎn)業(yè)化、市場推廣的雄厚技術(shù)力量和商業(yè)隊伍。為確保本項目的順利實(shí)施，在前期研究工作的基礎(chǔ)上，再組建一個年富力強(qiáng)的工程化經(jīng)驗豐富的團(tuán)隊，專門負(fù)責(zé)大工業(yè)化產(chǎn)業(yè)化的工程化設(shè)計與實(shí)施，由*院士為學(xué)術(shù)帶頭人、*教授與博導(dǎo)、*博士，和一批中青年博士、高工為技術(shù)骨干的產(chǎn)業(yè)化工程化隊伍，其專業(yè)結(jié)構(gòu)與年齡結(jié)構(gòu)合理。其具體組成如下表所示：項目參加人員一覽表編號姓

21、名性別年齡專業(yè)學(xué)歷職稱項目分工1*男35電池材料博士教授項目負(fù)責(zé)人2*男52工程設(shè)計大學(xué)高工項目工程總設(shè)計師3*男38有色冶金碩士高工工藝設(shè)計與試驗4*男26有色冶金碩士工程師工藝設(shè)計與試驗5*男52工商管理碩士高級經(jīng)濟(jì)師項目管理6*男28有色冶金博士工程師機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計7*男26有色冶金大學(xué)工程師工藝設(shè)計與試驗8*男43材料與工程碩士高工項目執(zhí)行九、經(jīng)費(fèi)預(yù)算來源、使用計劃及還款能力分析1、項目總資金與年度資金預(yù)算（資金構(gòu)成及構(gòu)成比例）項目總資金預(yù)算為50000萬元，其中自籌48000萬元， 申請*省科技計劃重點(diǎn)項目撥款2000萬元(其中科技撥款500萬元，科技貸款1500萬元)。年度預(yù)算如下表：項目總資金與年度資金預(yù)算 （單位：萬元）年度資金構(gòu)成小計撥款自籌貸款2013500400001000415002014070005008500總計50047000150050000構(gòu)成比例（%）*100