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阜康冶炼厂镍生产工艺介绍及借鉴探讨
金川企业第二冶炼厂 李继斌
【摘要】 针对于金川企业镍生产所用传统工艺步骤，文章提出了部分合理借鉴应用阜康冶炼厂工艺，以优化现有步骤、合理平衡生产、降低生产成本几点探讨意见。
关键词： 镍 硫酸浸出 电积

0 序言
因为高镍锍湿法精炼工艺含有步骤短、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依据资源、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精炼工艺，开始逐步替换传统可溶阳极电解精炼工艺。
中国最关键镍资源是硫化矿，中国镍厂高镍锍精炼工艺大多以传统高锍磨浮—硫化镍阳极电解精炼工艺为主。阜康冶炼厂是中国首家采取硫酸浸出—黑镍除钴—电积步骤从高镍锍生产金属镍工厂，其工艺借鉴了北京矿冶研究总院1983年为金川企业金属化高冰镍提镍湿法工艺所做试验研究工作结果，处理原料为喀拉通克镍矿，年生产能力为2 000 t电解镍，自1993年投入使用以来，工艺通畅，设备运转基础正常。
1阜康冶炼厂生产工艺
1.1工艺概述
阜康冶炼厂采取一段常压、一段加压两级逆流浸出工艺，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，净化作业采取较简单NiOOH（黑镍）除钴法，净化后浸出液用电解沉积法产出金属镍。该工艺金属回收率高，又因降低了铜镍高锍缓冷、磨浮、熔炼等过程，所以步骤短、建厂投资省；工艺过程中无有害气体使用和产生，有利于环境保护；生产中电解液循环量少、槽电压低、试剂用量较少，比镍硫化物电解试剂消耗及能耗均低。
1.2浸出工序
喀拉通克铜镍矿生产水淬金属化高镍锍，细度为0.2～0.3 mm，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（-0.045 mm）>95%，含水8%~10%高镍锍滤饼，其关键成份为Ni 30%~32%，Cu 47%~50%，Co 0.16％～0.34％，S 16%。滤饼浆化后泵入8个2 350 mm×3 000 mm机械搅拌常压浸出槽，浸出温度约为70 ℃，常压浸出后矿浆经固液分离后，浸出渣经浆化后用高压隔膜泵送入加压釜进行加压浸出。加压浸出产生渣几乎富集了矿石中全部铜和铂族金属。常压浸出产生成品液送至黑镍除钴工序，除钴后液进入电积系统。铜渣及所含铂族金属和除钴渣另行处理。
投产以来工艺步骤基础通畅，关键设备压力釜、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2 600 mm×9 000 mm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，以适应釜体冷热改变需要。釜体分为4隔，从进料端到出料端隔板高度依次递减50 mm。隔室内安装有钛制压缩空气管和蛇型盘管用来调整釜内温度，采取复合防腐衬里，钢板内壁搪铅再衬两层耐酸砖，用来防腐蚀和耐磨。每个隔室中央装有搅拌装置，釜体和搅拌轴之间密封采取机械密封，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，经过直径25 mm不锈钢增压泵将密封液打到机械密封中去。因为加压釜工作温度高，为了延长机械密封寿命，降低因磨擦产生热，在机械密封下端面下方和密封腔外侧均设置了冷却水套。另外，釜上还设置了温度计、压力表和液位计及工艺操作用多种接口。加压釜关键技术参数以下：2 600 mm×9 000 mm，几何容积40 m3，设计压力1.6 MPa，使用压力0.85 MPa，总风量650 m3/h控制温度423±10 K，搅拌桨直径700 mm，转数200 r/min。
因为步骤中很好地处理了铜镍分离问题，设备控制正常，在较低浸出温度和压力下即取得了很好选择性浸出效果。
1.3黑镍除钴
生产过程中考虑到为避免引入其它杂质，采取了NiOOH（黑镍）除钴方法，阜康冶炼厂制备黑镍电氧化槽电极材料及槽体结构全部很有特色，电氧化槽电流效率也较高。
NiOOH制备方法是，从净化系统抽出部分净化后液，泵入带有机械搅拌氢氧化镍制备槽中，加入适量氢氧化钠溶液使之生成Ni（OH）2 ，通常情况下Ni（OH）2浆液含镍为20 g/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黑镍脱离，通常控制槽电压2.4~3.0 V，槽电流2 800～3 000 Ａ，温度45~52 ℃，反应时间约24ｈ，黑镍转化率可达65%~75%，产出黑镍三价镍含量为60%~70%。为控制溶液体系中Na+浓度，设置两台ф3 000 ｍｍ×1 900 ｍｍ黑镍洗钠槽，洗钠水经处理后排放。
ＮiOOH除钴采取两段逆流方法进行，在第一段净化除钴过程中，溶液已和部分起反应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ＮiOOH。
ＮiOOH除钴关键工艺技术条件为：温度70~80 ℃；过程时间1~2 ｈ；ＮiOOH加入量，Ni﹕Co为1.5~2.0。
ＮiOOH除钴效果良好，除钴后液含钴浓度小于0.01 g/L，同时净化除去溶液中其它微量杂质，如Cu，Fe，Pb，Mn，As等，起深度净化作用。产生钴渣含镍30%~33%，含钴2.5%，送钴车间处理。
1.4镍电积过程
阜康冶炼厂镍电积过程使用不溶阳极为主成份为Pb四元合金板，阳极过程关键是析出氧，同时生成当量酸，采取新铅阳极进行电解时，在阳极表面上会形成PbO２薄膜，使铅阳极含有很好稳定性。
钛种板处理及阴极镍始极片制作过程靠近于金川镍电解过程，但阜康冶炼厂因产量低，考虑到成本及操作等原因，将镍电积和铜电积始极片制作同时处理。
黑镍除钴后溶液在调酸槽中，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透阳极区，电解槽内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。生产槽阴极产出成品电积镍剪切四边后，品级率为85%左右。
电积过程关键技术条件以下：电流强度：5 800～6 500 A；槽电压：3.3~3.8 V；阳极尺寸：600 mm×1020 mm；阴极尺寸:720 mm×820 mm；阴极片数:26片/槽；同极距离:140 mm；阴极液流量:120~130 mL/ min·袋（设计值为160 mL/min·袋）；阴极液Ni2+浓度:75~80 g/L；阳极液Ni2+浓度:45 g/L；电流密度:200~230 A/m2。
2阜康镍生产工艺对金川镍电解借鉴
2.1 合理借鉴应用硫酸浸出步骤
传统硫化镍阳极电解工艺因为其本身工艺限制，步骤长，除杂负荷大，返料多，试剂及能耗大，金属回收率偏低，以致于逐步让在现代化集中控制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细菌浸出法研究。阜康冶炼厂镍电解过程几年来正常运行，已使车间成本降至5 000元/tNi左右，占成本较大电能消耗仅为3 800 kWh/tNi，均比金川镍电解低20%左右。所以，针对金川企业来说，改革传统镍精炼工艺，提升企业国际竞争力已是很必需。
在，金川企业分别和日本住友金属矿业企业和芬兰奥托昆普企业开展技术交流，委托她们开展金川镍精炼工艺氯化精炼和硫酸浸出工艺改造可行性研究工作。不管是氯气浸出还是硫酸加压浸出工艺，和现有硫化镍阳极电解精炼工艺相比，均表现了技术优异性，指标也有较大提升，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，装备水平依靠进口过多，和现有生产工序衔接难度大等缺点，对现在生产和企业效益影响过大。
在中国镍精炼工艺研究方面，金川企业和相关院校、院所开展过大量研究工作，也取得了显著效果。所以，对以往工作继续深化，或是考虑到企业现在工艺情况，结合阜康冶炼厂几年成熟经验，合理利用金川金属化高冰镍浸出这一步骤应该是一条投资少，见效快道路。
2.2 对金川镍电解现有步骤优化考虑
若考虑到金川镍电解工艺步骤更改难度，在总结企业以往所做研究工作基础上，并结合阜康等厂家经验，采取对现有工艺步骤深入优化措施也是比较符合金川实际情况。
如金川镍电解生产中每十二个月全部有1.4万t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，这么，物料往返周转，增加了金属流失和电镍生产成本。而现有加压釜正常运行后年处理能力已达成5 000 tNi/a；若将残极破碎细磨后，应用阜康冶炼厂步骤，采取硫酸化常压浸出和加压浸出相结合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，首先降低了生产成本，其次对全步骤应用湿法精炼工艺也能提供很好实践借鉴作用。
2.3 对部分技术应用
（1）因为金川镍电解系统直收率逐年提升，造液槽补镍能力逐年下降，但脱铜作用仍是无法替换，现用造液工艺，因效率低造成脱铜效果差，铜粉吸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，合适地降低阴极面积，并在槽内加入风管，定时吹掉反应吸附在阴极铜粉，应可有效地提升电效，减轻工人操作强度。
（2）镍电解生产过程中，溶液体积平衡问题不容忽略，若将部分造液槽功效改变后，生产体系体积平衡难以控制，阜康冶炼厂因受浸出过程制约，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，很好地处理了溶液体积平衡问题。这一点很值得金川镍电解考虑借鉴，因现在生产情况，镍电解造液工序除完成补镍、脱铜作用外，处理大量其它工序溶液，平衡镍系统体积难度很大。
（3）任何工艺选择必需考虑到成本控制，阜康冶炼厂基础没有渣倒运，镍系统产生钴渣也是浆化后送入钴车间，有效地降低了金属流失。新应用铜生产系统完全借鉴了镍不溶阳极电解工艺，厂房设施简单，未设电解槽砼平台，仅铺设本板，电解槽置于600 mm高砼制基础上，多种操作较方便。这些全部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步骤新奇，有很多独到之处，环境保护效果很好。针对于金川镍电解工艺改造，必需向清洁、高效、低成本现代化湿法精炼工艺方向发展，因地制宜地借鉴中国外优异工艺，逐步替换传统工艺，已是刻不容缓。