废气、废水的排放是金属冶炼行业发展面临的一个重要问题。目前铁、钴、镍等有色金属的生产均采用常压酸浸工艺,后续基本都采用不溶阳极电积法精炼生产,国内外有色金属电积大都采用此工艺。但是,不溶阳极电积法存在阳极电极反应产物影响电积工艺技术经济性能的弊端,这成为了当下有色金属冶炼行业亟待解决的问题之一。因此,开发新型金属电积工艺刻不容缓。新型膜法电积工艺是一种离子选择隔膜和金属电沉积技术相结合的工艺,该工艺通过阴阳离子选择性隔膜将电解槽依次分隔为阳极室、中隔室和阴极室,各隔室中注入不同的电解液,在不降低电流效率的同时阻止了部分离子的自由扩散,从而控制了阴阳电极上参与电极反应的离子,使的电极主反应效率提高而抑制副反应发生,最终在阴极得到高质量的电积产品。本文中应用新型膜法电积工艺电积金属钴,该工艺几乎完全抑制了氯离子向阳极的扩散,从而杜绝了氯气的产生,同时将电解液中的氯离子和氢离子在中隔室中富集,以盐酸的形式回收并应用于钴冶炼前序工艺。该工艺避免了阳极电极反应产物对电解液的影响,消除了氯气逸出对操作人员的身体健康及环境造成的损害,这些优势使新型膜法电积工艺在替代传统电积工艺中具有广泛的研究价值。本文以金属钴的冶炼过程作为研究对象,应用新型膜电积工艺进行了实验室研究、现场中试研究及示范工程建设。首先,在实验室对常规的钴电积工艺与双膜三室的电积工艺进行了对比实验。研究了膜法电积工艺对钴电积过程中产生氯气的抑制作用,研究了该工艺对酸回收的效果,研究了工艺对操作电压和能耗的影响。通过实验研究形成可用于中试实验的理论依据。其次,在结合前人研究的基础上应用膜法电积工艺在金川公司钴精炼车间进行了现场中试实验,通过实验中发现的问题不断改进和完善了工艺核心组件——极膜一体化组件,同时优化了工艺运行参数,开发出了新型膜电积槽及相应的配套工艺系统,使该工艺具备了工业应用的条件。最后,在金川公司钴精炼车间成功的进行了新型膜法电积工艺的示范工程建设,并对示范工程运行状况进行了监测,通过示范工程对氯气的抑制效果、中隔室回收酸的效果及经济性能评价三个方面进行了研究。结果表明:(1)在电积槽中增加膜系统可以明显的抑制氯化电积液中的氯离子向阳极的迁移,从而有效的阻止阳极产生氯气,新型膜法电积工艺的氯气产生量较常规电积工艺减少90%以上,并且经改性的国产离子交换膜与进口离子交换相比在氯气的抑制效果上无太大差距。新型膜法电积工艺的中隔室经25小时可获得5.8%的盐酸,与企业酸浸工艺所需6%的盐酸浓度很接近。应用新型膜法电积工艺比常规工艺增加电压0.5V,但电流效率提高了4个百分点,同时取消了氯气收集、吸收和处理系统,综合评价膜法电积工艺不会增加电能消耗。(2)中试运行实验表明,膜组件封装形式、电积液温度及系统运行方式对阴极还原的金属质量影响很大,在膜组件进行改进后,对钴电积液进行有效加热并连续运行后,钴产品发黑,起皮等问题得到解决,电流效率也明显提高。最终采用具有3D网格布水结构、纯硅胶垫密封、钛合金防腐螺栓的极膜一体化装置;采用钛管焊接的蒸汽加热装置对钴循环液进行加热,维持钴电积液温度55~58℃,钴电积液浓度80~100g/L,并投加硼酸作为pH稳定剂;采用24小时连续运行,每个运行周期120小时,两周期不间断,单支钴阴极板轮流提取并换新的方式进行周期倒换操作。实现了膜法电积工艺的稳定运行,极膜一体化装置结构设计达到了预期目的,实验数据以及钴产品质量均达到试验目标,可以转入示范工程阶段。(3)示范工程结果表明,新型膜法电积技术可达到氯气削减99%~99.5%,中隔室富集的盐酸浓度达到6%~7%,回收的盐酸可全部回用于钴电积生产的前序工艺。新型膜法与传统的膜法电积工艺相比,虽然增加了膜电阻导致槽电压及耗电量有所提高,但是由于大幅度节约了氯气吸收的碱液成本并回收盐酸创造的价值,最终可使吨钴电积的直接成本减少4700元以上,并且电积钴质量达到国标Co9998牌号标准。