从粗硫酸镍溶液中净化分离铁砷试验研究

吴 展，陈志友，侯琼英，李 伟，陈志华，宁 瑞

（大冶有色金属有限责任公司 稀贵金属厂，湖北 黄石 435005）

通常，镍是从含镍的硫化矿及氧化矿（红土镍矿）中提取。镍与铜性质相近，自然界中二者共生。生产阴极铜的电解液中常含有一定量镍，随着电解液的不断循环，镍得到富集。为了保证电解铜的质量，每隔一定时间需要对电解液进行脱镍处理，脱镍产物为副产品硫酸镍。这种粗结晶硫酸镍成分比较复杂，除主金属镍之外，还含有大量不同含量的铜、铁、砷、铅、锌、锰等金属杂质。为了提高产品的附加值，有必要对其进行精制纯化，分离其中的杂质金属。

本研究以粗硫酸镍溶液为对象，根据其中的杂质含量及形态，采用氧化—沉淀—水解工艺，同时分离其中的杂质铁和砷。

1 试验原料

试验原料为经萃取分离铜之后的粗硫酸镍溶液，其pH为2.0～3.0，主要成分见表1。

表1 粗硫酸镍溶液的主要成分 g／L

2 试验原理

粗硫酸镍溶液中，砷主要以亚砷酸根（AsO3－3）形式存在，铁以Fe2＋和Fe3＋形式存在［1－2］。由于大多数砷酸盐的溶度积常数较低，如FeAsO4、Pb3（AsO4）2、Zn3（AsO4）2在常温下的溶度积常数分别为5.7×10－21、8.0×10－43、1.3×10－28，因此，可将砷氧化到高价，并加入可与之形成沉淀的金属盐使形成相应的砷酸盐沉淀而除去。引入的金属离子可通过调整溶液pH水解共沉淀分离［3－5］。铁盐因其价廉易得以及铁水解pH低等优点常被用作除砷沉淀剂，且Fe3＋的水解产物Fe（OH）3为胶体颗粒，在一定pH条件下带正电荷，可吸附溶液中的等阴离子，使砷分离的更彻底。试验采用碳酸钠作中和剂，反应过程中由于可与溶液中的部分铅、钙等离子形成沉淀，所以也为后续的P204萃取深度净化溶液减轻了负担［6－7］。

试验过程中，取粗硫酸镍溶液300mL，先加入30%双氧水氧化10min，之后加入20%聚合硫酸铁溶液反应10min，并用碳酸钠溶液调节体系pH至4.0左右。待杂质金属沉淀完全后固液分离，分析溶液中铁、砷金属离子浓度，计算沉淀率。

3 试验结果及讨论

3.1 双氧水加入量对铁、砷去除率的影响

取300mL粗硫酸镍溶液，加入5mL聚合硫酸铁溶液，控制终点pH为4.0，反应温度为70℃，反应时间为1h。改变双氧水用量，考察其对铁、砷沉淀率的影响。试验结果如图1所示。

图1 双氧水加入量对铁、砷沉淀率的影响

由图1可知：随双氧水加入量增加，铁、砷沉淀率提高，但砷沉淀率提高的不明显；双氧水用量为4mL时，砷沉淀率为98.74%，而铁沉淀率只有85%。

由文 献 ［8］知：φ（Fe3＋／Fe2＋）＝0.77V，）＝0.56V，表明优先被氧化为，并与溶液中的Fe2＋和Fe3＋形成沉淀，故在溶液中铁离子含量足够条件下，砷也能被去除得较为彻底。由于溶液中含有部分Fe2＋，而双氧水的量不足以将Fe2＋全部氧化为Fe3＋，且Fe2＋水解pH 要高于Fe3＋水解pH，所以，溶液中少量的Fe2＋未完全水解沉淀；随着双氧水用量增加，Fe2＋被氧化成Fe3＋，可以完全水解。故随双氧水加入量增加，铁沉淀率增大。综合考虑，双氧水加入量以8mL为宜。

3.2 聚合硫酸铁加入量对铁、砷沉淀率的影响

取300mL粗硫酸镍溶液，加入8mL双氧水，控制终点pH为4.0，反应温度为70℃，反应时间为1h。改变聚合硫酸铁溶液用量，考察其对铁、砷沉淀率的影响。试验结果如图2所示。

图2 聚合硫酸铁加入量对铁、砷沉淀率的影响

从图2看出：随聚合硫酸铁溶液加入量增加，砷沉淀率增大，而铁沉淀率变化不明显：当加入5 mL聚合硫酸铁溶液时，砷基本沉淀完全，溶液中残余的砷质量浓度已低于1mg／L，而此时铁沉淀率也高于99%，溶液中残余铁质量浓度低于15 mg／L，该溶液适用于后续P204溶剂萃取深度净化；在加入8mL双氧水、且保持终点pH为4.0条件下，溶液中的铁基本水解完全。综合考虑，聚合硫酸铁溶液加入量以5mL为宜。

3.3 反应终点pH对铁、砷沉淀率的影响

取300mL粗硫酸镍溶液，加入8mL双氧水，氧化10min后再加入5mL聚合硫酸铁溶液，控制反应温度为70℃，反应时间为1h。终点pH对铁、砷沉淀率的影响试验结果如图3所示。

图3 体系终点pH对铁、砷沉淀率的影响

由图3可知：随终点pH升高，铁、砷沉淀率升高；终点pH为4.0时，铁、砷沉淀率基本达到最大；pH继续增大，沉淀率升高的不明显。铁的沉淀受终点pH影响较为明显，为了保证铁最大程度水解，减轻其对后续P204深度净化的负担，同时减少主金属镍的共沉淀损失，确定终点pH以不低于4.0为宜。

3.4 反应温度对铁、砷沉淀率的影响

取300mL粗硫酸镍溶液，加入8mL双氧水，氧化10min后再加入5mL聚合硫酸铁溶液，控制终点pH为4.0，反应时间为1h。反应温度对铁、砷沉淀率的影响试验结果如图4所示。

图4 反应温度对铁、砷沉淀率的影响

可以看出：随反应温度升高，铁、砷沉淀率增大；当温度为70℃时，砷沉淀率高于99%，铁沉淀率高于98%，溶液中剩余的铁、砷质量浓度分别低于1mg／L和15mg／L；继续升高温度，铁、砷沉淀率增大不明显，且随温度升高，双氧水分解速度加快。综合考虑，确定适宜的反应温度为70℃。

3.5 反应时间对铁、砷沉淀率的影响

取300mL粗硫酸镍溶液，加入8mL双氧水，氧化10min后再加入5mL聚合硫酸铁溶液，控制终点pH为4.0。反应时间对铁、砷沉淀率的影响试验结果如图5所示。

图5 反应时间对铁、砷沉淀率的影响

由图5可知：随反应的进行，铁、砷沉淀率逐渐升高，60min后趋于稳定，再延长反应时间，铁、砷沉淀率增大的不明显；砷沉淀速度比铁沉淀速度要快，在45min内已基本达到平衡，而铁的沉淀在1h后才达平衡。综合考虑，确定适宜的反应时间为1h。

4 结论

以双氧水为氧化剂，聚合硫酸铁溶液为沉淀剂，碳酸钠为中和剂，可以从硫酸镍溶液中去除铁和砷，使硫酸镍溶液得到净化。试验确定了去除杂质铁、砷的最佳参数：针对300mL粗硫酸镍溶液，双氧水加入量8mL，聚合硫酸铁溶液加入量5mL，反应终点pH 4.0，反应温度70℃，反应时间1h。最佳条件下，铁、砷去除率均在99%以上，溶液中残余的铁、砷质量浓度分别低于15mg／L和1mg／L，满足后续P204萃取净化的要求。

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