劉增林

（新疆有色冶金設(shè)計(jì)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(jì)研究院有限公司烏魯木齊830000）

結(jié)合實(shí)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(diǎn)。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(shí)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(shí)與二價(jià)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(shí)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(shí)，Cu2+會(huì)生成堿式硫酸銅沉淀：3Cu-SO4+4H2O=CuSO4·3Cu（OH）2。

當(dāng)pH≥6.2時(shí)，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(shí)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(shí)發(fā)生以下反應(yīng)：

Fe+H2SO4=FeSO4+H2

Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu

通入空氣時(shí)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(shí)，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(shí)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(duì)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(huì)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(cè).冶金工業(yè)出版社，2006.

收稿：2015-06-24

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