试论湿法冶金提取分离铜镍技术研究进展

于鹏

摘要：随着组成单一、高品位的铜、镍矿资源枯竭与日益增加的资源需求矛盾的突出，冶炼原料转向低品位伴生矿和二次回收的电子设备等资源。原料品质的降低增加了铜、镍提取分离纯化的难度以及成本。目前，湿法冶金以其操作相对简单、环保优势、低品位矿石的适用性、高分离性等优点被广泛关注。其主要的工艺过程可以概括为“浸出—萃取—电积”，本文从湿法冶金方法中的“浸出”工艺角度出发，总结分析目前湿法冶金提取分离铜、镍技术的研究进展。

关键词：湿法冶金;提取分离;铜、镍

铜、镍作为战略金属，广泛的应用于冶金、化工、电池、航天航空等领域，随着新能源汽车产业上升为国家战略布局，更加增加了铜、镍的市场需求[1]，作为不可再生资源，随着科技进步、需求增加，高品位、易处理的铜、镍矿资源枯竭，冶炼的原料向低品位伴生矿和二次回收的电子设备等资源，但这些原料的普遍特点是成分复杂、含量低，使得寻找选择目标金属与杂质分离、目标金属与其他金属之间分离、高灵敏、低成本、环保的方法成为重要的研究课题。冶金方法有火法冶金、电冶金和湿法冶金，湿法冶金以其操作相对简单、环保优势、低品位矿石的适用性、高分离性等优点被广泛关注。截至目前，湿法冶金从低品位铜、镍硫化矿、电子废料、铜镍合金和电镀污泥等二次资源中提纯分离铜、镍已经获得了广泛的研究和应用[2]。在湿法冶金过程中浸出是重要的单元过程，首先实现溶解才能有后续的提取纯化，本文从浸出角度出发，总结分析目前湿法冶金提取分离铜镍技术的研究进展。

1 湿法冶金提取分离铜镍过程中的浸出方法

浸出是湿法冶金中最重的单元过程，目的是选择适当的溶剂是矿石、精矿或冶炼中间品等原料中有价成分或有害杂质选择性的溶解，使其转入溶剂中，达到分离提取可溶性目标组分的过程，是一个相变过程，将原料中固态的铜、镍反应转化为离子状态，溶解于溶剂中。根据其浸出剂的不同可以分为酸浸出、碱浸出、其他。

1.1 酸浸出

常用的酸有机酸和无机酸，工业上采用硫酸、硝酸、盐酸、王水等。硝酸是强氧化剂，价格高，且反应析出有毒的氮氧化物，较少使用。盐酸具有较强的腐蚀性，对设备的防腐要求较高，增加固定资产投入成本。硫酸的沸点高、来源广、价格低、腐蚀性较弱，是使用最为广泛的酸浸出剂，也被广泛的使用在湿法冶金中对铜、镍的浸取。但是该法在实际应用中具有选择性差、灵敏度低、目标成分损耗大的缺点，对低品位的原料适用性差。在对黄铜矿分离提铜的过程中，采取硫酸作为浸出液进行加压浸出时，同时被浸出的成分还有铁，对浸出的铁通过硫化沉淀法去除，去除率达到97%，但铜也损失了近8%[3]。有研究表明，采用硝酸对铜镍合金的二次回收资源进行浸出，硝酸能够快速实现目标物的浸出，但选择性差，无法对铜镍进行分离，而采用盐酸对铜镍的浸出效果具有明显差异，70℃条件下，铜的浸出率为53%，镍的浸出率为90%，对双目标物来说，铜的获取率较低，增加成本。盐酸、硝酸的高腐蚀性与高成本，在工业化过程也限制了其应用。在酸浸出过程中，还分为常压浸取与加压浸取，两者对同一物料的浸出率以及浸出成分是有差距的。在浸出液中的反应是复杂的，现将采用硫酸作为浸出剂的主要反应列出，见下式：

3Ni+2H2SO4+ CuSO4+ O2 3NiSO4+ Cu+H2O

Cu+1/2O2+ H2SO4 CuSO4+H2O

Cu2S+5O2+ 2H2SO4 4CuSO4+2H2O

酸浸出方法的低选择性、高浸出率使得该方法应用广泛，适用于大多数原料的处理，易于工业化。但该方法在面对目标低浓度、成分复杂的原料时缺点完全暴露，浸取后对同时溶解的非目标成分盐需要进行处理，增加工艺难度。同时，处理的同时会对铜镍造成损失，降低浸出率。

1.2 碱浸出

碱浸出既浸出液为碱性溶剂。常用的碱性浸出剂有氨水、氢氧化钠、碳酸钠和硫化钠等溶剂，反应较温和，浸出能力一般较酸性溶液弱，但浸出选择性好，浸出液较纯，对设备腐蚀性小[4]。在提取铜、镍的过程中，碱性浸出液通常选择氨水，由于铵根离子的特殊性，能够与其配位的离子较少，例如钙、镁、铁。铜、镍与铵根离子形成络合物，从原料中溶解出，而其他金属元素仍作为固态留存在原料中，从而实现对铜、镍的高选择性。其部分代表性反应过程如下：

NiS+2O2+6NH3 Ni（NH3）6SO4

Ni2S3+4O2+12NH3 2Ni（NH3）6SO4

Cu2S+5/2O2+6NH3+（NH4）2SO4 2Cu（NH3）4SO4+H2O

CuS+2O2+4NH3+ 4NH3 Cu（NH3）4SO4

工艺简单、设备要求低、相对环保、硫易回收是加压氨浸出的主要优点，但同时也存在氨的回收试剂消耗较大等难题。如果原料中含有贵金属，也会与氨形成络合物，对提取回流增加了难度。

1.3 微生物浸出

微生物浸出技術，也称生物冶金，是利用以矿物为营养基质的微生物，将矿物氧化分解从而使金属转换为金属离子，实现溶解的方式。1947年，Colmer和Hinkel首次分离到一种能够氧化硫化矿的细菌，被命名为氧化亚铁硫杆菌，为微生物浸出技术的应用研究奠定了基础。1958年，美国率先将这项技术应用于处理低品位铜矿石。随着对微生物浸出技术研究的不断深入，于20世纪80年代应用于其他金属的浸出。我国在20世纪60年代开始微生物浸出技术的专业研究并取得一定的研究成果，已成功应用于多种有价金属的提取，包括铜、金、银、铀、镍、钴、钼、锰、锌等。1997年，中南大学与江西铜业公司合作建成我国第一家年产2000t阴极铜的微生物堆浸厂，处理含铜0.09%-0.25%的废石，代表我国微生物浸出技术进入工业化阶段，但由于微生物浸提方法时间长，效率低，目前还没有被广泛应用。可以利用其高选择性、环保优势作为辅助浸提方式。有研究表明使用氧化亚铁硫杆菌在酸浸前对铜镍硫化矿进行预处理，可以提高铜镍的浸出率，由71%提高到92%。

目前，微生物浸出技术首要任务是选育高效的浸矿品种，筛选或培育出能够耐高温、高含量的重金属更有抗性的品种。可以对微生物进行驯化培养或采用基因工程改造方式，对其营养基质的选择以及代谢能力方面进行基因工程研究，培养出对专一元素的高选择性、高代谢能力，从而提高其在应用方面的优势。

2讨论

采用湿法冶金对铜镍进行提取分离，浸出是其关键工艺单元。浸出溶剂及方法的选择关系到后续的分离纯化，在建立高选择性、高灵敏度、环保效果好的浸出方法是科学研究者不断追求的方向。酸浸取具有应用广泛但选择性差的特点;氨浸出方法对铜镍的选择性高，但浸出率较低，且在该体系下，铜镍的的分离难度高;微生物浸出法为前沿方法，具有高选择性、灵敏度高、环保效果好，但浸出时间长的特点。

随着资源枯竭与需求日益增加的矛盾增强，湿法冶金在有色行业中的地位日益增加，具有广阔的发展前景。寻找优化高浸出率、环保、对设备要求低、易于工业化的浸出技术将成为研究热点。

参考文献：

[1]李勇，丁剑，林洁媛等.含镍硫化物湿法冶金技术应用及研究进展[J].中国有色冶金，2020，49（5）：9-15.

[2]段亨攀，刘红盼，杨项军等.湿法冶金提取分离铜镍技术研究进展[J].稀有金属，2020，44（5）：547-554.

[3]谢锋，路殿坤，王伟等.硫化矿加压湿法冶金研究与应用现状[J].材料与冶金学报，2019，18（4）：242-252.

[4]饶富，马恩，郑晓洪等.硫化镍矿中镍提取技术研究进展[J].化工学报，2021，72（1）：495-507.

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