氯化浸出工艺在高镍锍浸出系统中的应用

李少龙

（中国恩菲工程技术有限公司，北京100038）

氯化浸出工艺在高镍锍浸出系统中的应用

李少龙

（中国恩菲工程技术有限公司，北京100038）

讨论了高镍锍处理五种方法——传统的Hybinette工艺、硫酸加压浸出工艺、氯化浸出工艺、加压氨浸工艺及羰基法的优缺点及应用，重点论述氯化浸出工艺原理、过程及其工业生产应用情况。氯化浸出工艺具有流程简单、金属回收率高、电耗低、消耗少、低污染、加工费用低等优点，适用于新厂建设及老厂改造。

高镍锍浸出；氯化浸出工艺；应用

0 前言

目前，对于高镍锍的处理主要有五种方法：传统的Hybinette工艺，硫酸加压浸出工艺，氯化浸出工艺，加压氨浸工艺及羰基法。

传统的Hybinette精炼工艺成熟可靠，具有操作简单，生产稳定，能基本满足生产Ni9996电镍的要求。但存在如下缺点：（1）工艺流程复杂，对于精矿的处理需进行熔炼－精炼－化工综合处理过程；（2）金属直收率低、能耗高、磨浮分离不彻底，合金需进行单独处理；（3）返料多、渣量大、渣含镍高、贵金属损失大、试剂消耗大、阳极电流效率低、需造液补镍；（4）“三废”处理流程复杂。目前国内使用该工艺处理硫化镍精矿的生产厂家主要是成都电冶厂及金川集团有限公司，国外主要有国际镍公司汤普逊镍精炼厂及日本志村精炼厂。随着技术的发展，此种工艺已经逐渐被改造或替代。

奥托昆普硫酸加压浸出工艺是近几十年来发展起来的一种较为先进的工艺，但由于硫酸浸出工艺是一个硫化物向硫酸盐转变的过程，产生大量硫酸根，因此必须解决体系中硫酸根的平衡问题；因为采用加压氧浸作业，基建费用也相对较高。国外采用此流程的主要有芬兰奥托昆普公司哈贾瓦尔塔镍精炼厂、南非勒斯腾堡镍精炼厂、津巴布韦宾都拉冶炼厂、俄罗斯诺里尔斯克联合企业及北方镍公司等；国内新疆阜康冶炼厂、吉林镍业公司及金川集团公司也应用了此工艺。

镍羰化冶金生产工艺是当今世界上尖端的冶金技术，100多年来，世界上只有俄罗斯诺里尔斯克北镍公司及加拿大国际镍公司英国克莱达奇精炼厂实现羰基镍工业化生产，垄断了羰基镍产品市场，并对我国实行技术封锁。目前国内有金川集团公司及西南金属制品厂进行少量羰基法生产。羰基法以产品质量高，品种多，生产工艺灵活多样而著称，但由于受技术限制，真正实现工业化大生产还需进一步的试验研究及试范工厂生产等工作。

加压氨浸的应用较少，目前世界上只有澳大利亚克威那拉精炼厂采用此法处理高镍锍。该工艺存在消耗大量氨、大部分的硫最终氧化成硫酸根、且贵金属难以回收等缺点。

高冰镍的氯化浸出，近年来在国外发展很快。1978年法国勒哈佛尔—桑多维尔厂以Fe2+/Fe3+为电偶氯化精炼新喀里多尼亚的多尼安博厂含微量铜的高冰镍生产电镍；鹰桥镍矿业公司克里斯蒂安松镍精炼厂1981年完成了Hybinette精炼工艺向氯化浸出精炼工艺的转变，形成了5万t电解镍的年生产能力；法国镍公司的勒阿佛尔精炼厂也于1978年完成了老厂的改造，建成了年产2万t镍的高冰镍氯化精炼厂；日本住友金属矿业公司的新居滨冶炼厂于1993年将已使用20多年的硫化镍电解工艺改为氯化浸出及氯化镍、氯化钴不溶阳极电解法生产电镍和电钴，改造后生产成本降低了20%。氯化浸出具有流程短、回收率高、加工费用低、电耗低等优点，并逐渐被应用到新厂建设及老厂改造中。

1 氯化浸出工艺

1.1 简介

本世纪60年代，鹰桥镍矿业公司研制成功用盐酸浸出高镍锍的新工艺，并于1968年在挪威克里斯蒂安松建成一个年产镍6 800 t的示范工厂，采用高浓度的盐酸选择性浸出高镍锍中的镍，达到与铜的高度分离；采用萃取提纯、氯化镍结晶及高温水解得到氧化物，最后采用氢还原方式得到金属镍的流程。同属鹰桥镍矿业公司的贝坎考特镍精炼厂亦采用盐酸浸出高镍锍的工艺，该厂于1974年投产，其工艺流程是先将高冰镍进行盐酸浸出，得到的氯化镍溶液在新型结构的沸腾反应器内制成粒状氧化镍，最后将氧化镍还原成金属镍。

1977年，鹰桥镍矿业公司又研制成功氯气浸出高镍锍新工艺，并应用于工业生产。

氯化浸出是指在水溶液中进行的湿法氯化过程，即通过氯气氧化作用，使高镍锍中的镍、钴、铜等呈氯化物形态溶解进入溶液。利用氯化物的化学活性高、生成的氯化物溶解度大、对杂质的络合能力较强等特点，在常温常压下就能达到其它介质高温高压才能达到的技术指标。

根据浸出所用试剂不同，氯浸包括氯气浸出和盐酸浸出，由于氯气浸出比盐酸浸出更为灵活，本文仅对氯气浸出作详细介绍。

1.2 氯化原理

在酸性水溶液中通入氯气，使物料氯化溶出的过程称为氯气浸出。

氯气是一种强氧化剂，其氧化－还原电位很高，氯在水溶液中还能水解生成盐酸及次氯酸，次氯酸有比氯更正的氧化－还原电位。因此，用氯气浸出高镍锍时，高镍锍中的镍、钴、铜等金属和金、银、铂、钯等贵金属都可以氯化进入溶液。

部分金属元素氧化－还原电位见表1。

表1 部分金属元素氧化－还原电位mV

氯气浸出的另一个特点是能实现选择性浸出。

从表1可知，氯气在酸性水溶液中能浸出包括贵金属在内的绝大部分元素，利用这个特点，在控制浸出电位的情况下可以选择性的将高镍锍中的镍、钴浸出，而铜及贵金属则留在渣中；在处理贵金属含量高的高镍锍时，则可将镍、钴、铜等贱金属全部浸出到溶液中，而贵金属则留在渣中。正是由于氯气浸出良好的选择性，逐步应用于工业生产中。

在氯气浸出中，溶液中的氧化－还原电位随着氯气的加入而上升，随着高镍锍的加入而下降。因此，只要控制氯气浸出过程中氯气通入速度及高镍锍的加入量即可把氧化－还原电位控制在合适的范围内，达到镍、钴的高浸出率。镍、铜浸出率与氧化－还原电位的关系见图1。

图1 铜镍氧化还原电位

由图1可知，当氧化－还原电位为315mV时，镍的浸出率达到80%，而铜的浸出率为15%；氧化－还原电位为280mV时，镍的浸出率为70%，铜的浸出率只有5%。由此可知，升高电位，镍、铜浸出率增加，选择性浸出变差。因此，在处理含铜量低的高镍锍时，这种关系较有优势，如鹰桥镍业公司的高镍锍含Ni35～40%，Cu 30～35%。

1.3 鹰桥氯气浸出法

1.3.1 氯浸过程

鹰桥氯气浸出工艺过程见图2。

高镍锍和镍电积系统返回的阳极液一起加入到浸出槽，在通入氯气(包括镍电积系统返回的氯气)的条件下，浸出温度维持在沸点状态自热进行，浸出主要发生下列化学反应：

图2 鹰桥氯气浸出工艺流程

浸出过程可以认为是溶液中二价铜离子与高镍锍中的Ni3S2之间进行反应，反应产生的Cu+又被氧化成Cu2+，Cu2+与Ni3S2及NiS进行反应，此时浸出液中含Ni～230 g/L，Cu～50 g/L；浸出渣主要是硫化铜、元素硫及约5～8%的镍组成。

浸出矿浆引入除铜工序，根据氧化－还原电位值向除铜槽内加入一定量的高镍锍，控制除铜初始温度为80～90℃，终点温度为60～70℃，除铜主要发生下述化学反应：

除铜后液中含铜从50 g/L降至约0.2 g/L，除铜效果良好。

由于在除铜工序引入了新的高镍锍进行除铜反应，上述反应效率较低。因此，当浸出液中另加高镍锍使其中铜从50～70 g/L降至0.2 g/L时，多余的高镍锍就将整个浸出渣中含镍量从8%提高到15%。为此，需将浸出矿浆从110℃升温到130℃左右，并在高压釜中进行搅拌，依靠反应放热使温度维持在140～150℃，此时主要发生以下两个反应：

在通过控制加入少量的新高镍锍的情况下进行氧化还原电位的调节以维持所需电位。一般来说，从高压釜放出来的矿浆溶液含铜量为0.5 g/L左右，固体中镍含量为6%～8%。

较为典型的物料成份分析见表2。

除铜后的残渣经焙烧氢还原后，其中金属化的铜也用氯气浸出。其目的是控制氧化－还原电位将铜镍完全浸出，而将铂族金属的损失减至最小。将矿浆过滤，滤液送去除铁，除铁后液送氯浸槽，浸出残渣在电炉中熔炼为铂族金属冰铜，并进一步处理回收。

高镍锍浸出液经除铁、镍钴分离、电积工序来回收镍、钴。铜渣火法焙烧处理产出焙砂，然后经电积得阴极铜。镍钴电积产生的氯气经阳极集气罩汇入氯气总管，在负压状态下排入脱氯塔，氯气及阳极液分别返回浸出系统。

1.3.2 氯浸的效益

鹰桥公司于1975年以前还是采用传统的Hybi⁃nette法生产电镍，自1981年完成氯浸工艺改造后，劳动强度大大降低，试剂消耗明显降低，生产成本下降。

改造后处理工艺大部分为湿法冶金过程，环境中的镍浓度小于0.1mg/m3，浸出尾气氯气质量浓度小于10×10-6，明显改善了操作环境。

表2 鹰桥氯气浸出工艺典型物料成分表

利用现代化的分析检测仪器，对浸出过程及净化过程严格控制，大大提高了镍钴产品质量，能够满足多种工业用户的要求，并能生产如电镍、镍扣等多种产品，优化了产品结构，适应市场要求，提高了企业竞争实力。

由电解改为电积后，槽利用系数提高，不产生阳极泥，有利于电解镍质量及电解槽利用率的提高。

生产工艺灵活，对某此工序稍加改造便能实现浸出不同物料的目的。

2 结语

氯气浸出工艺相对于传统工艺具有流程短，过程控制易于实现，工艺灵活等优点，并能实现大部分工序自动控制，有效降低了劳动强度，减少了人为因素对工艺的影响。该工艺主要特点如下：

（1）浸出过程常压低温操作，设备易于实现，并且操作简单；

（2）由于氯气的强氧化作用和Cu+/Cu2+的催化作用，化学反应速度快、浸出过程可在沸点下自热进行，能耗低，蒸发水量大，有利于整个体系的水平衡；

（3）镍钴氯化物溶解度高，净化液量少，仅为传统液量的1/6～1/10；

原料中硫被氧化成元素硫，无SO2的污染及酸不平衡问题；氯化镍电阻低，镍电积可采用较高的电流密度(大于220A/m2，电流效率98%～99%)，电镍质量好，且阳极析出的氯气可重复利用；品种多，如镍扣、镍粒、氧化镍、氯化镍等。

综上所述，高镍锍氯浸工艺低能耗，低污染，低消耗，产品质量高，金属回收率高，经济效益较为明显，应用前景广阔。

[1]黄其兴,王立川,朱鼎元.镍冶金学[M].北京：中国科学技术出版社,1990.

[2]何焕华,蔡乔方.中国镍钴冶金[M].北京：冶金工业出版社,2000.

[3]Institution of Mining and Metallurgy Transactions.Vol 95,Mag 1986,C10-16.

[4]Extractive Metallurgy of Nickel and Cobalt.1988:403-412.

App lication of ch loride leaching processin high-nickelmatte leaching system

LIShao-long

There are five high-nickelmattematerial treatment processes,including Hybinette process,acid pres⁃sure leaching process,chloride leaching process,ammonia pressure leaching process and carbonyl treatment pro⁃cess,each process has its own benefit/merits and application.This article introduced the principle and the ap⁃plication of chloride leaching process.The benefits of this process include simple process,high metal recovery and low auxiliary consumption,little pollution,low processing expenses,etc.This economic process has been ap⁃proved by the plant running and can become a good option for new plants building or recent plantsmodification.

high-nickelmatte leaching;chloride leaching process;application

TF815

B

1672-6103（2010）05-0021-04

李少龙(1979—)，男，山东招远人，工程师，从事冶金设计工作。

2010-07-01