从废镍催化剂中酸浸镍试验研究

彭人勇，魏继宽

(青岛科技大学 环境与安全工程学院，山东 青岛 266042)

石油炼化过程中会产生大量含镍废催化剂，其中镍质量分数在4%～20%之间[1-2]。这种废催化剂属于危险废物，对环境有较大危害；但其中镍质量分数较高，远高于贫镍矿石[3]，也具有极高回收价值。从废催化剂中提取镍的方法主要有干法和湿法[4]：干法是将含镍废催化剂在冶金炉中高温焙烧，使镍最终以合金形式回收[5-6]，对设备要求较高，能耗较大，只适用于难以处理的重金属废催化剂；湿法是以酸、碱为浸出剂浸出金属镍[7-8]，再通过化学沉淀或溶剂萃取、离子交换法将镍以化合物形式从浸出液中分离出来[9-10]。

目前，国内外对从废镍催化剂中湿法回收镍已有较多研究，所用浸出剂主要为硫酸，其他酸的浸出效果鲜有提及[11-12]。用硫酸浸出，镍浸出率较高，但浸出时间过长，液固体积质量比过大，生产成本较高[13-15]；从酸浸液中采用溶剂萃取法回收镍[16]，回收效果较好，但有机溶剂对后续废水处理难度较大。试验研究采用硫酸、硝酸、盐酸分别从含镍废催化剂中浸出镍，比较了3种酸对镍的浸出效果，并优化了酸浸条件，以期达到改进工艺、减少污染、为后续镍的分离提纯提供适宜溶液的目的。

1 试验部分

1.1 试验原料与仪器

废催化剂取自东营某化工企业，化学组成与物相分析结果见表1和图1。可以看出，废催化剂的主要成分为氧化镍、氧化铁、氧化铝等金属氧化物，其中氧化镍占比超过20%。

表1 废催化剂主要化学组成 %

图1 废催化剂的XRD图谱

试验所用硫酸、硝酸、盐酸均为分析纯。

试验主要设备有HH-2数显恒温水浴锅，722s可见分光光度计，SHG-A型循环水真空泵等。

1.2 试验原理与方法

试验原理：废镍催化剂分别用硫酸、硝酸、盐酸浸出，主要发生如下反应。

镍的浸出：

铁的浸出：

铝的浸出：

试验方法：将废催化剂研磨至-200目，取一定质量装入烧杯，分别按一定固液体积质量比加入不同浓度硫酸、硝酸、盐酸。在恒温水浴锅中于不同温度下浸出一段时间，然后抽滤，所得浸出液中加入适量氢氧化钠调节pH。用分光光度法测定滤液中镍质量浓度，计算镍浸出率。

2 试验结果与讨论

2.1 酸质量浓度对镍浸出率的影响

废催化剂质量5 g，不同质量浓度硫酸、硝酸、盐酸按固液质量体积比1∶5混合，在60 ℃恒温水浴锅中加热浸出1 h，考察酸质量浓度对镍浸出率的影响。试验结果如图2所示。

图2 酸质量浓度对镍浸出率的影响

由图2看出：随酸质量浓度提高，镍浸出率增大；3种酸中，硫酸浸出效果最好；适宜的酸质量浓度，硫酸364.5 g/L，硝酸423.5 g/L，盐酸540 g/L。

2.2 固液质量体积比对镍浸出率的影响

3种酸质量浓度分别为硫酸364.5 g/L，硝酸423.5 g/L，盐酸540 g/L，浸出温度60 ℃，浸出时间1 h，考察固液质量体积比对镍浸出率的影响。试验结果如图3所示。

图3 固液质量体积比对镍浸出率的影响

由图3看出：在一定范围内，随固液质量体积比降低，镍浸出率提高。随固液质量体积比降低，体系中酸的量更充足，传质速度更快，浸出反应更充分；固液质量体积比低于1∶6时，镍浸出率变化不大，反而会加大后续废液处理成本。综合考虑，确定固液质量体积比以1∶6为宜。

2.3 浸出时间对镍浸出率的影响

3种酸质量浓度分别为硫酸364.5 g/L，硝酸423.5 g/L，盐酸540 g/L，固液质量体积比为1∶6，在60 ℃下浸出，考察浸出时间对镍浸出率的影响。试验结果如图4所示。

图4 浸出时间对镍浸出率的影响

由图4看出：随浸出进行，镍浸出率先急剧提高，然后趋于稳定；浸出时间在0.5～1 h内，3种酸对镍的浸出率增幅很大，此时反应刚刚开始，酸与氧化镍接触充分，使镍浸出率直线上升；当反应进行一段时间后，大部分镍已经浸出，反应趋于平衡，镍浸出率趋于稳定。综合考虑，确定硫酸、硝酸、盐酸的适宜浸出时间分别为1、1.5、2 h。

2.4 浸出温度对镍浸出率的影响

3种酸质量浓度分别为硫酸364.5 g/L，硝酸423.5 g/L，盐酸540 g/L，固液质量体积比为1∶6，浸出时间分别为硫酸1 h，硝酸1.5 h，盐酸2 h，考察浸出温度对镍浸出率的影响。试验结果如图5所示。

图5 浸出温度对镍浸出率的影响

由图5看出，浸出温度对镍浸出率影响较大。以硫酸和硝酸为浸出剂：在30～60 ℃范围内，镍浸出率随温度升高而急速提高；温度超过70 ℃，硫酸、硝酸对镍的浸出率为95%左右。以盐酸为浸出剂：浸出温度低于70 ℃，镍浸出率随温度升高而提高；温度高于70 ℃，镍浸出率随温度升高而下降。适当升温可以加快反应体系中各组分的扩散，提高反应速度；但温度超过70 ℃，酸蒸发损失加大，对操作环境影响较大，反而不利于反应进行：综合考虑，确定反应温度以不超过60 ℃为宜。

2.5 浸出液pH对除杂的影响

废催化剂中含有少量铁等杂质，酸浸时会随镍一同进入到浸出液中。根据氢氧化镍与氢氧化铁溶度积的不同，加入适量氢氧化钠调节浸出液pH可以去除铁等杂质。试验结果见图6和表2。

图6 浸出液pH对镍损失率和铁去除率的影响

表2 不同pH条件下浸出液中各金属离子质量浓度 g/L

由图6看出：浸出液pH在4.2～4.5范围内，随pH增大，铁去除率快速提高，而镍没有损耗；浸出液pH在4.5～5.8范围内，随pH增大，铁去除率由96%升高至99%，镍损失率达2%，此条件下镍开始沉淀；浸出液pH超过6.0以后，铁去除率略升高至99.6%，而镍损失率超过40%。

由表2看出：铁、铝杂质浓度均随浸出液pH增大而迅速减小；pH超过6.2后，浸出液中已检测不到铝，表明此时铝已完全沉淀除去。综合考虑，确定浸出液除杂适宜pH为5.8～6.0。

3 结论

用硫酸、硝酸、盐酸都可从废镍催化剂中浸出镍，3种酸的适宜质量浓度分别为硫酸364.5 g/L，硝酸423.5 g/L，盐酸540 g/L；适宜条件下，硫酸、硝酸、盐酸对镍的浸出率分别为94.6%、94.5%和85%；从3种酸对镍的浸出效果看，硫酸更适合作为镍浸出剂。浸出液中的杂质去除通过加入氢氧化钠调节pH来实现，在浸出液pH为5.8～6.0条件下，铁去除率达99%，铝几乎完全去除，镍几乎不损失。方法操作简便，金属回收率高，产生的污染物少。