氧化钴

钴是铁系元素之一，它的保磁力和硬度都较铁镍高得多。氧化钴分子式为coO，相对分子质量为74.93。

1．产品性能

灰色的氧化钴又称一氧化钴，有时为绿色晶体，密度为5.7-6.7g/m³，熔点为1800℃，同时分解。不溶于水，能溶于酸和碱金属氢氧化物溶液。氧化钴用途很多，主要用于制造硬质钢、耐热钢和永磁钢；用于生产合成硝酸、合成汽油、油类氢化和裂化、油漆的催干和其他有机合成工业的催化剂；用于作硅酸盐工业中的色素，如搪瓷工业中作底粉和色料以及玻璃和瓷器等的蓝色釉料；生产医学工业上广泛应用的放射性钴源(Co⁶⁰ )；制造油漆颜料，氧化钴可用于制造蓝、绿、红、黄和紫等各种稳定的颜料。

2．生产方法

将钴土矿还原熔炼制得的钴合金（其中含有大量的铁、镍、铜、锌、锰等元素）和原矿粉混合加入反应器中，加入稀硫酸溶解，大部分铁和砷成为碱式硫酸盐沉淀下来，而钴、锰、镍、铜、铝及锌等留在溶液中。溶液中含锰很多，Co：Mn=1：5，加入硫化钠，可除去大部分锰和镍，钴则以硫化钴形式沉淀下来，其中含有大量的铜和少量锰。把沉淀煅烧，使硫化钴转变成硫酸钴，然后经过除铜、除锰、析钴和再次缎烧，得氧化钴。生产中反应很多，也很复杂，其中有关钴的最重要的反应如下：

溶解：2Co+2H₂SO₄ +MnO₂→2COS0₄ +2 H₂O

沉钴：CoSO₄ +Na2S→COSO↓+Na₂SO₄

煅烧：COS0₄ +COS+O₂→2CoO+2SO₂

除铜：CuS0₄ +COS→COS0₄ +CuS↓

除锰：MnS0₄+NaC0₃+H₂0→MnO(OH)₂ +NaSO₄+CO↑

析钴：2CoS0₄ +NaCl0+2NaCO₃＋H₂O→2Co(OH)₃↓+NaCI+2NaSO₄+CO₂↑

锻烧（在600℃时):2Co(OH)₃→Co0₃+3H₂0

当温度更高时，失去氧变成一氧化钴。2Co₂O₃→4CoO+O₂↑

3．主要原料

钴镍合金                   钴土矿（粉）

硫酸                       硫化钠

次氯酸钠                   碳酸钠

4．主要设备

不锈钢反应器               反射炉

锅炉                       抽滤机

6-7个耐酸除杂反应器        耐酸泵

5．生产工艺

生产原料之一的钴合金粉，是用钴土矿先在鼓风炉中熔炼后，再放到转炉中于1200℃的温度下吹富氧空气熔炼，以除去大量的锰和硅。

(1)溶解先把钴合金粉计量后加入反应器，然后加入需要量的稀硫酸。

打开蒸汽管加热煮沸，在搅拌下陆续加入矿石粉（200目），矿粉加够量后，再搅拌30-60min，使物料充分溶解；得到的溶液的pH在3-4之间，因为煮的时间较长，大部分铁和砷（如有）都以碱式盐形式沉淀下来，而钴以及铜、锰、镍、锌等杂质则保留在溶液中，溶液中约含钴4-6g/L；过滤物料，沉淀中以铁为主，用水洗后弃去，洗涤水用来稀释硫酸。溶解工段的重要副反应如下：

Fe₂0₃＋3H₂S0₄→Fe₂(S0₄)₃＋3H₂SO₄

Fe₂(SO₄)₃＋4H₂O一Fe₂(OH)₄SO₄↓＋2 H₂S0₄

(2）沉钴在所得滤液中，锰含量仍比较多，其中钴，锰＝1:5左右。加入硫化钠（加量根据溶液中钴、铜等的含量而定），沉淀出钴，同时铜也一同沉淀；在充分搅拌和pH为3-4时，镍和锰则留在溶液中。

过滤除去镍和锰。沉淀可用水洗涤几次，因为硫化锰溶解度大，沉淀带下少部分锰也可以洗去，沉淀中Co：Mn为100：3，如果用稀酸或氯化铁溶液洗涤，则锰被除的更净。

(3)锻烧把沉淀（主要是CoS和CuS，也有少量硫酸锰）放在反射炉中锻烧，所需温度大约为600℃左右，锻烧工段反应如下：

CoS＋2O₂→CoSO₄

(4)除铜用热水逆流浸溶焙烧产物，可得到含Co为60g/L左右的溶液；过滤浸出液，除去不溶物得亮清滤液，往滤液中加入沉钴工段得到的硫化钴，搅拌、煮沸，铜即以硫化铜沉淀出来，沉渣可回收铜；钴等则保留在溶液中，反应如下：

CuS0₄＋CoS→COS0₄＋CuS↓

(5)除去锰大量的锰已在用硫化钠沉淀时除去，但仍有占钴含量的1％一2％的锰，加入适量的次氯酸钠溶液可以除去余下的绝大部分锰，产生的酸用碳酸钠中和。反应如下：

MnSO₄ + NaC10+Na₂C0₃+H₂0→MnO(OH)₂↑+NaCl + Na₂S0₄ + CO₂↑

过滤，沉淀主要是锰，钴留在溶液中。

(6)析钴钴和镍性质相近，难以分离。目前多采用分级析钴除镍办法除镍。在中性溶液中，钴比镍容易氧化，并水解生成Co(OH)₃沉淀出来，而镍则留在溶液中，生成的酸用碳酸钠中和。

将次氯酸钠溶液事先和少量碱液混合，使有效氯稍过量；把钴盐溶液加热到45-60℃，在剧烈地搅拌下，将次氯酸钠和碳酸钠混合液少量连续地加入其中，使硫酸钴转变成三价的氢氧化钴沉淀出来。原溶液中钴，镍＝10 : 1，而析出的钴中，钴，镍=1:0.0015；过滤，滤液中的钴，镍＝3:1，再照上面方法进行第二次析钴；两次析钴后的溶液用于回收氧化镍或镍盐。

(7)除硫和钙析钴得到的氢气化钴沉淀，加入碳酸钠溶液，然后煮沸（或干拌烧结），则氢氧化钴中可能有的碱式盐加硫酸盐均分解，生成氢氧化钴沉淀、硫酸钠和碳酸盐。

过滤除去溶液中的硫酸钠，用稀硝酸洗去沉淀中的碳酸钙，再用压滤机压滤，得到氢氧化钴滤饼，送去烘房烘干。

(8)将烘干的氢氧化钴磨成粉，然后放锻烧炉中，在600-800℃的温度下焙烧，即得氧化钴成品。

6．产品质量

说明：①溶解原料时，钴土矿粉系作氧化剂，可以用氯酸钠来代替，溶剂利用率、钴溶解的速度和溶液浓度都可以大大提高，并可直接除锰，不需要加硫化钠沉钴工段，可省去1/3的操作。

②实际上，煅烧氢氧化钴，只烧去其中的水分即可，从理论上说，对应用没有影响。如此可免去进一步煅烧时粉尘飞扬的耗损，对工人健康也有好处。

③氧化钴所含杂质对着色有些影响。镍使钴的蓝色加深而带黑，若不超过1％影响并不显著；铁和锰会使钴的颜色带暗棕色。氧化钴中的钙、锌和硅含量没有规定，因为它们都是配色料的成分。