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Procédé d'extraction du cobalt.
La présente invention est relative à l'extraction du cobalt de matières renfermant du fer et du cobalt, et plus particulièrement de matières renfermant du cuivre, du fer et du cobalt. A titre d'exemple, on peut citer un minerai, minerai concentré ou produit de four, à base de cuivre et de cobalt, renfermant du fer, qui est grillé et lessivé de façon à donner une solution des métaux. Un autre exemple est un alliage de cuivre, de fer et de cobalt, comme l'on peut en obtenir par réduction de la scorie, ou laitier, résultant de la fusion d'un minerai de cuivre renfermant du fer et des quantités considérables de cobalt.
Le but de l'invention est de créer un. procédé électrolytique efficace, permettant d'obtenir à bon marché un
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cobalt pur commercialement, à partir d'une matière renfermant du fer et du cobalt, avec ou sans cuivre ou autre métal qui, dans la série électrochimique, est plus bas que le cuivre.
, D'après l'invention, on obtient une solution de fer et de cobalt, d'où le fer est enlevé. La solution de cobalt purifiée qui en résulte est introduite pour servir de catholyte dans un élément électrolytique,dàns lequel des ions positifs de l'anode sont exclus du voisinage de la cathode.
Cet élément peut être du type connu où l'anode et la cathode sont séparées par une cloison qui est poreuse dans la mesure voulue pour permettre l'écoulement de l'électrolyte. Dans cet élément, également de manière connue, est maintenu un courant de catholyte vers l'extérieur, du compartiment de la cathode, d'une vitesse suffisante pour empêcher la migration ou diffusion d'ions positifs, du compartiment d'anode au compartiment de cathode. Le catholyte est maintenu neutre, approximativement, mais avec de l'acide libre en quantité suffisante pour que le contrôle soit conservé de façon qu'il ne devienne pas basique, et qu'alors des hydrates de cobalt apparaîtraient à la cathode.
L'acide mis en liberté par suite de la précipitation électrolytique du cobalt peut être utilisé pour dissoudre d'autres quantités de matières premières. Lorsque ces matières sont métalliformes, la dissolution s'opère préférablement à l'anode. De plus, pour conserver de l'énergie électrique, la dissolution anodique s'effectue de préférence dans le même élément que la précipitation électrique du cobalt.
Cela est rendu faisable, grâce à l'exclusion susmentionnée des ions positifs libérés à l'anode, du voisinage de la cathode, exclusion qui empêche,,les métaux qui se dissolvent, de se plaquer directement sur la cathode.
L'anolyte produit par cette dissolution des métaux
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mélangés est continuellement tiré de l'élément et soumis au traitement sélectif pour l'enlèvement du fer qu'il contient; il est ensuite acidifié selon le besoin, et il est renvoyé dans l'élément comme catholyte, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus.
Puisque tout le métal ainsi dissous à l'anode n'est pas électro-dépose sur la cathode, par suite de l'enlèvement du fer de la solution, comme il a été décrit ci-dessus, et par suite encore de l'enlèvement de cuivre ou autre métal comme il va être décrit ci-après, et puisque de plus le métal qui peut être dissous à l'anode se mesure par la quantité réellement électro-déposée, il est nécessaire de dissoudre du métal supplémentaire pour combler le déficit.
Ceci peut se faire convenablement en ménageant des éléments de compensation dans lesquels l'électrolyte contient de l'aaide libre de façon que le fer et le cobalt ne s'y précipitent pas par l'électricité, par exemple de trois à cinq grammes par litre ou davantage, calculés en acide sulfurique. La solution ainsi obtenue est additionnée à l'anolyte qui s'écoule de l'élément de précipitation décrit en premier lieu, de sorte que son contenu en fer est enlevé avant qu'elle entre dans le compartiment de cathode dudit élément de précipitation.
Lorsque la matière première est métallique et contient du cuivre ou un autre métal plus bas que le cuivre dans la série électro-chimique, ce cuivre ou autre métal est pour une grande partie laissé non dissous par la dissolution anodique ci-dessus décrite, cela par suite de la faible acidité des électrolytes employés, et par suite de la présence de fer et de cobalt qui en sont des précipitants. Dans tous les cas, autant de cuivre ou d'autre métal équivalent qu'il entre dans la solution, autant il en sera précipité avec le fer à la période de précipitation de fer.
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En renvoyant maintenant au dessin graphique cijoint, oh va décrire une méthode pratique de la mise en exécution de l'invention.
Lorsqu'on minerai de cuivre renferme à la fois du fer et du cobalt, ce dernier passe par les opérations de fue sion ensemble avec le fer et se concentre spontanément dans le laitier de convertisseur, et aussi dans le laitier de réverbération, dans le cas où le laitier de convertisseur est renvoyé dans le four à réverbère. L'un ou l'autre laitier peut donc être pris et être réduit en un alliage ou mélange de fer métallique, de cobalt et de cuivre. Il est bon de tenir faible la teneur en fer du mélange de métaux, afin de diminuer les frais occasionnés par sa dissolution et précipitation.
Cette considération ne s'applique pas à la teneur en cuivre, puisque pour la plus grande partie ce métal n'est pas dissous par le procédé selon l'invention. Voici une composition particulièrement appropriée au but que se propose l'invention :
Cuivre ............ 20 %
Fer ............... 10 %
Cobalt ............ 65 %
Impuretés ......... 5 %
Le métal est fondu en forme de plaques anodes 2 qui sont suspendues dans l'élément électrolytique ê et connectées avec le pôle positif 4 d'un système d'alimentation de courant continu. Les plaques cathodes 5 peuvent être en matières variées, telles que du cobalt, fer, cuivre ou acier inoxydable, façonnées par laminage; elles sont renfermées dans des boites 6 dont les parois sont constituées par du tissu à filtrer.
Dans ces boites on introduit du sulfate de cobalt provenant d'un réservoir 8, par la voie de tuyaux 9 pourvus de valves 10 qui contrôlent la vitesse d'écoulement de façon à permettre de maintenir le liquide à l'intérieur
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des boîtes à un niveau plus élevé que celui du liquide à l'extérieur desdites boites. Il est bon de maintenir ainsi dans la boite une chute hydraulique suffisante pour assurer à travers les parois filtrantes, un écoulement d'environ 0,053 litres par décimètre carré de la surface du filtre, par heure.
Un écoulement à cette vitesse empêche réellement ou sensiblement les ions positifs de l'anolyte d'avoir accès au catholyte, 11 désigne un système de circulation par lequel le liquide dans la boite 7 est tenu en mouvement, dans le but de maintenir une composition uniforme du catholyte et d'aider à la précipitation.
On n'aura pas besoin d'ajouter de l'acide à l'élément; le radical acide libéré dans le compartiment de cathode est transporté à travers les parois 7 par l'électrolyte qui coule, et il opère la corrosion des anodes 2. Une fait ble densité de courant est désirable en vue d'une limitation de la tendance des ions positifs à migration ou diffusion dans le catholyte; on pourra employer environ 1,07 ampère par décimètre carré. Dans des conditions, les anodes 2 sont corrodées, et leurs contenus de fer et de cobalt entrent en solution. Une petite portion de leur contenu de cuivre entre également en solution, mais la majeure partie de celui-ci tombe au fond de l'élément 3 sous forme de vase. Il est bon de brosser ou gratter les anodes 2 de temps en temps pour empêcher que le cuivre ne s'y accumule et n'entre en solution en quantité excessive.
Le liquide dans l'élément 3 coule vers une sortie 12 d'où il est conduit dans l'élément de compensation 13. Dans cet élément les anodes 14 sont faites du métal mixte en traitement. Aux cathodes 15 on ne demande qu' à servir de conduc- teurs d'électricité ; peuvent être constituées par des plaques de cuivre. Un trait caractéristique essentiel de cet
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élément est que l'électrolyte 16 contient de l'acide libre en trop forte proportion pour permettre une précipitation par l'électricité du fer et du cobalt dissous par les anodes 14; à cet effet une acidité équivalente à plus de trois grammes d'acide libre par litre est nécessaire (étant supposé que l'on compte avec l'acide sulfurique). Cette acidité est maintenue par addition d'acide frais en 17.
La densité de courant dans cet élément peut être la même que dans l'élément 3.
Le pouvoir dissolvant de l'élément de compensation 13 est tel qu'il ajoute à la solution la quantité de cobalt nécessaire pour maintenir l'équilibre entre la précipitation de cobalt dans l'élément 3 et la dissolution de ce métal dans les éléments 3 et 13. La solution renforcée passe à un réservoir 18 d'où elle est livrée par portions à la cuve d'agitation 19. Dans cette cuve, on introduit aussi des matières oxydantes, telles que du b@@xyde de manganèse et de l'aci- de et des matières basiques, telles que la pierre calcaire.
Ces matières contenues dans la cuve sont remuées par un agitateur 20, et elles sont maintenues à une température élevée par des serpentins à vapeur 21 ou autres dispositifs semblables.
Par ces moyens, le fer est précipité sous une forme où on peut le filtrer, et la solution de cobalt en est séparée ensuite dans un filtre 22 et renvoyée dans le réservoir 8.
Dans ce réservoir on y ajoute de l'acide en quantité tout juste suffisante pour être sr que la solution ne devienne basique dans l'élément 3; puis on laisse couler la solution dans les boites 6. Là elle devient le catholyte d'où le cobalt se dépose sur les cathodes 5 par l'électricité; ce dépôt prend ordinairement une forme avec laquelle on le sépare facilement des cathodes après les avoir retirées de ltélé-
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ment. Le cobalt détaché est lavé et séché en 23, et il est fondu en 24 de façon à donner un métal de la forme usuelle dans le commerce.
- REVENDICATIONS -
1- Procédé de séparation du fer et du cobalt consistant à obtenir une solution desdits métaux, à en enlever le fer, à introduire la solution de cobalt ainsi purifiée comme catholyte dans un, élément électrolytique, dans lequel les ions positifs de l'anode sont exclus du voisinage de la cathode, et à maintenir le catholyte près de neutralité de son côté acide, précipitant ainsi par électricité le cobalt à la cathode.
2- Procédé comme il est revendiqué dans la revendication 1, dans lequel la solution est obtenue en dissolvant du fer et du cobalt au moyen du radical acide régénéré par la précipitation par l'électricité du cobalt.
3- Procédé comme il est revendiqué dans la revendication 2, dans -lequel du fer et du cobalt sous forme métallique sont dissous à l'anode.
4- Procédé comme il est revendiqué dans la revendication 3, dans lequel les métaux mélangés sont dissous à l'anode de l'élément dans lequel la précipitation du cobalt par l'électricité a lieu.
5- Procédé comme il est revendiqué dans la revendication 4, dans lequel l'anolyte est continuellement tiré de l'élément et renvoyé dans celui-ci comme catholyte, étant dans l'intervalle traité pour enlèvement de son contenu de fer.
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Cobalt extraction process.
The present invention relates to the extraction of cobalt from materials containing iron and cobalt, and more particularly from materials containing copper, iron and cobalt. By way of example, there may be mentioned an ore, concentrate or furnace product, based on copper and cobalt, containing iron, which is roasted and leached so as to give a solution of the metals. Another example is an alloy of copper, iron and cobalt, as can be obtained by slag reduction, or slag, resulting from the smelting of a copper ore containing iron and considerable amounts of cobalt. .
The aim of the invention is to create a. efficient electrolytic process, making it possible to obtain an inexpensive
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Pure cobalt commercially, from a material containing iron and cobalt, with or without copper or other metal which in the electrochemical series is lower than copper.
According to the invention, a solution of iron and cobalt is obtained, from which the iron is removed. The resulting purified cobalt solution is introduced to act as a catholyte in an electrolytic element, whereby positive ions of the anode are excluded from the vicinity of the cathode.
This element may be of the known type where the anode and the cathode are separated by a partition which is porous to the extent desired to allow the flow of the electrolyte. In this element, also in a known manner, a flow of catholyte is maintained to the outside, from the cathode compartment, of a speed sufficient to prevent the migration or diffusion of positive ions, from the anode compartment to the compartment of the cathode. cathode. The catholyte is kept neutral, approximately, but with sufficient free acid so that the control is maintained so that it does not become basic, and then cobalt hydrates would appear at the cathode.
The acid released as a result of the electrolytic precipitation of cobalt can be used to dissolve other amounts of raw materials. When these materials are metalliform, the dissolution preferably takes place at the anode. In addition, to conserve electrical energy, the anodic dissolution is preferably carried out in the same element as the electrical precipitation of cobalt.
This is made possible by the aforementioned exclusion of positive ions released at the anode from the vicinity of the cathode, which exclusion prevents the metals which dissolve from plating directly to the cathode.
The anolyte produced by this dissolution of metals
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mixed is continuously drawn from the element and subjected to the selective treatment for the removal of the iron it contains; it is then acidified as needed, and returned to the element as a catholyte, as described above.
Since not all of the metal thus dissolved at the anode is electro-deposited on the cathode, as a result of the removal of iron from the solution, as described above, and again as a result of the removal of copper or other metal as will be described below, and since in addition the metal which can be dissolved at the anode is measured by the amount actually electro-deposited, it is necessary to dissolve additional metal to make up the deficit .
This can be done conveniently by providing compensating elements in which the electrolyte contains free aid so that iron and cobalt do not precipitate therein by electricity, for example three to five grams per liter. or more, calculated as sulfuric acid. The solution thus obtained is added to the anolyte which flows from the precipitation element described first, so that its iron content is removed before it enters the cathode compartment of said precipitation element.
When the raw material is metallic and contains copper or another metal lower than copper in the electrochemical series, this copper or other metal is largely left undissolved by the anodic dissolution described above, that by as a result of the weak acidity of the electrolytes employed, and as a result of the presence of iron and cobalt which are its precipitants. In all cases, as much copper or other equivalent metal as it goes into solution, so much will be precipitated with the iron during the period of iron precipitation.
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Referring now to the accompanying graphic drawing, will describe a practical method of carrying out the invention.
When copper ore contains both iron and cobalt, the latter goes through the melting operations together with the iron and spontaneously concentrates in the converter slag, and also in the reverberation slag, in the case where the converter slag is returned to the reverberation furnace. Either slag can therefore be taken and reduced to an alloy or mixture of metallic iron, cobalt and copper. It is good to keep the iron content of the mixture of metals low, in order to reduce the costs caused by its dissolution and precipitation.
This consideration does not apply to the copper content, since for the most part this metal is not dissolved by the process according to the invention. Here is a composition particularly suitable for the purpose of the invention:
Copper ............ 20%
Iron ............... 10%
Cobalt ............ 65%
Impurities ......... 5%
The metal is melted in the form of anode plates 2 which are suspended in the electrolytic element ê and connected with the positive pole 4 of a direct current supply system. The cathode plates 5 can be of various materials, such as cobalt, iron, copper or stainless steel, shaped by rolling; they are enclosed in boxes 6, the walls of which are formed by fabric to be filtered.
In these boxes is introduced cobalt sulfate from a tank 8, through pipes 9 provided with valves 10 which control the flow speed so as to keep the liquid inside.
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boxes at a level higher than that of the liquid outside said boxes. It is good to thus maintain in the box a sufficient hydraulic drop to ensure, through the filtering walls, a flow of about 0.053 liters per square decimetre of the filter surface, per hour.
Flowing at this speed actually or substantially prevents the positive ions of the anolyte from gaining access to the catholyte, 11 denotes a circulation system by which the liquid in the can 7 is kept in motion, in order to maintain a uniform composition. of the catholyte and to aid in the precipitation.
There will be no need to add acid to the element; the acid radical liberated in the cathode compartment is transported through the walls 7 by the flowing electrolyte, and it causes the corrosion of the anodes 2. A high current density is desirable in order to limit the tendency of the electrolytes. positive ions migrating or diffusing in the catholyte; approximately 1.07 amperes per square decimeter can be used. Under conditions, the anodes 2 are corroded, and their iron and cobalt contents go into solution. A small portion of their copper content also goes into solution, but most of it falls to the bottom of Element 3 as a slime. It is good to brush or scrape the anodes 2 from time to time to prevent copper from accumulating on them and going into solution in excess.
The liquid in the element 3 flows to an outlet 12 from where it is conducted into the compensation element 13. In this element the anodes 14 are made of the mixed metal being processed. Cathodes 15 are only required to act as conductors of electricity; can be formed by copper plates. An essential characteristic feature of this
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The element is that the electrolyte 16 contains too high a proportion of free acid to allow precipitation by electricity of the iron and cobalt dissolved by the anodes 14; for this purpose an acidity equivalent to more than three grams of free acid per liter is necessary (assuming that one counts with sulfuric acid). This acidity is maintained by adding fresh acid at 17.
The current density in this element can be the same as in element 3.
The dissolving power of the compensation element 13 is such that it adds to the solution the quantity of cobalt necessary to maintain the equilibrium between the precipitation of cobalt in element 3 and the dissolution of this metal in elements 3 and 13. The reinforced solution passes to a tank 18 from where it is delivered in portions to the agitation tank 19. In this tank, oxidizing materials are also introduced, such as manganese xide and manganese oxide. acid and basic materials, such as limestone.
These materials contained in the vessel are stirred by an agitator 20, and they are maintained at an elevated temperature by steam coils 21 or the like.
By these means, the iron is precipitated in a form where it can be filtered, and the cobalt solution is then separated from it in a filter 22 and returned to the tank 8.
In this reservoir, acid is added in just sufficient quantity to be sure that the solution does not become basic in element 3; then the solution is allowed to flow into the cans 6. There it becomes the catholyte from which the cobalt is deposited on the cathodes 5 by electricity; this deposit usually assumes a form with which it is easily separated from the cathodes after they have been removed from the telephone.
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is lying. The detached cobalt is washed and dried at 23, and it is melted at 24 to give a metal of the usual form in commerce.
- CLAIMS -
1- A process for separating iron and cobalt consisting in obtaining a solution of said metals, in removing the iron, in introducing the cobalt solution thus purified as a catholyte in an electrolytic element, in which the positive ions of the anode are excluded from the vicinity of the cathode, and to maintain the catholyte near neutrality on its acid side, thereby electrically precipitating the cobalt at the cathode.
2- A method as claimed in claim 1, wherein the solution is obtained by dissolving iron and cobalt by means of the acid radical regenerated by the precipitation by electricity of cobalt.
3- A method as claimed in claim 2, in which iron and cobalt in metallic form are dissolved at the anode.
4. A method as claimed in claim 3, wherein the mixed metals are dissolved at the anode of the element in which the precipitation of cobalt by electricity takes place.
5. A method as claimed in claim 4, wherein the anolyte is continuously withdrawn from the element and returned to it as a catholyte, in the meantime being treated for removal of its iron content.
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