水淬高冰镍一段加压浸出工艺条件分析与控制

岳大伟

(吉林吉恩镍业股份有限公司， 吉林 磐石 132311)

水淬高冰镍一段加压浸出工艺条件分析与控制

岳大伟

(吉林吉恩镍业股份有限公司， 吉林 磐石 132311)

分析了水淬高冰镍制取硫酸镍溶液过程中，一段加压浸出工艺操作条件对浸出的影响以及浸后料浆浓密机沉降分离效果的影响因素，介绍了加压浸出过程中异常情况的处理措施。

高冰镍； 水淬； 加压浸出； 工艺条件； 沉降分离

0 概述

硫酸镍主要用于电镀工业，在电池材料、金属着色等领域也有着广泛应用，同时也是生产其它镍盐的主要原料。某精炼厂现产能为15 000 t/a高纯硫酸镍，造液车间采用水淬高冰镍硫酸选择性三段逆流浸出工艺，产出合格的硫酸镍溶液。主要工艺流程为：水淬高冰镍经二段球磨细磨配料后，进入一段常压浸出槽浸镍除杂，浸出料浆进入1#浓密机液固分离，上部硫酸镍溶液送硫酸钴车间萃钴除杂后，送成品车间生产硫酸镍；底流渣经二段浆化- 预浸后进入一段加压釜浸出，浸出料浆进入2#浓密机，固分离后上部滤液返回一段浸出用于浆化配料，底流渣经配料后进入二段加压釜浸出，料浆液固分离后，硫酸铜溶液送铜车间生产硫酸铜和电铜，终渣送贵金属精炼厂提取金、银、铂、钯。

原料水淬高冰镍中的Ni、Cu、Co主要以硫化物相和少量合金相存在。合金相镍在一段常压条件下加硫酸升温氧化大部分能够浸出，而硫化相中的镍须在一定压力下高温氧化才能浸出。进入一段加压釜的渣主要成分是Ni3S2、Cu2S 、CoS、FeS等，一段加压浸出就是在高温加压条件下，通过控制工艺条件将一段常压渣中硫化相98%以上的镍浸出，硫化相中的铜适量浸出。一段加压选择性浸出后，镍、钴基本进入溶液，浸出渣的主要成分为硫化铜，铁以氧化物沉淀的形式进入渣中。

一段加压浸出岗位考核指标：加压浸后液pH值1.5～2.0，浸后液含Ni 90～110 g/L、Cu 15～25 g/L、Fe<3 g/L，加压渣Cu∶Ni≥4∶1。

1 工艺操作条件对浸出的影响

一段加压浸出釜1 800 mm×6 800 mm，设计压力1.2 MPa，釜内有4个溢流隔室，在第四室安装2台雷达液位计，由取得《压力容器上岗操作资格证书》的员工操作。进釜物料成分为Ni 30%～35%、Cu25%～28%、Fe2.5%～4%，在通入纯氧及加压条件下浸出硫化相的Ni和Co。该操作过程中需要控制的参数主要有：温度、釜压、通O2量、酸度、进釜料液流量等，其浸出原理复杂，控制参数较多，任何一项参数波动都会直接影响浸出液指标。

1.1 温度对浸出的影响

温度是一段加压浸出过程一项重要的控制参数，对浸出料浆的各项指标影响很大。当给氧量、酸度和釜压满足要求时， 温度<155 ℃，镍的浸出率达不到指标要求，大量的镍进入二段加压釜浸出，这样三段液中镍增加很多，从而造成硫酸铜溶液二次结晶甚至三次结晶，各项辅料用量增加。而温度在165 ℃以上时，Cu的浸出率显著增加，一段加压液返回一段常压浸出时，常压浸出净化杂质负担增加，易造成常压液杂质指标不合格导致系统停车。

在进釜矿浆pH值2.5、反应压力0.78～0.80 MPa、总氧量140～150 m3/h、进料流量3.8 m3/h的条件下，反应温度对浸出的影响见表1。

表1 反应温度对加压浸出的影响

由表1数据可以看出，升高反应温度，能提高一段加压釜的镍浸出率。温度在140 ℃以下，硫化物相镍反应很慢，易生成Fe(OH)3胶体，在浓密机中不易沉降，上层料液的板框透滤性也不好。当温度162～165 ℃时，镍浸出率高，矿浆在2#浓密机的沉降效果好，上层料液呈深绿色且不浑浊。生产实践表明，无论磨矿量是450 kg/h还是750 kg/h，只要加压釜的温度始终控制在160～165 ℃，各项工艺指标均能达到要求。

釜温由进料流量、给氧量和釜内冷却循环水开启度控制。加压釜在空釜进料时需要矿浆加热器将温度迅速升至140 ℃，第四室液位达到1 m后可以关掉矿浆加热器，由釜内物料与氧反应释放的热量升高釜温。如果温度上升较慢，在保证安全压力前提下，提高供料流量和给氧量，以增加反应放热而迅速升温，待釜温达到160～165 ℃后恢复规定的氧量和流量。进入正常操作条件后，不采用调整流量和氧量的方法控制釜温，因为会造成系统液体体积紊乱不利于稳定生产，主要是靠冷却循环水控制釜温。由于加压釜属于衬钛复合材质，用冷却循环水控制时要缓慢降温，不能骤冷急降，否则会对加压釜体造成损害而影响安全操作。

1.2 压力对浸出的影响

釜压是一段加压浸出的另一项重要控制参数，在加压条件下，可以提高浸出的反应温度和速率，将常压下不易浸出的硫化相镍尽数浸出。

在进釜矿浆pH值2.5、反应温度160～165 ℃、加氧量140～150 m3/h、进料流量3.8 m3/h的条件下，釜压对浸出的影响见表2。

表2 反应釜压力对加压浸出的影响

由表2数据得出，釜压增大，Ni浸出率有所提高。当压力降至0.7 MPa以下时，浸出渣中Ni含量偏高，浸出液中Ni、Cu含量偏低，加压浸出率低。压力在0.78～0.80 MPa时，浸出液、浸后渣合格率高，浸出效果较好。釜压力的变化对料浆在2#浓密机中沉降效果的影响不明显。为保持最佳的浸出效果，从设备能力和安全操作方面考虑，压力上限设为0.80 MPa。

釜压超标有以下几种可能：一是给氧量过大；二是釜温过高；三是自动排汽阀故障失灵。不论哪种情况，都应在最短时间内处理，防止安全事故发生。如果是前两种情况，可以减小给氧或开大冷却水降低釜温从而达到降低釜压的目的。在釜压超高而自动排汽阀失灵的紧急情况下，应迅速打开加压釜上的手动排汽阀，直接向外排汽使釜压降至安全值。

1.3给O2量和酸度对浸出的影响

O2起着氧化剂的作用，在其它条件一定的情况下，给O2量决定了水淬镍的浸出程度。理论上供氧量越大，物料与氧接触机会增多，可以提高镍的浸出率。但是一段加压的目的是“浸镍抑铜”，即尽可能多的浸镍同时适量浸出铜，这就要求操作时要限量供氧。

在进釜矿浆pH值2.5、反应温度160～165 ℃、进料流量3.8 m3/h的条件下，不同给氧量对浸出的影响见表3。

表3 给O2量对加压浸出的影响

当给O2量不足时，浸出效果差，不能满足工艺要求；给O2量过高时，浸出液中Cu含量偏高，返回一段常压浸出时除Cu困难，且二段加压所用的一段加压渣物料Cu品位降低，造成铜系列产品产量的降低。本公司目前总氧量控制在140～150 m3/h,1～3隔室的分配比例分别是40%、35%和25%，其中第四室只保温不通氧，浸出液的pH值1.5左右，各项指标完全达到工艺要求。原理为：

(1)

(2)

(3)

第四室不通氧，即为式(3)沉Cu到渣中,而CuS主要是在二段加压浸出。

同样，物料在进釜之前如果配酸量过多，在加压浸出过程中，虽然会提高镍浸出率，但铜、铁的浸出率也会相应增高。实践表明，进釜矿浆的pH值保持在2.5左右，对浸出过程是最为有利的。

2 异常情况的处理

2.1 浸出液中Cu超标的处理

2013年初检修后启动生产，根据规定参数条件控制一段加压釜，浸出液中Cu达到50 g/L,个别指标甚至高达60 g/L，对一段常压浸出影响很大。分析原因，原料水淬高冰镍含Cu在11%～15%，远高于工艺要求的6%～9%。为使浸出液含Cu在20 g/L左右，起初采取降低浸出温度的办法，但是随着浸出液Cu含量的下降，Ni的浸出率也下降很多；之后对配料加酸量进行调整，使一段加压出口pH值在2.5左右甚至更高，浸出液中Cu下降到40 g/L左右，依然没有达到要求的20g/L；最后，将总氧量下调到130 m3/h，并对四个隔室的进氧量重新分配，将原来的第一室40%、第二室35%、第三室25%分别调整为47%、43%、10%，第四室不供氧。调整6 h后，出口浸出液化验分析结果：pH值1.2,Ni 96 g/L，Cu23 g/L，各项指标基本趋于正常。

在生产时要及时掌握水淬镍的成分变化情况，当浸出液中Cu超标时，要通过各项参数的实时数据与历史数据对比快速查找原因，再相应地采取降温、降酸度或是降低氧量的方法。三者可以同时调整，也可以单独调整某一参数，以达到降低浸出液含Cu的目的。需要说明的是，釜内料浆停留时间3～4 h，不论调整哪项参数，都不会马上见效，所以要多次小幅度调整，分析各项指标变化趋势，否则易造成其它指标的超标而适得其反。

2.2 第四隔室高液位的处理

一段加压釜分4个隔室，料液从第一室开始依次溢流到下一隔室，直至在第四隔室排出。第四隔室安装了两台西门子液位计，由气动阀控制液位在0.95～1.05 m之间。液位过高矿浆容易从排汽阀放空，造成环境污染和人身伤害，引发安全事故。

造成高液位主要有四个原因，判断要先易后难，确定原因后快速处理：

(1)气动阀堵塞。可以直接切换到旁通管排出矿浆，气动阀疏通后恢复自动控制；

(2)减压降温槽喷嘴堵塞。可以开启备用，拆喷嘴进行疏通处理；

(3)釜尾部气动阀前的排料阀堵塞。这个位置堵塞比较麻烦，需要停车降温降压，将第四室矿浆从底部直通排掉，处理时间大约4 h左右；

(4)如果前三处没有堵塞，检查液位计是否有故障，两个液位计同时故障的概率很小，所以最后检查。

生产中，如果一段加压釜的保温保压停车时间超过2 h，就有可能出现过浸，排出的矿浆浓度高、粘性大，且会形成一种黑色硬块，多数情况下是这种硬块造成堵塞。所以一段加压釜的非正常停车时间不宜超过2 h，超过2 h可以排空釜内料浆，避免再启动时管线、阀门堵塞，造成二次停车而影响正常生产。

2.3 二段浓密机渣层高的处理

一段加压釜浸出料浆排入2#浓密机，浓密机渣层控制对车间整个生产过程影响巨大。渣层过高打乱了系统的渣平衡，严重时还会造成浓密机耙齿转动中阻力大而扭曲变形甚至折断等重大设备事故，经济损失严重。正常生产时，渣层应稳定在200～300 mm，严格按规定监测并记录，特殊情况下增加监测频率。

造成渣层高的主要原因是底流软管泵堵塞、故障或二段加压釜停车，提高三段浆化配料的密度是降低2#浓密机渣层最有效的方法。一般情况下在磨矿量700～750 kg/h条件下，三段配料密度1.15～1.17 g/cm3完全可以保证渣层在合理范围。车间曾在渣层达到1.5 m的严重情况下，将三段配料密度提至1.2 g/cm3,仅7个班次的时间，渣层便下降到规定范围内。另外，加大二段加压泵的进釜流量是降低渣层一个辅助手段，增大流量，浓密机底流携渣量同样增多，但当流量调至1.5 m3/h后，二段加压釜浸出的终渣指标不合格率增加较多，所以此种方法要在保证二段加压渣指标合格的情况下使用，同时减少或停止向浓密机添加絮凝剂，放慢渣沉降速度。采取上述措施后，如果渣层仍持续上升，就要考虑减小球磨机磨矿量，降低系统渣量以减轻2#浓密机负荷，但这样会直接造成产品产量降低，应视情况慎用。

3 影响二段浓密机沉降分离的因素

一段加压浸出矿浆进入2#浓密机后，如果沉降速度很慢，上清液浑浊，说明上层液携渣量较多，这样势必增加二段板框的拆卸次数。造成沉降分离速度慢的主要原因有：

(1)物料反应温度低，生成了Fe(OH)3胶体，矿浆粘度增大不易沉降。

(2)物料过浸，浸出渣极细并且渣中Fe2O3含量增加。

(3)浓密机中料液温度低，料液的粘性增大。

(4)原料水淬高冰镍中含有一定的Si，其在一定条件下形成硅胶，和Fe(OH)3胶体相互作用，影响沉降分离。

(5)聚丙烯酰胺溶液浓度低或加入量不足，影响矿浆沉降。目前，这个因素是影响2#浓密机沉降效果最主要的原因。

因此，要加快浓密机沉降速度，就必须控制浸出温度在规定范围内，严格按工艺要求配料给氧，保证较好渣型，并从源头上控制水淬高冰镍中的硅含不能超过规定范围。经过多次试验，在2#浓密机入口加入浓度为0.25 g/L聚丙烯酰胺，其添加量控制在1 m3/h。该方法大大加快了矿浆的沉降速度，改善了因为矿浆沉降速度慢对前后工序造成的不良影响，减轻了员工的劳动强度，而且对产品指标没有影响。

4 结论

多年来的生产实践表明，一段加压浸出温度160～165 ℃，釜压控制在0.8 MPa，是安全、合理、经济、适宜的；而给氧量和酸度需要根据原料成分、浸后料液指标等情况适时调整，特别是根据一段常压浸后液中杂质Cu、Fe含量，及时调整一段加压浸出的给O2量和进釜pH值的大小，达到选择浸出的目的。

总之，原料成分不是一成不变的，工作中需要不断积累数据、总结经验、找出共性，精心操作的同时要兼顾上下游岗位，让一段加压釜长期、安全、稳定运行，满足生产要求。

Analysisoffirst-stagepressureleachingprocessconditionsofwater-quenchinghigh-gradenickelmatteanditscontrol

YUE Da-wei

The effects of operation condition on the first-stage pressure leaching process, and the factors that influence the setting-separation effects of pulp thickener during the preparation of nickel sulfate solution with water-quenching high-grade nickel matte were analyzed, and the measures to treat the abnormal conditions existed in pressure leaching process were introduced.

high-grade nickel matte; water quenching; pressure leaching; process conditions; setting-separation

岳大伟(1980—)，男，吉林省磐石市人，本科学历，助理工程师，主要从事镍金属湿法冶金技术及管理工作。

TF815； TF803.21

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