镍浸出过程中关于杂质控制的技术探讨

刘增林

（新疆有色冶金设计研究院有限公司乌鲁木齐830000）

镍浸出过程中关于杂质控制的技术探讨

刘增林

（新疆有色冶金设计研究院有限公司乌鲁木齐830000）

结合实践，分析金属化高冰镍硫酸选择浸出过程中杂质的反应机理，确定生产控制方法。

杂质浸出反应

1 工艺流程简述

阜康冶炼厂是采用水淬金属化高冰镍硫酸选择性浸出→黑镍除钴→不溶阳极电积工艺流程生产电镍。该工艺具有流程短、经济技术指标优等特点。以下就其浸出过程中杂质的反应机理及控制进行简要探讨。

2 水淬高冰镍的化学成分

表1 水淬高冰镍的化学成分%

3 铜在浸出过程中的反应行为及控制

3.1 一段常压浸出

原料中的铜主要存在于Cu2S和合金相中。在一段常压浸出过程中，溶液带入的循环铜将与合金相中的镍、钴发生置换反应：

CuSO4+Ni=Cu+NiSO4

CuSO4+Co=Cu+CoSO4

Ni3S2+2CuSO4=NiS+Cu2S+2NiSO4

通入空气时主要发生以下反应：

2Cu+0.5O2=Cu2O

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

Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O

反应生成的Cu2+又进一步氧化溶解合金相中的镍、钴。Ni3S2相在氧存在时与二价铜离子、硫酸反应：

Ni3S2+2CuSO4+0.5O2=2NiS↓+NiSO4+Cu2O

Ni3S2+H2SO4+0.5O2=2NiS↓+NiSO4+H2O

2Cu++Fe2++0.75O2+0.5H2O=2Cu2++FeOOH↓

从以上反应可以得出在一段常压浸出中主要是Cu2+参与反应，置换出镍。同时Cu2+可以加速Fe2+氧化成Fe3+生成针铁矿沉淀。随着反应的进行，酸量的消耗，当pH=5时，Cu2+会生成碱式硫酸铜沉淀：3Cu-SO4+4H2O=CuSO4·3Cu（OH）2。

当pH≥6.2时，溶液中的Cu2+的含量≤0.01g∕L；Cu以Cu2S、Cu2O、单质Cu存在于浸出渣中。

3.2 二段常压浸出

在生产中为了减少加压浸出的负担，进一步提高镍的回收率，增加了二次常压浸出工序。在二段常压浸出过程中，存在于一段常压浸出渣的Cu2S、Cu2O、Cu将被反溶出一部分，Cu2+的含量在0.1～3g∕L之间。其浸出液返到一次常压浸出浆化配料参与反应。

3.3 加压浸出

在加压浸出中，有一部分的Cu2+被浸出供一次常压浸出配料。大部分的Cu2+与硫化物发生反应以Cu2S、CuS、Cu的状态进入终渣。反应式如下：

在以上反应中铜的硫化物与酸、氧反应生成硫酸铜，再与NiS发生置换反应浸出镍。所以加压浸出过程中要控制给气量（O2）及酸量，以稳定浸出液中的铜离子浓度。同时满足一段常压浸出的需要量。

3.4 铁在浸出过程中的反应行为及控制

3.4.1 一段常压浸出

阜康冶炼厂原料中铁含量比较低，主要存在合金相中。在硫酸选择性浸出过程中采用针铁矿法，控制溶液pH值达到除铁的目的。

一段常压浸出过程中，合金相中的铁在未通入空气时发生以下反应：

Fe+H2SO4=FeSO4+H2

Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu

通入空气时发生以下反应：

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

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

随着浸出反应的进行，当PH＞5.8时，亚铁被氧化水解沉淀针铁矿进入一次常压浸出渣中，反应为：

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

在生产实践中，一段常压浸出过程中PH值稳定在5.4～5.7之间，溶液中的Fe2+＞0.01g∕L。针对这种现象采取各种措施，比较后，在溶液中Fe2+不达标的情况下，添加我厂生产的中间产品碳酸镍使pH值上升，有利于除铁。

3.4.2 二段常压浸出

在二段常压浸出过程中，由于消耗一定量的阳极液，沉淀于一段常压浸出渣中的铁会再次被溶解出将造成二段常压浸出液亚铁离子的含量上升0.01～1.89g∕L之间。其主要反应式：

FeOOH+H2SO4+0.5O2=Fe2（SO4）3+H2O

所以在二段常压浸出配料时要控制好阳极液量与返液量的加入比例。

3.4.3 加压浸出

加压浸出过程中，二段常压浸出渣的铁在高温高压高酸状态下发生逆反应：

FeOOH+H2SO4+0.5O2=Fe2（SO4）3+H2O

Fe2（SO4）3+Cu2O+H2SO4=2FeSO4+CuSO4+H2O

随着浸出过程中酸的消耗，pH值上升，亚铁离子又被氧化水解沉淀于终渣中。溶液中亚铁离子最终控制含量≤0.5g∕L。

4 其他杂质在浸出过程中反应行为及控制

4.1 钴反应行为及控制

钴在常压浸出过程中将与镍一同被浸出，在黑镍除钴工序中被除去。其主要反应式：

CoSO4+NiOOH=NiSO4+CoOOH↓

4.2 铅反应行为及控制

铅在原料中含量比较低是0.0028%，以金属的形态存在于合金相中。另电积过程中铅阳极中有微量铅被溶解被返回浸出过程。其处理方法：投入的物料量加入一定量的碳酸钡，生成的BaSO4与PbOOH共沉，除去大部分的铅。另有少量的在黑镍除钴工序被除去。

4.3 锌反应行为及控制

锌在原料中含量比较低0.003%，在一段常压浸出时溶解生成硫酸锌。随着浸出过程中酸的不断消耗。当pH值≥6.2时水解沉淀。其反应式：

ZnSO4+2H2O=Zn(OH)2↓+HSO4。

在加压浸出过程中被溶解出，在体系内循环富积。有少量的进入净化工序后，经黑镍除钴进入钴系统。

4.4 钠反应行为及控制

钠在原料中含量比较低，但在浸出过程中含量较高≥180g∕L，主要是二次母液、还原碳酸镍、电解排酸产出的碳酸镍溶解时带进的钠，由于钠离子的过高在浸出过程中易结垢造成管道堵塞和溶液压滤困难。较高的纳离子浓度使得电积槽电阻增大，电效降低。处理方法：热水洗钠；在冬季抽取部分阳极液于一定的温度下冷冻结晶降低钠含量。

4.5 硫反应行为及控制

在浸出过程中硫主要发生交互反应，最终抑制在终渣中。

4.6 贵金属反应行为及控制

在浸出过程中贵金属基本不参与反应，全部抑制在终渣中。

5 结束语

阜康冶炼厂高冰镍选择性浸出工艺镍金属回收率高，是国内、国际较先进的工艺技术。明确杂质在浸出过程中的反应机理,掌握控制方法，是确保工艺稳定，提高产品质量，增加经济效益的有效途径。

[1]何焕华，蔡乔方.中国镍钴冶金.冶金出版社，2000.

[2]闫旭.湿法冶金新工艺技术及设备选型应用手册.冶金工业出版社，2006.

收稿：2015-06-24

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