水淬高冰鎳一段加壓浸出工藝條件分析與控制

岳大偉

(吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司， 吉林 磐石 132311)

水淬高冰鎳一段加壓浸出工藝條件分析與控制

岳大偉

(吉林吉恩鎳業(yè)股份有限公司， 吉林 磐石 132311)

分析了水淬高冰鎳制取硫酸鎳溶液過(guò)程中，一段加壓浸出工藝操作條件對(duì)浸出的影響以及浸后料漿濃密機(jī)沉降分離效果的影響因素，介紹了加壓浸出過(guò)程中異常情況的處理措施。

高冰鎳； 水淬； 加壓浸出； 工藝條件； 沉降分離

0 概述

硫酸鎳主要用于電鍍工業(yè)，在電池材料、金屬著色等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用，同時(shí)也是生產(chǎn)其它鎳鹽的主要原料。某精煉廠現(xiàn)產(chǎn)能為15 000 t/a高純硫酸鎳，造液車間采用水淬高冰鎳硫酸選擇性三段逆流浸出工藝，產(chǎn)出合格的硫酸鎳溶液。主要工藝流程為：水淬高冰鎳經(jīng)二段球磨細(xì)磨配料后，進(jìn)入一段常壓浸出槽浸鎳除雜，浸出料漿進(jìn)入1#濃密機(jī)液固分離，上部硫酸鎳溶液送硫酸鈷車間萃鈷除雜后，送成品車間生產(chǎn)硫酸鎳；底流渣經(jīng)二段漿化- 預(yù)浸后進(jìn)入一段加壓釜浸出，浸出料漿進(jìn)入2#濃密機(jī)，固分離后上部濾液返回一段浸出用于漿化配料，底流渣經(jīng)配料后進(jìn)入二段加壓釜浸出，料漿液固分離后，硫酸銅溶液送銅車間生產(chǎn)硫酸銅和電銅，終渣送貴金屬精煉廠提取金、銀、鉑、鈀。

原料水淬高冰鎳中的Ni、Cu、Co主要以硫化物相和少量合金相存在。合金相鎳在一段常壓條件下加硫酸升溫氧化大部分能夠浸出，而硫化相中的鎳須在一定壓力下高溫氧化才能浸出。進(jìn)入一段加壓釜的渣主要成分是Ni3S2、Cu2S 、CoS、FeS等，一段加壓浸出就是在高溫加壓條件下，通過(guò)控制工藝條件將一段常壓渣中硫化相98%以上的鎳浸出，硫化相中的銅適量浸出。一段加壓選擇性浸出后，鎳、鈷基本進(jìn)入溶液，浸出渣的主要成分為硫化銅，鐵以氧化物沉淀的形式進(jìn)入渣中。

一段加壓浸出崗位考核指標(biāo)：加壓浸后液pH值1.5～2.0，浸后液含Ni 90～110 g/L、Cu 15～25 g/L、Fe<3 g/L，加壓渣Cu∶Ni≥4∶1。

1 工藝操作條件對(duì)浸出的影響

一段加壓浸出釜1 800 mm×6 800 mm，設(shè)計(jì)壓力1.2 MPa，釜內(nèi)有4個(gè)溢流隔室，在第四室安裝2臺(tái)雷達(dá)液位計(jì)，由取得《壓力容器上崗操作資格證書(shū)》的員工操作。進(jìn)釜物料成分為Ni 30%～35%、Cu25%～28%、Fe2.5%～4%，在通入純氧及加壓條件下浸出硫化相的Ni和Co。該操作過(guò)程中需要控制的參數(shù)主要有：溫度、釜壓、通O2量、酸度、進(jìn)釜料液流量等，其浸出原理復(fù)雜，控制參數(shù)較多，任何一項(xiàng)參數(shù)波動(dòng)都會(huì)直接影響浸出液指標(biāo)。

1.1 溫度對(duì)浸出的影響

溫度是一段加壓浸出過(guò)程一項(xiàng)重要的控制參數(shù)，對(duì)浸出料漿的各項(xiàng)指標(biāo)影響很大。當(dāng)給氧量、酸度和釜壓滿足要求時(shí)， 溫度<155 ℃，鎳的浸出率達(dá)不到指標(biāo)要求，大量的鎳進(jìn)入二段加壓釜浸出，這樣三段液中鎳增加很多，從而造成硫酸銅溶液二次結(jié)晶甚至三次結(jié)晶，各項(xiàng)輔料用量增加。而溫度在165 ℃以上時(shí)，Cu的浸出率顯著增加，一段加壓液返回一段常壓浸出時(shí)，常壓浸出凈化雜質(zhì)負(fù)擔(dān)增加，易造成常壓液雜質(zhì)指標(biāo)不合格導(dǎo)致系統(tǒng)停車。

在進(jìn)釜礦漿pH值2.5、反應(yīng)壓力0.78～0.80 MPa、總氧量140～150 m3/h、進(jìn)料流量3.8 m3/h的條件下，反應(yīng)溫度對(duì)浸出的影響見(jiàn)表1。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)加壓浸出的影響

由表1數(shù)據(jù)可以看出，升高反應(yīng)溫度，能提高一段加壓釜的鎳浸出率。溫度在140 ℃以下，硫化物相鎳反應(yīng)很慢，易生成Fe(OH)3膠體，在濃密機(jī)中不易沉降，上層料液的板框透濾性也不好。當(dāng)溫度162～165 ℃時(shí)，鎳浸出率高，礦漿在2#濃密機(jī)的沉降效果好，上層料液呈深綠色且不渾濁。生產(chǎn)實(shí)踐表明，無(wú)論磨礦量是450 kg/h還是750 kg/h，只要加壓釜的溫度始終控制在160～165 ℃，各項(xiàng)工藝指標(biāo)均能達(dá)到要求。

釜溫由進(jìn)料流量、給氧量和釜內(nèi)冷卻循環(huán)水開(kāi)啟度控制。加壓釜在空釜進(jìn)料時(shí)需要礦漿加熱器將溫度迅速升至140 ℃，第四室液位達(dá)到1 m后可以關(guān)掉礦漿加熱器，由釜內(nèi)物料與氧反應(yīng)釋放的熱量升高釜溫。如果溫度上升較慢，在保證安全壓力前提下，提高供料流量和給氧量，以增加反應(yīng)放熱而迅速升溫，待釜溫達(dá)到160～165 ℃后恢復(fù)規(guī)定的氧量和流量。進(jìn)入正常操作條件后，不采用調(diào)整流量和氧量的方法控制釜溫，因?yàn)闀?huì)造成系統(tǒng)液體體積紊亂不利于穩(wěn)定生產(chǎn)，主要是靠冷卻循環(huán)水控制釜溫。由于加壓釜屬于襯鈦復(fù)合材質(zhì)，用冷卻循環(huán)水控制時(shí)要緩慢降溫，不能驟冷急降，否則會(huì)對(duì)加壓釜體造成損害而影響安全操作。

1.2 壓力對(duì)浸出的影響

釜壓是一段加壓浸出的另一項(xiàng)重要控制參數(shù)，在加壓條件下，可以提高浸出的反應(yīng)溫度和速率，將常壓下不易浸出的硫化相鎳盡數(shù)浸出。

在進(jìn)釜礦漿pH值2.5、反應(yīng)溫度160～165 ℃、加氧量140～150 m3/h、進(jìn)料流量3.8 m3/h的條件下，釜壓對(duì)浸出的影響見(jiàn)表2。

表2 反應(yīng)釜壓力對(duì)加壓浸出的影響

由表2數(shù)據(jù)得出，釜壓增大，Ni浸出率有所提高。當(dāng)壓力降至0.7 MPa以下時(shí)，浸出渣中Ni含量偏高，浸出液中Ni、Cu含量偏低，加壓浸出率低。壓力在0.78～0.80 MPa時(shí)，浸出液、浸后渣合格率高，浸出效果較好。釜壓力的變化對(duì)料漿在2#濃密機(jī)中沉降效果的影響不明顯。為保持最佳的浸出效果，從設(shè)備能力和安全操作方面考慮，壓力上限設(shè)為0.80 MPa。

釜壓超標(biāo)有以下幾種可能：一是給氧量過(guò)大；二是釜溫過(guò)高；三是自動(dòng)排汽閥故障失靈。不論哪種情況，都應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)處理，防止安全事故發(fā)生。如果是前兩種情況，可以減小給氧或開(kāi)大冷卻水降低釜溫從而達(dá)到降低釜壓的目的。在釜壓超高而自動(dòng)排汽閥失靈的緊急情況下，應(yīng)迅速打開(kāi)加壓釜上的手動(dòng)排汽閥，直接向外排汽使釜壓降至安全值。

1.3給O2量和酸度對(duì)浸出的影響

O2起著氧化劑的作用，在其它條件一定的情況下，給O2量決定了水淬鎳的浸出程度。理論上供氧量越大，物料與氧接觸機(jī)會(huì)增多，可以提高鎳的浸出率。但是一段加壓的目的是“浸鎳抑銅”，即盡可能多的浸鎳同時(shí)適量浸出銅，這就要求操作時(shí)要限量供氧。

在進(jìn)釜礦漿pH值2.5、反應(yīng)溫度160～165 ℃、進(jìn)料流量3.8 m3/h的條件下，不同給氧量對(duì)浸出的影響見(jiàn)表3。

表3 給O2量對(duì)加壓浸出的影響

當(dāng)給O2量不足時(shí)，浸出效果差，不能滿足工藝要求；給O2量過(guò)高時(shí)，浸出液中Cu含量偏高，返回一段常壓浸出時(shí)除Cu困難，且二段加壓所用的一段加壓渣物料Cu品位降低，造成銅系列產(chǎn)品產(chǎn)量的降低。本公司目前總氧量控制在140～150 m3/h,1～3隔室的分配比例分別是40%、35%和25%，其中第四室只保溫不通氧，浸出液的pH值1.5左右，各項(xiàng)指標(biāo)完全達(dá)到工藝要求。原理為：

(1)

(2)

(3)

第四室不通氧，即為式(3)沉Cu到渣中,而CuS主要是在二段加壓浸出。

同樣，物料在進(jìn)釜之前如果配酸量過(guò)多，在加壓浸出過(guò)程中，雖然會(huì)提高鎳浸出率，但銅、鐵的浸出率也會(huì)相應(yīng)增高。實(shí)踐表明，進(jìn)釜礦漿的pH值保持在2.5左右，對(duì)浸出過(guò)程是最為有利的。

2 異常情況的處理

2.1 浸出液中Cu超標(biāo)的處理

2013年初檢修后啟動(dòng)生產(chǎn)，根據(jù)規(guī)定參數(shù)條件控制一段加壓釜，浸出液中Cu達(dá)到50 g/L,個(gè)別指標(biāo)甚至高達(dá)60 g/L，對(duì)一段常壓浸出影響很大。分析原因，原料水淬高冰鎳含Cu在11%～15%，遠(yuǎn)高于工藝要求的6%～9%。為使浸出液含Cu在20 g/L左右，起初采取降低浸出溫度的辦法，但是隨著浸出液Cu含量的下降，Ni的浸出率也下降很多；之后對(duì)配料加酸量進(jìn)行調(diào)整，使一段加壓出口pH值在2.5左右甚至更高，浸出液中Cu下降到40 g/L左右，依然沒(méi)有達(dá)到要求的20g/L；最后，將總氧量下調(diào)到130 m3/h，并對(duì)四個(gè)隔室的進(jìn)氧量重新分配，將原來(lái)的第一室40%、第二室35%、第三室25%分別調(diào)整為47%、43%、10%，第四室不供氧。調(diào)整6 h后，出口浸出液化驗(yàn)分析結(jié)果：pH值1.2,Ni 96 g/L，Cu23 g/L，各項(xiàng)指標(biāo)基本趨于正常。

在生產(chǎn)時(shí)要及時(shí)掌握水淬鎳的成分變化情況，當(dāng)浸出液中Cu超標(biāo)時(shí)，要通過(guò)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比快速查找原因，再相應(yīng)地采取降溫、降酸度或是降低氧量的方法。三者可以同時(shí)調(diào)整，也可以單獨(dú)調(diào)整某一參數(shù)，以達(dá)到降低浸出液含Cu的目的。需要說(shuō)明的是，釜內(nèi)料漿停留時(shí)間3～4 h，不論調(diào)整哪項(xiàng)參數(shù)，都不會(huì)馬上見(jiàn)效，所以要多次小幅度調(diào)整，分析各項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)，否則易造成其它指標(biāo)的超標(biāo)而適得其反。

2.2 第四隔室高液位的處理

一段加壓釜分4個(gè)隔室，料液從第一室開(kāi)始依次溢流到下一隔室，直至在第四隔室排出。第四隔室安裝了兩臺(tái)西門(mén)子液位計(jì)，由氣動(dòng)閥控制液位在0.95～1.05 m之間。液位過(guò)高礦漿容易從排汽閥放空，造成環(huán)境污染和人身傷害，引發(fā)安全事故。

造成高液位主要有四個(gè)原因，判斷要先易后難，確定原因后快速處理：

(1)氣動(dòng)閥堵塞。可以直接切換到旁通管排出礦漿，氣動(dòng)閥疏通后恢復(fù)自動(dòng)控制；

(2)減壓降溫槽噴嘴堵塞?？梢蚤_(kāi)啟備用，拆噴嘴進(jìn)行疏通處理；

(3)釜尾部氣動(dòng)閥前的排料閥堵塞。這個(gè)位置堵塞比較麻煩，需要停車降溫降壓，將第四室礦漿從底部直通排掉，處理時(shí)間大約4 h左右；

(4)如果前三處沒(méi)有堵塞，檢查液位計(jì)是否有故障，兩個(gè)液位計(jì)同時(shí)故障的概率很小，所以最后檢查。

生產(chǎn)中，如果一段加壓釜的保溫保壓停車時(shí)間超過(guò)2 h，就有可能出現(xiàn)過(guò)浸，排出的礦漿濃度高、粘性大，且會(huì)形成一種黑色硬塊，多數(shù)情況下是這種硬塊造成堵塞。所以一段加壓釜的非正常停車時(shí)間不宜超過(guò)2 h，超過(guò)2 h可以排空釜內(nèi)料漿，避免再啟動(dòng)時(shí)管線、閥門(mén)堵塞，造成二次停車而影響正常生產(chǎn)。

2.3 二段濃密機(jī)渣層高的處理

一段加壓釜浸出料漿排入2#濃密機(jī)，濃密機(jī)渣層控制對(duì)車間整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程影響巨大。渣層過(guò)高打亂了系統(tǒng)的渣平衡，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成濃密機(jī)耙齒轉(zhuǎn)動(dòng)中阻力大而扭曲變形甚至折斷等重大設(shè)備事故，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。正常生產(chǎn)時(shí)，渣層應(yīng)穩(wěn)定在200～300 mm，嚴(yán)格按規(guī)定監(jiān)測(cè)并記錄，特殊情況下增加監(jiān)測(cè)頻率。

造成渣層高的主要原因是底流軟管泵堵塞、故障或二段加壓釜停車，提高三段漿化配料的密度是降低2#濃密機(jī)渣層最有效的方法。一般情況下在磨礦量700～750 kg/h條件下，三段配料密度1.15～1.17 g/cm3完全可以保證渣層在合理范圍。車間曾在渣層達(dá)到1.5 m的嚴(yán)重情況下，將三段配料密度提至1.2 g/cm3,僅7個(gè)班次的時(shí)間，渣層便下降到規(guī)定范圍內(nèi)。另外，加大二段加壓泵的進(jìn)釜流量是降低渣層一個(gè)輔助手段，增大流量，濃密機(jī)底流攜渣量同樣增多，但當(dāng)流量調(diào)至1.5 m3/h后，二段加壓釜浸出的終渣指標(biāo)不合格率增加較多，所以此種方法要在保證二段加壓渣指標(biāo)合格的情況下使用，同時(shí)減少或停止向濃密機(jī)添加絮凝劑，放慢渣沉降速度。采取上述措施后，如果渣層仍持續(xù)上升，就要考慮減小球磨機(jī)磨礦量，降低系統(tǒng)渣量以減輕2#濃密機(jī)負(fù)荷，但這樣會(huì)直接造成產(chǎn)品產(chǎn)量降低，應(yīng)視情況慎用。

3 影響二段濃密機(jī)沉降分離的因素

一段加壓浸出礦漿進(jìn)入2#濃密機(jī)后，如果沉降速度很慢，上清液渾濁，說(shuō)明上層液攜渣量較多，這樣勢(shì)必增加二段板框的拆卸次數(shù)。造成沉降分離速度慢的主要原因有：

(1)物料反應(yīng)溫度低，生成了Fe(OH)3膠體，礦漿粘度增大不易沉降。

(2)物料過(guò)浸，浸出渣極細(xì)并且渣中Fe2O3含量增加。

(3)濃密機(jī)中料液溫度低，料液的粘性增大。

(4)原料水淬高冰鎳中含有一定的Si，其在一定條件下形成硅膠，和Fe(OH)3膠體相互作用，影響沉降分離。

(5)聚丙烯酰胺溶液濃度低或加入量不足，影響礦漿沉降。目前，這個(gè)因素是影響2#濃密機(jī)沉降效果最主要的原因。

因此，要加快濃密機(jī)沉降速度，就必須控制浸出溫度在規(guī)定范圍內(nèi)，嚴(yán)格按工藝要求配料給氧，保證較好渣型，并從源頭上控制水淬高冰鎳中的硅含不能超過(guò)規(guī)定范圍。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，在2#濃密機(jī)入口加入濃度為0.25 g/L聚丙烯酰胺，其添加量控制在1 m3/h。該方法大大加快了礦漿的沉降速度，改善了因?yàn)榈V漿沉降速度慢對(duì)前后工序造成的不良影響，減輕了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且對(duì)產(chǎn)品指標(biāo)沒(méi)有影響。

4 結(jié)論

多年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，一段加壓浸出溫度160～165 ℃，釜壓控制在0.8 MPa，是安全、合理、經(jīng)濟(jì)、適宜的；而給氧量和酸度需要根據(jù)原料成分、浸后料液指標(biāo)等情況適時(shí)調(diào)整，特別是根據(jù)一段常壓浸后液中雜質(zhì)Cu、Fe含量，及時(shí)調(diào)整一段加壓浸出的給O2量和進(jìn)釜pH值的大小，達(dá)到選擇浸出的目的。

總之，原料成分不是一成不變的，工作中需要不斷積累數(shù)據(jù)、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、找出共性，精心操作的同時(shí)要兼顧上下游崗位，讓一段加壓釜長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行，滿足生產(chǎn)要求。

Analysisoffirst-stagepressureleachingprocessconditionsofwater-quenchinghigh-gradenickelmatteanditscontrol

YUE Da-wei

The effects of operation condition on the first-stage pressure leaching process, and the factors that influence the setting-separation effects of pulp thickener during the preparation of nickel sulfate solution with water-quenching high-grade nickel matte were analyzed, and the measures to treat the abnormal conditions existed in pressure leaching process were introduced.

high-grade nickel matte; water quenching; pressure leaching; process conditions; setting-separation

岳大偉(1980—)，男，吉林省磐石市人，本科學(xué)歷，助理工程師，主要從事鎳金屬濕法冶金技術(shù)及管理工作。

TF815； TF803.21

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