鎳浸出過程中關(guān)于雜質(zhì)控制的技術(shù)探討

劉增林

（新疆有色冶金設(shè)計研究院有限公司烏魯木齊830000）

鎳浸出過程中關(guān)于雜質(zhì)控制的技術(shù)探討

劉增林

（新疆有色冶金設(shè)計研究院有限公司烏魯木齊830000）

結(jié)合實踐，分析金屬化高冰鎳硫酸選擇浸出過程中雜質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理，確定生產(chǎn)控制方法。

雜質(zhì)浸出反應(yīng)

1 工藝流程簡述

阜康冶煉廠是采用水淬金屬化高冰鎳硫酸選擇性浸出→黑鎳除鈷→不溶陽極電積工藝流程生產(chǎn)電鎳。該工藝具有流程短、經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)優(yōu)等特點。以下就其浸出過程中雜質(zhì)的反應(yīng)機(jī)理及控制進(jìn)行簡要探討。

2 水淬高冰鎳的化學(xué)成分

表1 水淬高冰鎳的化學(xué)成分%

3 銅在浸出過程中的反應(yīng)行為及控制

3.1 一段常壓浸出

原料中的銅主要存在于Cu2S和合金相中。在一段常壓浸出過程中，溶液帶入的循環(huán)銅將與合金相中的鎳、鈷發(fā)生置換反應(yīng)：

CuSO4+Ni=Cu+NiSO4

CuSO4+Co=Cu+CoSO4

Ni3S2+2CuSO4=NiS+Cu2S+2NiSO4

通入空氣時主要發(fā)生以下反應(yīng)：

2Cu+0.5O2=Cu2O

Cu2O+4H2SO4+O2=4CuSO4+4H2O

Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O

反應(yīng)生成的Cu2+又進(jìn)一步氧化溶解合金相中的鎳、鈷。Ni3S2相在氧存在時與二價銅離子、硫酸反應(yīng)：

Ni3S2+2CuSO4+0.5O2=2NiS↓+NiSO4+Cu2O

Ni3S2+H2SO4+0.5O2=2NiS↓+NiSO4+H2O

2Cu++Fe2++0.75O2+0.5H2O=2Cu2++FeOOH↓

從以上反應(yīng)可以得出在一段常壓浸出中主要是Cu2+參與反應(yīng)，置換出鎳。同時Cu2+可以加速Fe2+氧化成Fe3+生成針鐵礦沉淀。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，酸量的消耗，當(dāng)pH=5時，Cu2+會生成堿式硫酸銅沉淀：3Cu-SO4+4H2O=CuSO4·3Cu（OH）2。

當(dāng)pH≥6.2時，溶液中的Cu2+的含量≤0.01g∕L；Cu以Cu2S、Cu2O、單質(zhì)Cu存在于浸出渣中。

3.2 二段常壓浸出

在生產(chǎn)中為了減少加壓浸出的負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步提高鎳的回收率，增加了二次常壓浸出工序。在二段常壓浸出過程中，存在于一段常壓浸出渣的Cu2S、Cu2O、Cu將被反溶出一部分，Cu2+的含量在0.1～3g∕L之間。其浸出液返到一次常壓浸出漿化配料參與反應(yīng)。

3.3 加壓浸出

在加壓浸出中，有一部分的Cu2+被浸出供一次常壓浸出配料。大部分的Cu2+與硫化物發(fā)生反應(yīng)以Cu2S、CuS、Cu的狀態(tài)進(jìn)入終渣。反應(yīng)式如下：

在以上反應(yīng)中銅的硫化物與酸、氧反應(yīng)生成硫酸銅，再與NiS發(fā)生置換反應(yīng)浸出鎳。所以加壓浸出過程中要控制給氣量（O2）及酸量，以穩(wěn)定浸出液中的銅離子濃度。同時滿足一段常壓浸出的需要量。

3.4 鐵在浸出過程中的反應(yīng)行為及控制

3.4.1 一段常壓浸出

阜康冶煉廠原料中鐵含量比較低，主要存在合金相中。在硫酸選擇性浸出過程中采用針鐵礦法，控制溶液pH值達(dá)到除鐵的目的。

一段常壓浸出過程中，合金相中的鐵在未通入空氣時發(fā)生以下反應(yīng)：

Fe+H2SO4=FeSO4+H2

Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu

通入空氣時發(fā)生以下反應(yīng)：

2Fe+H2SO4+0.5O2=2FeSO4+H2O

4Fe+CuSO4+O2=4FeSO4+2Cu2O

隨著浸出反應(yīng)的進(jìn)行，當(dāng)PH＞5.8時，亞鐵被氧化水解沉淀針鐵礦進(jìn)入一次常壓浸出渣中，反應(yīng)為：

FeSO4+H2SO4+0.5O2=Fe2（SO4）3+H2O Fe2（SO4）3+4H2O=2FeOOH↓+4H2O

在生產(chǎn)實踐中，一段常壓浸出過程中PH值穩(wěn)定在5.4～5.7之間，溶液中的Fe2+＞0.01g∕L。針對這種現(xiàn)象采取各種措施，比較后，在溶液中Fe2+不達(dá)標(biāo)的情況下，添加我廠生產(chǎn)的中間產(chǎn)品碳酸鎳使pH值上升，有利于除鐵。

3.4.2 二段常壓浸出

在二段常壓浸出過程中，由于消耗一定量的陽極液，沉淀于一段常壓浸出渣中的鐵會再次被溶解出將造成二段常壓浸出液亞鐵離子的含量上升0.01～1.89g∕L之間。其主要反應(yīng)式：

FeOOH+H2SO4+0.5O2=Fe2（SO4）3+H2O

所以在二段常壓浸出配料時要控制好陽極液量與返液量的加入比例。

3.4.3 加壓浸出

加壓浸出過程中，二段常壓浸出渣的鐵在高溫高壓高酸狀態(tài)下發(fā)生逆反應(yīng)：

FeOOH+H2SO4+0.5O2=Fe2（SO4）3+H2O

Fe2（SO4）3+Cu2O+H2SO4=2FeSO4+CuSO4+H2O

隨著浸出過程中酸的消耗，pH值上升，亞鐵離子又被氧化水解沉淀于終渣中。溶液中亞鐵離子最終控制含量≤0.5g∕L。

4 其他雜質(zhì)在浸出過程中反應(yīng)行為及控制

4.1 鈷反應(yīng)行為及控制

鈷在常壓浸出過程中將與鎳一同被浸出，在黑鎳除鈷工序中被除去。其主要反應(yīng)式：

CoSO4+NiOOH=NiSO4+CoOOH↓

4.2 鉛反應(yīng)行為及控制

鉛在原料中含量比較低是0.0028%，以金屬的形態(tài)存在于合金相中。另電積過程中鉛陽極中有微量鉛被溶解被返回浸出過程。其處理方法：投入的物料量加入一定量的碳酸鋇，生成的BaSO4與PbOOH共沉，除去大部分的鉛。另有少量的在黑鎳除鈷工序被除去。

4.3 鋅反應(yīng)行為及控制

鋅在原料中含量比較低0.003%，在一段常壓浸出時溶解生成硫酸鋅。隨著浸出過程中酸的不斷消耗。當(dāng)pH值≥6.2時水解沉淀。其反應(yīng)式：

ZnSO4+2H2O=Zn(OH)2↓+HSO4。

在加壓浸出過程中被溶解出，在體系內(nèi)循環(huán)富積。有少量的進(jìn)入凈化工序后，經(jīng)黑鎳除鈷進(jìn)入鈷系統(tǒng)。

4.4 鈉反應(yīng)行為及控制

鈉在原料中含量比較低，但在浸出過程中含量較高≥180g∕L，主要是二次母液、還原碳酸鎳、電解排酸產(chǎn)出的碳酸鎳溶解時帶進(jìn)的鈉，由于鈉離子的過高在浸出過程中易結(jié)垢造成管道堵塞和溶液壓濾困難。較高的納離子濃度使得電積槽電阻增大，電效降低。處理方法：熱水洗鈉；在冬季抽取部分陽極液于一定的溫度下冷凍結(jié)晶降低鈉含量。

4.5 硫反應(yīng)行為及控制

在浸出過程中硫主要發(fā)生交互反應(yīng)，最終抑制在終渣中。

4.6 貴金屬反應(yīng)行為及控制

在浸出過程中貴金屬基本不參與反應(yīng)，全部抑制在終渣中。

5 結(jié)束語

阜康冶煉廠高冰鎳選擇性浸出工藝鎳金屬回收率高，是國內(nèi)、國際較先進(jìn)的工藝技術(shù)。明確雜質(zhì)在浸出過程中的反應(yīng)機(jī)理,掌握控制方法，是確保工藝穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益的有效途徑。

[1]何煥華，蔡喬方.中國鎳鈷冶金.冶金出版社，2000.

[2]閆旭.濕法冶金新工藝技術(shù)及設(shè)備選型應(yīng)用手冊.冶金工業(yè)出版社，2006.

收稿：2015-06-24

10.16206∕j.cnki.65-1136∕tg.2015.06.020