一種鈷溶液中深度凈化除鐵的方法與流程

本發明涉及化工技術領域，具體的說是一種鈷溶液中深度凈化除鐵的方法。

背景技術：

高純鈷是重要的電子材料，純度為3N~4N的高純鈷在計算機存儲硬盤中大量使用，而純度為5N及以上的高純鈷則主要用于半導體行業集成電路的關鍵性接觸材料。

制備高純鈷的關鍵在于鈷溶液中雜質的深度凈化。鈷溶液中的雜質鐵會導致由高純鈷制備的電子元件磁性能不一致。目前制造高端集成電路普遍要求高純鈷中的雜質Fe含量少于1ppm。溶液中除鐵的方法主要有中和法、針鐵礦法、氧化鐵法、鐵礬法等，這些方法主要針對濕法冶金冶煉過程中雜質鐵的脫除，而適用于電積鈷溶液中雜質鐵的深度脫除方法的國內外研究報道甚少。

專利CN103966627A公開了一種適用于鐵濃度低于500mg/L的鈷電解或電積溶液中鐵的深度脫除方法，向鈷鹽溶液中加入磷酸鹽或磷酸，使其與雜質鐵形成穩定的絡合物，然后采用電積鈷的方法得到鐵雜質含量低于0.5ppm高純鈷，該方法引入了鈉和磷酸根雜質，需要對含磷廢水進行處理，增加了生產成本。

專利CN102162031B使用具有氧化性的三氯異氰尿酸作為除鐵劑，將Fe²⁺氧化成溶于水的Fe³⁺，而Co²⁺與加入的草酸銨生成草酸鈷沉淀，從而達到除鐵的效果，但是草酸鈷無法直接用于電沉積制備高純鈷，需要進行進一步處理，增加了工藝流程，且由于三氯異氰尿酸和草酸銨會造成氨氮廢水。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種鈷溶液中深度凈化除鐵的方法，該工藝簡單易操作、穩定性好、成本低、綠色環保、且樹脂經過脫鐵處理后可以循環利用。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種鈷溶液中深度凈化除鐵的方法，包括以下步驟：

步驟一：采用鈷片電溶造液或鈷鹽晶體與水配成鈷溶液，所得鈷溶液中鈷離子的濃度為30~150g/L；雜質鐵離子的濃度低于0.5g/L，用酸溶液或氨水調節溶液的pH值至1~3；

步驟二：將步驟一所得的鈷溶液流過離子交換柱中的Monophos螯合型樹脂進行交換，控制溶液的溫度為20℃~80℃， pH值為1~5；

步驟三：將經過步驟二凈化除鐵后的鈷溶液通入電積槽進行電積除雜凈化，得到鐵含量小于1ppm的99.999%的高純鈷，其中電積除雜凈化控制條件為：鈷溶液pH值為1~4，溶液溫度40~80℃，電流密度50~500A/m²，電壓2.5~12V。

所述步驟一中的鈷溶液為CoSO₄溶液、CoCl₂溶液或CoSO₄ +CoCl₂的混合溶液。

所述步驟二中鈷溶液與樹脂的交換速率為0.2~10.0BV/h。

所述步驟二中溶液的溫度為50℃~70℃。

所述步驟二中溶液的pH值為2~3。

所述步驟一中的酸溶液為硫酸溶液或鹽酸溶液。

本發明的有益效果：

本發明提供的鈷溶液中深度凈化除鐵的方法，采用螯合型樹脂Monophos，經動態離子交換法深度脫除鈷溶液中雜質鐵的工藝，然后通入電積槽進行電積除雜凈化，可得到鐵含量小于1ppm的99.999%的高純鈷；本發明適用于電積鈷液中痕量鐵的深度脫除，該工藝簡單易操作、穩定性好、成本低、綠色環保、且樹脂經過脫鐵處理后可以循環利用。

附圖說明

圖1為電積鈷板GDMS分析報告單。

具體實施方式

下面結合具體實施方式對本發明做進一步的闡述。

一種鈷溶液中深度凈化除鐵的方法，包括以下步驟：

步驟一：采用鈷片電溶造液或鈷鹽晶體與水配成鈷溶液，所得鈷溶液中鈷離子的濃度為30~150g/L；雜質鐵離子的濃度低于0.5g/L，用酸溶液或氨水調節溶液的pH值至1~3；

步驟二：將步驟一所得的鈷溶液流過離子交換柱中的Monophos螯合型樹脂進行交換，控制溶液的溫度為20℃~80℃， pH值為1~5；

步驟三：將經過步驟二凈化除鐵后的鈷溶液通入電積槽進行電積除雜凈化，得到鐵含量小于1ppm的99.999%的高純鈷，其中電積除雜凈化控制條件為：鈷溶液pH值為1~4，溶液溫度40~80℃，電流密度50~500A/m²，電壓2.5~12V。

實施例1

首先量取1000mL CoSO₄溶液（CoSO₄?7H₂O晶體粉末與超純水配制而成），鈷離子濃度60g/L，用濃硫酸溶液調節pH值至2。然后通過裝有200ml Monophos樹脂的離子交換柱，控制鈷溶液與樹脂的交換速率為0.2~3.0BV/h，溶液溫度為50~70℃，溶液pH值為2~3，離子交換吸附后雜質元素濃度如表1所示：

表1 硫酸鈷溶液凈化前后鐵含量對比

實施例2

首先量取125L CoSO₄+CoCl₂的混合溶液（CoSO₄?7H₂O晶體粉末+CoCl₂?6H₂O晶體粉末與超純水配制而成），鈷離子濃度100g/L，用濃硫酸溶液調節pH值至1。然后通過裝有25L Monophos樹脂的離子交換柱，控制鈷溶液與樹脂的交換速率為0.2~3.0BV/h，溶液溫度為50~70℃，溶液pH值為2~3，離子交換吸附后雜質元素濃度如表2所示：

表2 硫酸鈷溶液凈化前后鐵含量對比

實施例3

首先量取50L CoCl₂溶液（CoCl₂?6H₂O晶體粉末與超純水配制而成），鈷離子濃度40g/L，用濃鹽酸溶液調節pH值至1。然后通過裝有10L Monophos樹脂的離子交換柱，控制鈷溶液與樹脂的交換速率為0.2~3.0BV/h，溶液溫度為50~70℃，溶液pH為2~3，離子交換吸附后雜質元素濃度如表3所示：

表3 硫酸鈷溶液凈化前后鐵含量對比

為進一步驗證Monophos型樹脂對鈷溶液中雜質鐵的深度脫除效果，取上述實施例1深度除鐵凈化后的CoSO₄溶液6.0L置于電積槽中，鈦編網籃作為陽極，陰極為鈦板，控制電積條件為：鈷溶液pH值為1~4，溶液溫度40~80℃，電流密度50~500A/m²，電壓2.5~12V，將電積后鈷板取樣進行GDMS分析，檢測結果如附圖1所示。鈷板中鈷含量達到99.999%，鐵雜質含量小于1ppm，總雜質含量小于10ppm。用該工藝對鈷溶液中的雜質鐵進行深度脫除后，能滿足制備鐵含量小于1ppm的99.999%高純鈷的要求。

上述實施例均為為本發明較佳實例，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修飾、等同變化與修飾，均落入本發明的保護范圍內。