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钴作为一种铁族金属元素,因其单质具有良好的理化性能和机械加工性能,而广泛应用于航空航天、机械加工、化学工业、电子工业以及医疗卫生等领域,同时钴也是一种极其重要的战略资源。我国的钴资源量少,主要伴生于铁、镍、铜等矿床中,长期以来,钴冶炼企业以生产化合态的钴盐和氧化钴为主,随着航空工业和现代机械加工业的不断发展,金属钴的精炼生产变得尤为重要。论文分析了金属钴精炼生产工艺现状,国内外生产企业大多采用不溶性阳极电解法。针对传统工艺中存在的氯气污染难题,本课题提出了离子交换膜法钴电积生产工艺,并开发了电积工艺设备—双膜三室膜组件,通过对离子交换膜法钴电积工艺的影响因素和控制条件进行研究,旨在得出膜法电积工艺的最佳运行和控制条件,以求推动钴精炼行业实现工艺技术革新。论文先通过自制的双膜三室膜组件,对离子交换膜法钴电积工艺规范(包括电积液温度、电流密度、极间距、循环流量、填充介质等因素)进行了单因素和正交试验分析,得出采用膜法电积工艺进行金属钴精炼生产是可行的,各因素对膜电积工艺运行效果的影响程度为:电流密度>电积液温度>极间距>循环流量>硫酸浓度。采用氯化钴溶液为电积液(浓度110±5g/L、pH值3.0、循环流量3L/h)、质量分数1%的稀硫酸和0.5%的稀盐酸为组件导电介质,控制电积液温度为45℃,阴极电流密度为200A/m2,极间距为100mm的条件下,试验效果理想,膜电积工艺阴极电流效率可达97.91%,阴极板钴沉积层平整、细密,边缘平滑无结瘤现象。考虑到工艺的放大效应和规模化应用可能存在的问题,课题在初步试验的基础上,进行了中试效果试验,经过两阶段的现场中试试验得出:膜法电积工艺中阴极平均电流效率达90.71%。与传统钴电积生产工艺相比,电流效率提高约2.2个百分点,试验过程中氯气产生量减少93.8%,经脱气塔和碱吸收后,全系统的氯气削减量达99.11%。生产每吨金属钴较传统工艺可节约生产成本约5448.92元,经济效益和环保效益显著。本文通过模拟试验和中试试验得出:采用离子交换膜法钴电积工艺实现金属钴精炼生产是可行的,通过进一步完善膜组件结构,开发高性能离子交换膜,改善系统循环效果,有望实现离子交换膜法电积工艺的规模化和产业化应用,从而推动钴精炼行业的技术革新。