07阜康镍生产工艺简介及借鉴探讨

1阜康冶炼厂镍生产工艺简介及借鉴探讨金川公司第二冶炼厂李继斌【摘要】针对于金川公司镍生产所用的传统工艺流程，文章提出了部分合理借鉴应用阜康冶炼厂工艺，以优化现有流程、合理平衡生产、降低生产成本的几点探讨意见。关键词：镍硫酸浸出电积0前言由于高镍锍湿法精炼工艺具有流程短、浸出剂可循环使用，便于集中控制、环境保护好和生产成本低等特点，致使于近20年来，国外发达国家各镍厂根据资源、原料和环境等条件，采取了硫酸浸出—电积法、氯化精炼法等高镍锍的精炼工艺，开始逐步取代传统的可溶阳极电解精炼工艺。我国最主要的镍资源是硫化矿，国内镍厂高镍锍的精炼工艺大多以传统的高锍磨浮—硫化镍阳极电解精炼工艺为主。阜康冶炼厂是我国首家采用硫酸浸出—黑镍除钴—电积流程从高镍锍生产金属镍的工厂，其工艺借鉴了北京矿冶研究总院1983年为金川公司金属化高冰镍提镍湿法工艺所做的试验研究工作的成果，处理的原料为喀拉通克镍矿，年生产能力为2000t电解镍，自1993年投入使用以来，工艺畅通，设备运转基本正常。1阜康冶炼厂生产工艺1.1工艺概述阜康冶炼厂采用一段常压、一段加压的两级逆流浸出工艺，将铜、铁、贵金属抑制于浸出渣中，镍钴被选择性浸出进入溶液，净化作业采用较简单的NiOOH（黑镍）除钴法，净化后的浸出液用电解沉积法产出金属镍。该工艺金属回收率高，又因减少了铜镍高锍缓冷、磨浮、熔炼等过程，所以流程短、建厂投资省；工艺过程中无有害气体的使用和产生，有利于环境保护；生产中电解液的循环量2少、槽电压低、试剂用量较少，比镍的硫化物电解的试剂消耗及能耗均低。1.2浸出工序喀拉通克铜镍矿生产的水淬金属化高镍锍，细度为0.2～0.3mm，在磨浸车间经两段球磨机湿磨、分级、脱水及过滤后，得到粒度为-325目（-0.045mm）95%，含水8%~10%的高镍锍滤饼，其主要成份为Ni30%~32%，Cu47%~50%，Co0.16％～0.34％，S16%。滤饼浆化后泵入8个2350mm×3000mm的机械搅拌常压浸出槽，浸出温度约为70℃，常压浸出后的矿浆经固液分离后，浸出渣经浆化后用高压隔膜泵送入加压釜进行加压浸出。加压浸出产生的渣几乎富集了矿石中全部的铜和铂族金属。常压浸出产生的成品液送至黑镍除钴工序，除钴后液进入电积系统。铜渣及所含的铂族金属和除钴渣另行处理。投产以来工艺流程基本畅通，主要设备压力釜、高压泵、换热器等运转正常，运行成本逐年下降。浸出工序所使用的2600mm×9000mm卧式四重垂直轴搅拌压力釜，为陇西有色冶金机械厂生产。釜体放置于两个鞍式支座上，其中一个为活动支座，以适应釜体冷热变化的需要。釜体分为4隔，从进料端到出料端隔板高度依次递减50mm。隔室内安装有钛制的压缩空气管和蛇型盘管用来调节釜内温度，采用复合防腐衬里，钢板内壁搪铅再衬两层耐酸砖，用来防腐蚀和耐磨。每个隔室的中央装有搅拌装置，釜体与搅拌轴之间的密封采用机械密封，密封液为软化水，强制循环，由密封液加压装置供给，加压装置利用氮气加压，通过直径25mm不锈钢增压泵将密封液打到机械密封中去。由于加压釜工作温度高，为了延长机械密封的寿命，降低因磨擦产生的热，在机械密封下端面的下方和密封腔的外侧均设置了冷却水套。此外，釜上还设置了温度计、压力表和液位计及工艺操作用的各种接口。加压釜的主要技术参数如下：2600mm×9000mm，几何容积40m3，设计压力1.6MPa，使用压力0.85MPa，总风量650m3/h控制温度423±10K，搅拌桨直径700mm，转数200r/min。3由于流程中较好地解决了铜镍分离问题，设备控制正常，在较低的浸出温度和压力下即获得了较好的选择性浸出效果。1.3黑镍除钴生产过程中考虑到为避免引入其它杂质，采用了NiOOH（黑镍）除钴方法，阜康冶炼厂制备黑镍的电氧化槽的电极材料及槽体结构都很有特色，电氧化槽的电流效率也较高。NiOOH的制备方法是，从净化系统抽出部分净化后液，泵入带有机械搅拌的氢氧化镍制备槽中，加入适量的氢氧化钠溶液使之生成Ni（OH）2，一般情况下Ni（OH）2的浆液含镍为20g/L，pH值10~12。将Ni（OH）2浆液放入电解氧化槽内，通入直流电，在阳极上发生Ni（OH）2=NiOOH+H++ｅ氧化反应，产出黑镍。电氧化槽阳极材料为镍始极片，阴极为不锈钢丝网，阴阳极面积比为1﹕10，槽底设风管鼓风以使阳极产出的黑镍脱离，通常控制槽电压2.4~3.0V，槽电流2800～3000Ａ，温度45~52℃，反应时间约24ｈ，黑镍转化率可达65%~75%，产出的黑镍三价镍含量为60%~70%。为控制溶液体系中的Na+浓度，设置两台ф3000ｍｍ×1900ｍｍ黑镍洗钠槽，洗钠水经处理后排放。ＮiOOH除钴采用两段逆流方式进行，在第一段净化除钴过程中，溶液已与部分起反应的ＮiOOH接触，使钴沉淀；矿浆经过滤后，滤饼送去回收钴，滤液送二次除钴，须加入新的ＮiOOH。ＮiOOH除钴的主要工艺技术条件为：温度70~80℃；过程时间1~2ｈ；ＮiOOH加入量，Ni﹕Co为1.5~2.0。ＮiOOH除钴效果良好，除钴后液的含钴浓度小于0.01g/L，同时净化除去溶液中的其它微量杂质，如Cu，Fe，Pb，Mn，As等，起深度净化作用。产生的钴渣含镍30%~33%，含钴2.5%，送钴车间处理。1.4镍的电积过程阜康冶炼厂镍电积过程使用的不溶阳极为主成分为Pb的四元合金板，阳极4过程主要是析出氧，同时生成当量的酸，采用新的铅阳极进行电解时，在阳极表面上会形成PbO２薄膜，使铅阳极具有较好的稳定性。钛种板的处理及阴极镍始极片的制作过程接近于金川镍电解的过程，但阜康冶炼厂因产量低，考虑到成本及操作等因素，将镍电积与铜电积的始极片制作同时处理。黑镍除钴后的溶液在调酸槽中，用硫酸将pH调至3.2~3.4，然后泵入阴极液加温贮槽和阴极液高位槽，加温至60~65℃，均匀加入阴极隔膜室内。电积过程中阴极液由阴极室渗入阳极区，电解槽内的阳极液由槽壁导流管从槽底引至电解槽溢流口排出，经集流管流至阳极液中间槽，然后泵入阳极液贮槽可送往高镍锍浸出工序。生产槽阴极产出的成品电积镍剪切四边后，品级率为85%左右。电积过程主要技术条件如下：电流强度：5800～6500A；槽电压：3.3~3.8V；阳极尺寸：600mm×1020mm；阴极尺寸:720mm×820mm；阴极片数:26片/槽；同极距离:140mm；阴极液流量:120~130mL/min·袋（设计值为160mL/min·袋）；阴极液Ni2+浓度:75~80g/L；阳极液Ni2+浓度:45g/L；电流密度:200~230A/m2。2阜康镍生产工艺对金川镍电解的借鉴2.1合理借鉴应用硫酸浸出流程传统的硫化镍阳极电解工艺由于其本身工艺的限制，流程长，除杂负荷大，返料多，试剂及能耗大，金属回收率偏低，以致于逐步让位于现代化集中控制的湿法冶金精炼工艺技术。近几年，国外部分镍生产厂家又开始了有利于环境保护的细菌浸出法的研究。阜康冶炼厂镍电解过程几年来的正常运行，已使车间成本降至5000元/tNi左右，占成本较大的电能消耗仅为3800kWh/tNi，均比金川镍电解低20%左右。因此，针对金川公司来说，改革传统的镍精炼工艺，提高企业的国际竞争力已是非常必要。5在2000年，金川公司分别与日本住友金属矿业公司和芬兰奥托昆普公司开展技术交流，委托他们开展金川镍精炼工艺的氯化精炼和硫酸浸出工艺改造的可行性研究工作。无论是氯气浸出还是硫酸加压浸出工艺，与现有的硫化镍阳极电解精炼工艺相比，均表现了技术的先进性，指标也有较大的提高，但二者均存在投资过大，现有设备设施利用率过低，建设周期长，装备水平依赖进口过多，与现有生产工序衔接难度大等缺陷，对目前的生产和公司的效益影响过大。在国内镍精炼工艺的研究方面，金川公司与有关院校、院所开展过大量研究工作，也取得了显著效果。因此，对以往的工作继续深化，或是考虑到公司目前的工艺状况，结合阜康冶炼厂几年的成熟经验，合理利用金川金属化高冰镍浸出这一流程应该是一条投资少，见效快的道路。2.2对金川镍电解现有流程优化的考虑若考虑到金川镍电解工艺流程更改的难度，在总结公司以往所做研究工作的基础上，并结合阜康等厂家的经验，采取对现有工艺流程进一步优化的办法也是比较符合金川实际情况的。如金川镍电解生产中每年均有1.4万t的残极需返回镍反射炉铸成高锍阳极板，再投入镍电解车间使用，这样，物料来回周转，增加了金属的流失和电镍的生产成本。而现有的加压釜正常运行后年处理能力已达到5000tNi/a；若将残极破碎细磨后，应用阜康冶炼厂的流程，采用硫酸化常压浸出和加压浸出相结合的方法进行选择性浸出，使用黑镍除钴或萃取分离镍钴，将净化液打入能力严重富余的镍电解造液槽，用不溶阳极电积法生产电镍、厚板电镍或镍扣，一方面降低了生产成本，另一方面对全流程应用湿法精炼工艺也能提供较好的实践借鉴作用。2.3对部分技术的应用（1）由于金川镍电解系统直收率的逐年提高，造液槽的补镍能力逐年下降，但脱铜作用仍是无法替代，现用的造液工艺，因效率低导致脱铜效果差，铜粉吸6附于阴极上需人工抖掉，效果较差。考虑合理地引用阜康冶炼厂黑镍制备工艺，适当地减少阴极面积，并在槽内加入风管，定时吹掉反应吸附在阴极的铜粉，应可有效地提高电效，减轻工人的操作强度。（2）镍电解生产过程中，溶液体积的平衡问题不容忽视，若将部分造液槽功能变化后，生产体系的体积平衡难以控制，阜康冶炼厂因受浸出过程的制约，为平衡阴极液Ni2+，Na+等离子浓度，将部分中间物料如NiCO3溶液制成固体物料转入下一道生产过程，较好地解决了溶液体积平衡问题。这一点非常值得金川镍电解考虑借鉴，因目前的生产状况，镍电解造液工序除完成补镍、脱铜作用外，处理大量其它工序的溶液，平衡镍系统体积的难度很大。（3）任何工艺的选择必须考虑到成本的控制，阜康冶炼厂基本没有渣的倒运，镍系统产生的钴渣也是浆化后送入钴车间，有效地降低了金属流失。新应用的铜生产系统完全借鉴了镍的不溶阳极电解工艺，厂房设施简单，未设电解槽砼平台，仅铺设本板，电解槽置于600mm高的砼制基础上，各种操作较方便。这些都在很大程度上降低了生产成本和建设费用。3结束语阜康冶炼厂镍生产工艺流程新颖，有许多独到之处，环境保护效果很好。针对于金川镍电解工艺的改造，必须向清洁、高效、低成本的现代化湿法精炼工艺方向发展，因地制宜地借鉴国内外先进工艺，逐步取代传统工艺，已是刻不容缓。