国外高冰镍湿法精炼工艺生产实践两例：出国考察报告.pdf

i 国外高冰镍湿法精炼工艺生产实践两例 出国考察报告 段治华杨大福 - 一 ( 1 l ； t l 铜镍有限责任公司成都电冶厂成都6 1 0 0 6 1 ) 【 摘要】 本文根据 出访考察了解的情况， 介绍了澳大利亚西部矿业套 司 ( wmc ) 奎那那精炼厂高冰镍加压氨浸生产工艺和芬兰奥托昆普套司( o u t o k u m p u ) 贾尔瓦尔塔冶炼厂高冰镍硫酸加压浸出生产工艺， 并对其作 了简要 ， 评 介 丫 、 国 【 关键 词 】 金剧 镍 高冰 镍 湿 法精 炼 加 压氨 浸 硫酸 加压 浸出 0 l 。 一 | ， 奎那那精炼厂和哈贾尔瓦尔塔冶炼厂 月 声 的生产工艺分别为高冰镍加压氨浸和硫酸 一 九九六年六 月， 中国有色金属工业 成都公司及四川铜镍有限责任公司组团出 访， 分别赴澳洲、 北美洲和欧洲考察国外镍 ( 钴) 工业生产技术情况， 寻求与外方合作 的途径。考察期间， 调查了解了其资源、 生 产技术、 发展等方面的情况， 向外方介绍了 我国改革开放的形势、 国情省情和投资环 境， 相互表达了多方面合作的愿望和一些 意向性意见， 为四川铜镍有限责任公司以 后的发展规划进行了有益的工作。 笔者作为团组成员参与了考察活动， 对国外镍工业现状的基本 了解和认识是 ， 高冰镍湿法精炼工艺正愈来愈多地被应用 于工业实践。现对澳大利亚西部矿业公司 ( wmc ) 奎那那精炼厂和芬兰奥托昆普公 司( ou t o k u mp u ) 哈 贾尔瓦 尔塔冶炼 厂最 新生产工艺情况“ 作一介绍， 以飨读者 收藕 日期 ： 1 9 9 7 0 b 一1 5 加压浸 出， 这是本世纪内发展起来 的两种 典型湿法精炼工艺 ， 其化学原理在文献” ” 中已有介绍。 2 高冰镍加压氨浸奎那那 精炼厂生产工艺 2 1 奎那那精炼厂概况 奎那那精炼厂位于澳大利亚珀斯市南 4 0公里的奎那那工业 区， 滨 临海 港， 交通 便利。 该厂采用高压氨浸工艺， 最初直接处 理干精矿， 年生产能力为1 5 0 0 0吨金属镍。 随着后来 的改扩建及1 9 7 3年以后 以高冰 镍替代部分镍精矿， 到1 9 8 5 年全部以高冰 镍为原料， 年生产能力达3 5 0 0 0吨金属镍。 1 9 9 2 1 9 9 4年期间进行的扩产改造使其 年生 产能 力达到 了现在 的4 2 0 0 0吨金属 镍。 维普资讯 1 6 1 9 9 7 年第3 期 该厂累计投资4 亿澳元， 现有职工2 7 0 人， 另有3 o 名合同工 大部分镍产品出口 海外， 年出口收人4 亿澳元。 2 2 生产工艺 奎那那精炼厂现用原料是卡尔古利冶 炼厂生产的高冰镍， 其生产工艺流程见图 1 。 生产过程各种固体物料和溶液的组成分 别列于表1 和表2 璺竺竺 混合硫化镍怙 圈1 奎那那精炼厂生产工艺流程图 表1 固体物料典型成分( ) 名称 ni cu c o f e s 【 n ) 2 s 0 , 高 冰镍 6 4 4 0 8 6 2 5 浸 出残 渣 3 5 0 4 0 5 5 8 1 赢 化铜沉淀 1 6 3 3 0 1 硫化锦钴沉淀 2 4 2 4 3 3 1 硫酸 铵 d o 】 3 0 1 镍糟 8 o 0 3 o 1 0 n - o o 3 o o 2 镍丸 9 9 8 ) 0 o 3 0 1 0 0 0 j m 0 0 5 2 2 1 浸 出 粒状高冰镍经球磨、 浆化后送人加压 釜， 与空气 和氨在8 5 和9 0 0 kp a压力下 浸出。 浸出为三段串联， 浸后物料卸人浓密 机进行固液分离 高冰镍用富含硫酸铵的 第三段浸出液浆化后送第一段浸出 在第一段浸出中， 冰镍中约5 o 的镍 进人溶液 第一段浸后渣用第三段浸出液 再浆化后送第二段浸出。该段浸出后冰镍 中镍的浸出率超过9 5 第二段浸后渣经 浆化后送第三段浸出。 经第三段浸出后， 镍 的浸 出率达9 9 以上。 第一、 二段浸出液合并送净化处理。 表2 溶液典型成份( g d ni co co n 一 段浸 出液 9 0 o 1 1 1 o o 2 0 0 4 8 二段 浸出液 7 5 3 5 1 1 0 5 3 o o 4 3 三段浸出液 5 o 5 0 2 5 0 2 o o 除铜后液 9 0 1 5 2 3 8 0 0 5 氧化水解后聩 8 5 1 4 9 3 6 0 0 03 仉0 0 5 氩还原后液 1 1 1 5 5 0 金属沉积后 豳 d o 2 o 2 5 5 0 -nh： 一氟基磺酸盐 ( 以n 计】 冰镍中的硫大部分被氧化成硫酸根， 但也经控制使其部分生成硫代硫酸根， 镍、 铜、 钻进人溶液形成氮络离子 铁被氧化后 在控制氨量使p h值为9时便定量沉淀为 水合氧化铁沉淀 浸出体系对浸出液也起 到了净化作用， 有害元素包括砷、 硒和铅能 被水合氧化铁吸附而共沉淀 第三段浸出残渣经压滤后送选矿厂处 理 。 2 2 2 除铜 浸出液泵人“ 蒸氨除铜 装置处理， 达 到沉淀铜回收氨的双重目的。浸出液向下 维普资讯 四川有色金属 1 7 流入阶式蒸发器与上升的氨和蒸汽逆流接 触， 到达底部时已被蒸汽加热到1 3 0 c。 离开“ 蒸氨除铜” 装置的溶液中氨与镍 的摩 尔比恰好为2 t 1 ， 氨蒸汽经 回收返 回 浸出工序再利用。在温度提高和氨浓度降 低的条件下， 铜便与溶液中的硫代硫酸根 反应生成硫化铜沉淀。 喷入硫酸的目的是使其与蒸汽作用产 生热量和除去氨 ， 还可控制硫酸铵的浓度 。 加入单质硫是为了抑制在管中形成硫化物 和产生过多的硫代硫酸根。 2 2 3 氧化水解 将除铜后液加热到2 4 5 c， 令其通人管 式 反应器在压 力4 1 0 0 k p a下 与空气接 触 至少3 o分钟， 进行氧化反应和水解反应。 除铜后液尚含少量未反应 的硫代硫酸 根和氨基磺酸根， 这两种离子是在浸出和 除铜过程中形成的。硫代硫酸根被氧化成 硫酸根， 从而避免以后单质硫沾污金属镍 粉 。水解反应使氨基磺酸根转变成硫酸根 得以消除， 因为它抑制植物生长， 不允许存 在于硫酸铵产品中。 为了防止镍氨络离子水解， 必须保证 体系中有很高的硫酸铵浓度， 同时也必须 保持氨与镍之摩尔 比不变 。 2 2 4氢还原 在温度2 0 0 ， 压力2 8 0 0 k p a 条件下， 净化后 液中的镍被氢气还原成金属粉末 。 高压釜的生产“ 周期” 大约5天， 在每一批 还原过程或称为“ 致密化” 过程 中， 镍粉沉 积于底部 ， 而已经还原的溶液被抽走 ， 输入 新鲜溶液。镍粉颗粒随着溶液被抽走和新 鲜溶液补入的重复次数而长大， 一般 重复 6 0 8 0次 通过对这种次数的控制可获得 所需粒度的镍粉。 控制氢还原 的条件能使镍钴 有效分 离 ， 9 o 的钴留在母液中。 2 2 5 镍金属的处理 从还原高压釜卸出的物料先沉降分 离， 浆料经水洗、 过滤、 干燥得到镍粉。 部分 镍粉直接包装销售。 大部分镍粉经旋转压制机压制成丸， 然后在间接加热连续网带炉内烧结 。烧结 炉内分两段操作： 压制镍丸首先在8 0 0 “(2 空 气中预氧化， 然后在9 0 0 “c 氢气氛中成为致 密金属 在氢气中， 氧化镍被还原成金属 ， 硫含量被降低到小于0 0 1 。 2 2 6 氢还原詹 液 的处理 氢还原后液还含有相当数量的有价金 属镍和钴， 使该溶液在循环管式反应器中 与硫化氢反应 ， 镍、 钴沉淀为硫化物， 再经 浓 密和压滤以混合硫化镍钴形式加 以回 收 。 沉淀后液富含硫酸铵， 经三效蒸发结 晶器回收化肥级硫酸铵产品。 2 2 7 责金属回收 在加压氨浸过程 中， 铂、 钯、 铑以氨络 台物形式进人溶液， 金部分被硫代硫酸根 络台而浸出， 浸 出液中金、 钯、 铂在除铜过 程中进入硫化铜 中问产品， 从而将在铜精 炼过程 中得到 回收 。 3 高冰镍硫酸加压浸出 哈贾尔瓦尔塔冶炼厂精炼 生产工艺 3 1 哈贾尔瓦尔塔冶炼厂概况 哈贾尔瓦尔塔冶炼厂位于芬兰波里市 附近。 从1 9 5 9 年开始用闪速炉进行镍精矿 熔炼， 1 9 6 0年开始生产电解 镍， 其生产能 力 为年产1 8 0 0 0吨镍， 9 8 0 0 0吨粗铜， 现有 职 工9 8 1 人 。 3 2 精炼生产工艺 哈贾尔瓦尔塔冶炼厂包括镍精矿的火 法冶炼和高冰镍的湿法精炼两大部分， 其 火法冶炼产出的水淬高冰镍作为硫酸加压 浸出的原料， 典型成分为： 电炉高冰镍( ) 维普资讯 1 8 1 9 9 7年第3 期 ni 5 o 一5 5 ， c u 5 7 ， f e 3 o 一3 5 ， s 6 。闪速 炉高冰镍( ) ： n i 7 1 ， c u 6 ， f e 3 ， s 1 9 ， co 0 5 由于现在所用原料与以前的转炉高冰 镍有较大 区别， 浸取工艺作了相应调整， 并 采用了溶剂萃取除钴的净化新方法。精炼 生产艺流程示于图2 。 水粹电炉高雄镩 水粹阿速炉高碓锦 盟煎 墼焦盟盟 图2 哈贾尔瓦尔塔冶炼 厂精炼生 产工艺 流程 3 2 1 浸 出 闪速炉高冰镍 在球磨机 中进行湿磨， 然后送两段常压逆流浸取， 在反应釜中对 物料进行强烈 的机械搅拌， 从反应 釜下部 通人氧气， 控制反应温度为8 5 ， 原料中 7 o 的镍 钴被浸人 溶液， 浸 出终点p h 值 为3 ， 浸出液中含铁小于l g l 。 常压浸取后的固体物料， 一部分送人 加压釜进行强氧化浸出使其完全溶解， 从 而维持常压浸出液中一定的铜离子浓度； 另一部分也送人加压釜进行非氧化浸 出， 镍被浸人溶液， 铜以硫化物形式存在于残 渣中， 硫化铜渣送铜熔炼炉冶炼。 电炉高冰镍在专门的浸取工序以硫酸 溶液浸取。 高冰镍先在球磨机中磨细， 然后 在强氧化性条件下进行常压浸取， 大部分 镍、 钴和铜在加压釜中继续浸出， 镍钴铜被 完全 浸 出， 而剩余 的铁以赤铁 矿f e ： oa 形 式沉淀。浸后终渣被送人镍熔炼炉。 电炉高冰镍浸出液与闪速炉高冰镍浸 出液相混台， 送下步工序处理。 3 2 2除钴 浸出液经萃取分离镍钴得到富镍溶液 和富钴溶液。 经四段逆流萃取 ， 钴及其他一些微量 杂质被萃人以c y a n e x 2 7 2与煤油组成的有 机相， 萃余液水相即为纯净的硫酸镍溶液。 有机相以硫酸和水洗涤以防止镍混人反萃 钴溶液。 在反萃取过程中， 通过控制不同的 p h值， 按f e 、 z n 、 c u 、 c o 顺序洗出有机相 中的金属离子 从而达到了除杂和镍钴分 离的目的。 3 2 3 镍 还 原 除钴后液含镍约1 2 0 g 1 ， 均送活性炭 交换柱除去有机物 然后， 一部分镍溶液送 去电积， 以铅片为不溶 阳极 ， 在隔膜套内的 阴极上得到纯镍金属， 阳极产生的硫酸用 于高冰镍的浸出。有关电解参数如下： 电解新液含ni 1 2 o g 1 ， p h=3 电解后液含ni 7 0 g l ， 含h2 s o 5 0 g l 每槽阳极个数4 9 每槽阴极个数4 8 同极问距 1 3 2 mm 电流密度 2 0 0 a m 槽电压 3 6 v 其余的净化镍溶液送氢还原工序， 一 定温度下在压力为3 o 一3 5 k g c m 的氢 气作用下， 溶液中镍离子被还原成金属粉 维普资讯 四川有色金属 1 9 末 镍粉经洗涤、 干燥后压制成丸 t 然后烧 结以获得最后的纯度和必要的强度。氢还 原后液含镍约l g 1 ， 经真空蒸发回收硫酸 铵 。 3 2 4钴还 原 从 萃取 工序获得 的钴 溶液含钴约 1 0 0 g 1 ， 经进一步净化后， 在高压釜内以压 力为3 o 一3 5 k g c m。 的氢气还原制得钴粉。 4 小 结 4 1 西方镍工业， 高冰镍精炼生产， 普遍 具 有生产规模大、 装 备水平高、 工艺先 进 ( 多为湿法工艺) 、 金属 回收率高、 机械化 自 动化程度高、 劳动生产率高等特点。 我们欲 参与国际竞争， 必须对此予以高度重视。 4 2 奎那那精炼厂生产实践表明， 加压氨 浸湿法冶炼工艺具有如下优点： 1 ) 既可处 理冰镍又可直接处理镍精矿或二者的混合 物 2 ) 物料、 溶液体系腐蚀性不强t 对设备、 管道材质要求不高， 防腐问题容易解决； 3 ) 浸出反应温度不高( 8 5 ) ， 压力亦不太高 ( 9 0 0 kp a ) ； 4 ) 浸 出反应动力 学速度快 ； 5 ) 无大气 污染物二氧化硫产生； 6 ) 硫 以硫酸 铵形式回收作化肥； 7 ) 可得到较纯净的铁 尾矿； 8 ) 有害元素( a s 、 s 、 t e ) 被抑制在铁 渣中； 9 ) 浸出用空气 即可 ， 毋须纯氧； 1 0 ) 流 程短， 返回物料少， 金属回收率高； 1 1 ) 避免 了电解池 ， 可节约空间， 卫生条件也较好 该工艺也存在一些缺点： 1 ) 不利于铂 族 金属回收 ( 进入铜渣) 2 ) 铜以低附加值 产 品形式( 硫化铜) 回收 3 ) 钴以硫化镍钴 混合物形式回收， 要提炼尚需较长的工艺 过程； 4 ) 氧化水解和氢还原过程需高温高 压，前 者 2 4 5 、4 1 0 0 kp a ，后 者 1 8 0 2 0 0 ， 2 8 0 0 kpa 4 3 哈贾尔瓦尔塔 冶炼厂精炼生产实践 表明， 硫 酸加压浸 出湿法冶炼工艺具有如 下优点： 1 ) 原料适用范围广， 冰镍 中镍 、 铜 成份可在较大 幅度 内变动； 2 ) 产品易于采 取多种形式， 如镍阴极板、 镍粉、 镍丸、 硫酸