艾妙電解技術(shù)在高鎳锍加壓氧浸液中脫銅的試驗研究

曹康學(xué)，李少龍，鄧濤，洪 鈺 ，張詩光，鄭繼祖

（1.中國金川集團(tuán)有限公司，甘肅 金昌 737100；2.中國恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038；3.嘉興科菲投資有限公司，浙江 嘉興 314000)

目前可開發(fā)的鎳資源有硫化鎳和氧化鎳礦兩種，世界陸地查明的含鎳在1%左右的資源量為1.3億噸，其中60%屬于紅土礦型鎳礦，40%屬于巖漿型銅鎳硫化物礦。我國的鎳資源主要是硫化銅鎳礦，占全國總保有量的86%，甘肅省的儲量占全國的62.2%，儲量較多的還有云南、新疆、吉林、四川、青海、湖北、陜西7個省區(qū)，總儲量約800萬噸。硫化礦通過選礦富集，減少后期的處理物料量，冶煉能耗較低，工藝路線較多，綜合利用好。在高鎳锍的加壓浸出流程中，一般采用兩段常壓—兩段加壓的選擇性浸出工藝。在浸出過程中，通過控制一定的技術(shù)條件，使原料中的鎳鈷盡可能全部進(jìn)入溶液中，而銅鐵則抑制在二段加壓渣中。由于原料中含銅較低，二段加壓渣中的Cu/Ni只能達(dá)到1/1.5，即含銅、鎳分別為12%、18%左右，鎳的浸出率只能達(dá)到97.5%。該渣無法進(jìn)入銅冶煉系統(tǒng)而必須返回鎳冶煉系統(tǒng)處理，這樣不僅增加了火法的負(fù)擔(dān)，而且增加加工費(fèi)用，降低了有價金屬的回收率。

為了彌補(bǔ)該工藝的不足，可以通過強(qiáng)化二段加壓浸出條件，使銅鎳鈷盡可能全部浸出，采用意大利迪諾拉公司艾妙電解技術(shù)直接從二段加壓浸出液中生產(chǎn)陰極銅的新工藝，可經(jīng)濟(jì)有效解決銅鎳分離的技術(shù)難題。試驗表明，該工藝不僅可以直接生產(chǎn)出Cu+Ag為99.95%的標(biāo)準(zhǔn)陰極銅，而且可以縮短加壓浸出流程，鎳的浸出率可以提高1.5%，加工成本降低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。

1 艾妙電解技術(shù)簡介

艾妙電解技術(shù)是一種有效分離和提純金屬的技術(shù)，是意大利迪若拉集團(tuán)公司于20世紀(jì)80年代末創(chuàng)立并擁有專利的一項新型電解技術(shù)。目前該技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域包括：銅、鋅、鎳、鈷、鉛、金、銀及貴金屬等多個方面，在全世界擁有幾十家用戶,如美國西點(diǎn)提取采礦廢水中的銅，澳大利亞新南威爾士從廢液中提取銅，英國從廢液中回收鎳、銅，智利圣地亞哥從廢液中提取銅、鋅，南非回收銅、鈷，臺灣進(jìn)行銅的二次回收等。

所有的電解技術(shù)均建立在電化學(xué)基礎(chǔ)理論之上，艾妙電解技術(shù)也不例外。傳統(tǒng)的電解技術(shù)是將陰陽極放置在緩慢流動或停滯的槽體內(nèi)，在電場的作用下，陰離子向陽極定向移動，陽離子向陰極定向移動，通過控制一定的技術(shù)條件，欲獲得的金屬陽離子在陰極得到電子沉積析出，從而得到電解產(chǎn)品。

艾妙電解技術(shù)是基于各金屬離子理論析出電位（E?）的差異，即欲被提取的金屬只要與溶液體系中其他金屬離子有較大的電位差，則電位較正的金屬易于在陰極優(yōu)先析出，其關(guān)鍵是通過高速旋轉(zhuǎn)液流消除濃差極化等對電解的不利影響，其工作原理如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)電解技術(shù)與艾妙電解技術(shù)工作原理對比圖

艾妙電解技術(shù)的優(yōu)勢包括：

·模塊組裝；

·應(yīng)用領(lǐng)域廣泛；

·溶液閉路循環(huán)，無有害氣體的排放；

·選擇性的對金屬進(jìn)行電解沉積；

·較高的電流密度及電流效率；

·對低濃度溶液進(jìn)行高效、高純度的電解提取等。

2 艾妙電解試驗情況

在了解艾妙電解技術(shù)在處理硫酸銅鎳混合溶液具有得天獨(dú)厚的技術(shù)優(yōu)勢后，某廠及時與迪若拉集團(tuán)公司取得聯(lián)系，并進(jìn)行了從硫酸銅鎳混合溶液中生產(chǎn)陰極銅的試驗研究，試驗取得了理想結(jié)果。

2.1 試驗條件

試驗溶液成分見表1。

表1 浸出液化學(xué)成分 g/L

試驗溫度：20℃～30℃;

試驗電流密度：650 A/m2。

2.2 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備連接如圖2。

圖2 艾妙電解試驗設(shè)備連接圖

具體試驗設(shè)備為：

48×265 mm電解槽，1臺；

15 L電解液貯槽，1臺；

小型浮子流量計，1臺；

小型簡易流量泵，材質(zhì)PTFE，1臺；

簡易流量控制閥，3/4英寸，1個；

整流器，輸出電流50 A，電壓10 V，1臺；

專用始極片：0.1 mm鈦材。

2.3 試驗結(jié)果及分析

電解試驗共取得7批陰極銅，同時電解終液銅離子濃度大幅降低，酸度大幅上升，典型陰極銅及終液成分見表2、表3。

表2 浸出液化學(xué)成分

表3 電解終液化學(xué)成分 g/L

試驗結(jié)果表明，采用艾妙電解技術(shù)從二段加壓浸出產(chǎn)出的硫酸銅鎳混合溶液可以直接生產(chǎn)符合Cu+Ag≥99.95%的標(biāo)準(zhǔn)陰極銅，在陰極析出銅的同時，陽極產(chǎn)出等當(dāng)量的酸，這種含高酸并且含一定量銅離子的溶液返回常壓浸出工序，即可以作為浸出劑（其中的酸），同時其中的銅離子又作為抑制劑，可以使加壓預(yù)浸出產(chǎn)出的硫化氫得到有效抑制，使得銅鎳徹底得以分離，并且電解過程在常溫下進(jìn)行，無需任何添加劑。

在對該技術(shù)進(jìn)行試驗研究的同時，對使用該技術(shù)前后的兩條生產(chǎn)路線的運(yùn)行成本及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了對比分析。單位成本估算表明，采用艾妙技術(shù)后，單位運(yùn)行成本大幅降低，僅為現(xiàn)有流程的40%，具有明顯的優(yōu)勢。直接經(jīng)濟(jì)效益體現(xiàn)在四個方面：①鎳的浸出率提高1.5%，對于年產(chǎn)一萬噸電積鎳的生產(chǎn)線，年可多增加150 t的電積鎳；②原料中的銅直接生產(chǎn)電解銅產(chǎn)品，即不用再返回熔煉及銅電解精煉系統(tǒng)，有500 t的銅量直接從加壓液中生產(chǎn)出標(biāo)準(zhǔn)陰極銅；③二段加壓采用全浸后，相對于原料而言，浸出渣中的貴金屬（PGM）富集比為16，更有利于貴金屬的火法提取，同時由于極大縮短了PGM提取工藝流程，減少了PGM在熔煉過程的分散損失，也有利于PGM回收率的提高；④采用該技術(shù)，對于年產(chǎn)一萬噸電積鎳的生產(chǎn)線，年返回火法的加壓渣量降低到原來的45%，年可降低加工費(fèi)用逾560萬元，效益明顯。

3 結(jié)論

試驗結(jié)果和分析表明，對于高鎳锍而言，采用二段加壓全浸—艾妙電解工藝流程具有以下優(yōu)勢：

（1）極大縮短現(xiàn)有二段加壓渣處理工藝流程，減少PGM的分散損失，加工成本大幅降低；

（2）在直接回收生產(chǎn)電解銅的同時，全流程鎳的浸出率提高1.5%，效益顯著；

（3）艾妙電解整個過程在常溫下進(jìn)行，無需添加任何試劑，過程可以實(shí)現(xiàn)全自動控制。

綜上所述，將艾妙技術(shù)植入現(xiàn)有國內(nèi)采用高鎳锍加壓氧浸生產(chǎn)線，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均是可行的。另外，通過陰極材質(zhì)的優(yōu)化，將該技術(shù)引入到硫化鎳可溶陽極電解工藝中銅渣氯氣全浸液的鎳銅分離，將硫化鎳電解系統(tǒng)的銅直接開路，減少電溶造液量，將目前的大部分造液槽改為生產(chǎn)槽，既增加了電解鎳的產(chǎn)量，又明顯改善了生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，降低勞動工作量，增加了企業(yè)效益。