淺談阜康冶煉廠體系降鈉的摸索與實踐

王春海

(新疆新鑫礦業股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500)

淺談阜康冶煉廠體系降鈉的摸索與實踐

王春海

(新疆新鑫礦業股份有限公司阜康冶煉廠阜康831500)

阜康冶煉廠鎳系統除雜采用黑鎳、加壓浸出尾渣中所含的鎳金屬通過銅系統的返鎳液得以回收。黑鎳及返鎳液所帶的大量鈉離子不斷富集，給生產帶來諸多不利。本文著重就阜康冶煉廠在鎳系統降鈉方面的成功經驗進行闡明論述，以供同行業參考。

黑鎳硫酸鈉結晶鈉濾膜法化學沉降分離法四級沉降分離在線pH計連續測量和控制

1 概述

阜康冶煉廠始建于1989年，于1993年年底投產試運行。設計電鎳產能2 040 t/a，鎳系統尾渣全部外賣。按照當時的電鎳的產能，黑鎳制備及洗滌完全能滿足生產的需要，尾渣所帶走的硫酸鈉量也能間接平衡溶液體系含鈉，沒有考慮到以后生產擴大，鎳系統溶液鈉平衡的問題。2000年對鎳系統尾渣深度挖潛，將尾渣有價金屬及貴金屬提取回收。通過計算每年將有約1 200 t金屬鎳以返鎳液的形式返回鎳系統，返鎳液不可避免將帶入大量鈉離子進入鎳系統。另外隨著鎳產量的不斷提高，黑鎳大量用到生產中，造成體系含鈉快速上漲，最高時鎳系統含鈉達到210 g/L，輸液管路、泵體、礦漿加熱器、電解槽等處都是硫酸鈉結晶。如何有效控制鎳系統含鈉是阜康冶煉廠亟需解決的問題。

2 鎳體系溶液含鈉高對生產的負面影響

⑴使生產中的溶液體系的溶液粘稠濃度高，溶液阻力值增大，生產流動性差，造成許多的生產設備運轉率低；

⑵造成電解鎳陰極液中的硫酸鈉電解質成分上升，影響主要產品電鎳質量大幅降低，電解鎳品級率降低至75%；

⑶影響電鈷系統中的萃取工藝及有機溶劑與金屬離子間的交互，同時會造成電鈷產品的質量影響；

⑷體系中的高鈉不能排盡，會導致銅渣中含鈉過高，銅系統沸騰爐因銅渣含鈉過高，易板結造成死爐，影響銅產量，且勞動工作強度增大，運行成本增加。

3 排鈉工藝的具體應用

⑴在目前國際冶金化工行業中對于含鎳金屬溶液的“洗鈉排鈉”的主流技術中，主要使用的是“納濾膜法”過濾鈉離子和通過“化學沉降分離法”排除溶液中的鈉離子。“納濾膜法”主要是對溶液中較高濃度含Ni2+離子溶液進行雜質離子分離和溶液高倍濃縮，通過操作壓力、進料液流量原水Ni2+離子質量濃度和pH等因素對鎳、鈉離子的分離過程性能的影響，納濾膜對Ni2+的截留率隨操作壓力進料液流量和Ni2+質量濃度的增加而增大，膜通量則隨Ni2+的質量濃度增加而減小，pH為3的NiSO4溶液中，在操作壓力1.4 MPa條件下，經截留液全循環工藝運行，納濾淡化出水Ni2+的截留率均保持在99.6%以上，選擇適宜的納濾膜用于重金屬廢水的高倍數濃縮，實現有價金屬的資源化回收具有良好的技術可行性，然而在現在化工生產的鎳、鈉分離處理技術的選擇中，主要考慮的是生產成本的問題，一般來說現在硫酸鹽類鎳、鈉溶液的分離處理技術，一直是行業生產難題和困擾環保界的一個問題，要用低成本處理硫酸鹽溶液的鎳、鈉分離，現在的技術還沒有足夠成熟，但是一般含有Ni2+離子等金屬的硫酸鹽類，可以通過化學沉淀法向溶液中加入碳酸鈉沉降鎳離子外排鈉離子，因為“化學沉降分離法”中使用純堿沉降Ni2+，一般Na+離子不會沉淀，所以能使溶液中的Ni2+、Na+沉降分離，然后再通過分離方法，直接將含有Na+的溶液外排出去，回收被沉降下來的碳酸鎳固體，這樣就可以實現硫酸鹽溶液系統中的鎳、鈉分離。

⑵沉降處理的技術原理。阜康冶煉廠集中洗鈉的溶液主要是來自銅車間沉銅工序的“沉銅后液”和鎳電解車間電積工序后的“陽極液”，兩種溶液集中匯合后，主要含有的陽離子成分是Ni2+、Na+離子，附屬有Cu2+、Ca2+等其他雜質離子。當向混合溶液中加入純堿，并且使pH值穩定在8.2～8.5時，溶液中的Ni2+、Cu2+、Ca2+會與CO32-反應變為固體沉降，最后通過固液分離方式，可以將Ni2+與Na+分離。

第一步:將pH值穩定在8.2～8.5；

第二步:Ni2+、Cu2+、Ca2+等與CO32-反應沉降的過程

第三步:溶液中含有的Na+與固體沉降物的分離過程，主要是通過四級沉降分離過程，第一、二級使用濃密機固液分離，第三級帶式過濾機沉降分離，第四級板框精密過濾分離。

⑶排鈉工藝流程：集中洗鈉項目是將電解車間陽極液與銅車間沉銅后液集中進行連續沉鎳洗鈉為技術方案。將陽極液按比例混合后，用碳酸鈉（堿液）溶液調整到一定pH值，通過在線pH計連續測量和控制，從而進行連續沉鎳。連續沉鎳后液輸送到濃密機進行液固分離，濃密機分離的固體用熱水混合溶解后經過帶式過濾機，碳酸鎳固體用陽極液溶解后輸送到硫酸鎳儲槽。濃密機的溢流液與帶式過濾機的分離液在洗濾液儲槽內混合，混合后溶液經過板框壓濾，板框過濾的固體碳酸鎳用陽極液溶解后輸送到碳酸鎳儲槽，過濾液即為含鈉較高的廢液，經過廢液池沉淀后外排，見圖1。

圖1 集中洗鈉生產過程工藝流程示意圖

4 排鈉新項目實施所產生的效益

在該項目建設竣工后，交付生產車間使用到2012年10月底已取得了階段性成果。在集中洗鈉投入運行后的3個月，集中洗鈉共洗去300 t硫酸鈉量，保證了系統正常運行，截至到2012年10月底，體系內（約3 900 m3）硫酸鈉含量由7月初220 g/L下降至120 g/L，沉鎳渣中鎳鈉比由之前的10∶1提高至30∶1，渣含鈉也由1.6%～2%下降至1.1%以下，電解鎳的品級率由之前的78%提高至92%（表1），保證銅、鎳系統的穩定，減少藥劑的消耗，降低生產成本。

表1 集中洗鈉前后各項指標比較

5 總結

根據2013年集中洗鈉項目投入一年多以來，阜康冶煉廠體系含鈉指標得到了有效的降低，在體系中鈉含量已由原來的＞200 g/L降至150 g/L，整個鈉含量較低＜50 g/L，含鈉指標降低近25%，因此對于確保阜康冶煉廠保持工藝穩定平衡、實現生產規模擴大、提高產品質量、以及降低成本和減輕勞動力等都起到了關鍵作用。同時該項目的投入運行對于阜康冶煉廠今年實行的“兩降一升”工作，做出了突出的貢獻。集中洗鈉系統運行后，阜康冶煉廠銅系統、鎳系統的整體電效都得到了有效的提高，平均提高了2%左右，電鎳、電銅產品品級率也提高了約1%以上。集中洗鈉的運行對于銅系統焙燒爐的運行將起到很好的保障作用。同時，體系含鈉指標的有效降低，大大改善鎳系統供液管路的堵塞狀況，便于電解槽的槽面管理，員工勞動強度減小，工作環境得以改善。

[1]W.G.達文波特,等.銅冶煉技術（美）.化學工業出版社,2006.

[2]有色金屬提取冶金手冊.冶金工業出版社,1999.

[3]趙由才,牛冬杰.濕法冶金污染控制技術.冶金工業出版社,2003.

收稿：2014-03-08