中國粉體網訊 鈷優異的性質使其在眾多領域得到廣泛的應用，鈷產品主要以化學品和金屬的形式應用于電池材料、催化劑、顏料、高溫合金、硬質合金和磁性材料等領域。目前，電池行業是消耗鈷最多的行業，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定性和安全性，改善電池的循環性能，從而提高電池的壽命。鈷與鎳、鉻、鉬和鎢等元素構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用領域。
鑒于鈷日益突出的重要地位，歐盟、美國最近先后發布了包含鈷礦物、鈷金屬及氧化物在內的關鍵礦物、原材料清單，將其列為重要“戰略物資”，并制定了限制其進出口貿易的安全供應戰略和政策。我國已于2016年將金屬鈷列入戰略性礦產目錄。
中國作為全球第一大鈷消費國，國內鈷資源相對貧乏，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%以上的鈷初級產品來自非洲，而非洲地區政局動蕩、局部沖突多發，存在諸多不確定因素。在資源短缺加進口不穩定性雙重壓力下，我國鈷資源供應存在巨大安全隱患，難以為鈷原料的安全供應提供有效的保障。
因此，探索新的鈷生產來源迫在眉睫。我國龐大的鈷消費基數成為我國解決鈷資源儲量不足的潛在優勢，報廢含鈷產品及含鈷礦物冶煉產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，會產生大量含鈷廢渣，如電解錳廠產生的錳鈷渣、濕法冶鋅工藝凈化除鈷工序產生的鋅鈷渣，以及銅、鎳等冶煉產生的冶金渣等。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。鑒于冶金渣的規模和含鈷量，從含鈷冶金渣回收鈷具有很高的經濟價值和保障鈷安全供應的戰略意義。
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境的污染。
廢合金
含鈷合金廢料主要包括高溫合金、硬質合金和磁性合金。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，既可實現資源的再生，又能獲得可觀的經濟效益。
廢催化劑
催化劑的作用對于石油煉制工業中的燃料生產是必不可少的。目前煉油工藝廣泛應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)反應來提高原料中存在的硫、氮和金屬(V和Ni)等不良雜質的脫除。隨著催化劑失活，每年產生大量的廢催化劑。這些廢催化劑富含鉬(Mo)、鎳(Ni)、鈷(Co)、釩(V)和鋁(Al)等戰略金屬。其中鈷主要以單質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，這在技術上也是可行和經濟的。
鈷二次資源回收技術現狀
鈷的二次資源種類繁多，化學成分復雜多變，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、化學預除雜、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
含鈷二次資源的預處理
預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，或氧化焙燒將其轉化為氧化物。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
經化學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沉淀法分離鈷和鎳、鋅。溶液中鋅鈷分離和鈷鎳分離是根據鋅、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的溶液不太適合用沉淀法。
參考來源：
郭豪杰等: 含鈷二次資源綜合回收技術研究進展，鄭州大學
楊卉芃等，全球鈷礦資源現狀及開發利用趨勢，中國地質科學院鄭州礦產綜合利用研究所
李安國等，從含鈷廢料中回收鈷的研究進展，江西理工大學
（中國粉體網編輯整理/平安）
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