铜镍硫化矿冶金过程的铜镍分离与精炼方法探究.pdf

第3 4卷第 2期 2 0 1 2年 4月 甘肃冶金 GANS U METAL LURGY Vo 1 ． 3 4 N o ． 2 Ap r ． ， 2 0 1 2 文章编号 1 6 7 2 - 4 4 6 1 2 0 1 2 0 2 - 0 0 4 0 - 0 4 铜镍硫化矿冶金过程 的铜镍分离与精炼方法探究 马 琼 兰州资源环境职业技术学院 ， 甘肃兰州7 3 0 0 2 1 摘要 铜镍分离与精炼方法是镍冶金工艺中的关键问题。本文通过对传统的分层熔炼、 磨浮分离及五种湿法选 择浸出方法、 羰基法进行简要分析对比， 指出各种镍 铜 锍分离方法的优缺点。 关键词 铜镍硫化矿； 铜镍分离； 精炼方法 中图分类号 T F 8 1 5 文献标识码 A Co p p e r Ni c k e l S e p a r a t i o n a n d Re fin i n g o f Co p p e r Ni c k e l S u l fid e Or e i n M e t a l l u r g i c a l Pr o c e s s MA Q i o n g 1 a n o u R e s o u r c e s a n d E n v ir o n me n t V o c a t i o n a l T e c h n i c al C o l l e g e ， L a n z h o u 7 3 0 0 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t C o p p e r n i c k e l i s e p a r a t i o n a n d r e f i n i n g me t h o d i s t h e k e y p r o b l e m i n t h e nic k e l me t a l l u r g y p r o c e s s ．B a s e d o n b rie f c o mp a r i s o n a n d a n a l y s i s o f t h e t r a d i t i o n a l h i e r a r c h i c a l me l t i n g ，g r i n d i n g a n d fl o a t i n g s e p a r a t i o n a n d fi v e we t s e l e c t i v e l e a c h i n g me t h o d，c a r b o n y l me t h od ，v a ri o u s c o p p e r n i c k e l s e p a r a t i n g me t h od a d v a n t a g e s a n d d i s a d v an t a g e s w e F e p o i n t e d o u t ． Ke y W o r d s c o p p e r n i c k e l s u l fi d e o r e； c o p p e r n i c k e l s e p a r a t i o n； r e f i n i n g me t h od 1 引言 镍在地壳中含量不小 ， 平均含量为 0 ． 0 1 ％， 与铜 的含量相当， 但富集成可以开采的矿床很少。由于镍 矿石和精矿具有品位低、 成分复杂、 伴生脉石多、 属难 熔物料等特点， 因面使镍的生产方法比较复杂。 目前世界上开采的镍矿有硫化矿和氧化矿。现 镍 的生产方法 圜 代炼镍原料 中有 7 0 ％ 的镍产 自硫化镍矿。硫化矿 大多有黄铜矿伴生 ， 还含有不 同数量 的金银及铂族 元素。开采品位在 0 ． 3 ％ ～ 2 ％。 2 镍的生产方法 2 ． 1 镍的生产方法 镍的生产方法 比较多样化 图 1 。 圆[ 二 l高 压 酸 浸 1一 l硫 化 氢 还 原 l一 硫 化 镍 精 矿 ‘ 硫化镍矿 一l ； ． 一 1 高 压氨浸I l 氢还原I 一镍粉 嘬 E ． m 嫡 a i k GS L 呶 Y J L 1 2 6 e 6 m 粗镍锭 ， 镍块 困 一 一 一 一 1 ． r 一 炼二 炼一 一 圆 圆 一 炼二 离二 滋一 一 熔二 分二 一 固 一分 二 磨 一 一 一 一 一 一 矿一 镍一 化一 一 第 2期 马 琼 铜镍硫化矿冶金过程的铜镍分离与精炼方法探究 4 1 2 ． 2 镍生产 的原则工艺流程 我国金川公司和新疆阜康冶炼厂 处理喀拉通 克铜镍矿鼓风炉熔炼产出的金属化高镍锍 镍生产 的原则工艺流程见图 2 。 ①喀拉通克铜镍矿鼓风炉熔炼的精矿成分 ％ 为 N i 3 ． 3 ， C u 4 ． 6 ， F e 4 3 ， 2 8 ， 该厂产出的高镍 铜 锍送阜康冶炼厂用硫酸选 择性浸出法进行湿法处理； ②金川公司闪速炉熔炼的精矿成分 ％ 为 N i 7 ． 5 ， C u 3 ． 8 ， F e 3 9 ， 2 7 。 图 2 我 国镍冶金 目前采用的两种典型工艺流 程 2 ． 3 矿物组成 1 金川公司硫化镍精矿 主要金属矿物成分是 镍黄铁矿， 磁黄铁矿， 黄铜矿， 黄铁矿， 墨铜矿等； 脉 石矿物主要为蛇纹石， 滑石， 绿泥石等。脉石矿物都 是高铁镁的硅酸盐类 ， 在电炉或 闪速炉熔炼 中变为 渣相矿物而被废弃 ， 同时得到铜镍含量 1 3 ％ 一1 7 ％ 的镍 铜 锍送往转炉吹炼， 最后获得高镍 铜 锍。 2 阜康高镍锍成分 表 1 。 表 1 阜康高镍锍的化学组成 元 素 ％ Q 皇 垒 竺 O ． 2 5 0． 3 3 1 8～1 9 0． 0 2 8 0 ． 0 o 3 O． 0 6 0 ． 0 3 3 0． O 7 6 O． 1 3 铜镍分离与精炼方法 由于高镍 铜 锍除含镍和硫以外， 还含有相当 数量的铜 ， 并富集了原料 中的铂族金属 和贵金属及 钴， 因此高镍锍的铜镍分离和精炼是镍冶炼工艺中 的突出问题 ， 也是多年处理硫化矿 的生产关键 。在 镍冶金发展的早期阶段 ， 通常采用 四种方法处理高 镍锍 ， 即分层熔炼法、 选矿磨浮分离法 、 选择性浸 出 法、 低压氨浸法。2 O 世纪7 O年代以来， 国内外高镍 锍采用湿法分离铜镍有较多的优点 ， 应用范围也正 在逐步扩大。 3 ． 1 分层熔炼 纛 冀 。 ‘ 4 2 甘肃 冶金 第 3 4卷 分层熔炼法的基本理论依据是 将高镍锍和硫 化钠 昆 合熔化， 在熔融状态下， 硫化铜极易溶解在 N a S中， 而硫化镍不易溶解于 N a S中。硫化铜和 硫化镍 的密度为 5 3 0 05 8 0 0 k g ／ m ， 而 N a s的密 度仅为 1 9 0 0 k g ／ m 。当高镍锍和 N a S混合熔化 时， 硫化铜大部分进人 N a S 相， 因其中密度小而浮 在顶层 ， 而硫化镍 因其密度大而留在底层。当温度 下降到凝 固温度时， 二者分离得更彻底 ， 凝固后的顶 层和底层很容易分开。为 了使硫化铜及硫化镍更好 地分离 ， 顶层和底层再分别进行分层熔炼 ， 重新获得 分层后的硫化铜和硫化镍 ， 直至满足工艺要求。由 于该法工艺过程复杂、 劳动条件差， 且生产成本高 ， 金属回收率低， 除个别工厂经革新后仍在使用外， 现 已基本淘汰。 3 ． 2 磨浮分离 磨浮分离法的基本原理 当高冰镍缓慢冷却时， 其中的各种组分由于相互溶解度 的差异 ， 而分离成 具有不同化学成分的晶粒 ， 随后用选矿法使之分离 图 3 。 图 3 C u C u S - N i 3 S 2 - N i 相图 生产实践中将高冰镍注人长方梯形的耐火粘土 制成的模子 中， 注满后立即盖上隔热盖板， 缓冷三天 至 4 8 0℃揭开盖板 ， 再冷却一天至 2 0 0 o C， 便可取出 铸锭 ， 送破碎 、 磁选和浮选 。浮选 和磁选得三种产 物 硫化镍精矿、 硫化铜精矿、 磁性铜镍合金。硫化 镍精矿可经焙烧 一 还原熔炼为金属镍阳极或直接铸 成硫化镍阳极， 送电解精炼。该工艺自上世纪 6 0 年 代在我国金川公司电镍生产中已取得成功应用。 3 ． 3 湿法选择性浸出 湿法选择性浸 出因其铜镍提取方法不同， 大致 可分为五种。 1 硫酸选择性浸出电积法。这种方法最早在芬 哈贾伐尔塔精炼厂 、 南非 的吕斯腾堡厂均采用这一 工艺。但其流程又不完全相 同， 这种浸出分离与部 分净液相结合 的工艺流程 比较简单 ； 缺点是 电能消 耗大 ， 当 N WC u比低时选择性浸出效果较差。 由北京矿业研究总院等单位共同开发的“ 水碎 高冰镍一球磨 常压浸出- 电氧化制备黑镍一黑镍 除钴 、 净化后 液电积” 法， 已在新疆阜康 建成投产 ， 产出电镍 的成分为 N i C o 9 9 ． 9 9 ％ 。同常规流程 相比， 该法铜镍分离彻底 ， 流程简短 ， 不产生有害废 气、 废水和废渣 ， 有利于资源综合利用。 2 硫酸选择性浸 出氢还原。本工艺与上一工艺 不同之外在于精炼方法不同， 以加压氢还原制取镍 粉为精炼方法。其流程为高镍 铜 锍熔化 一水淬 一 细磨 ， 然后经一段 常压浸出和两段加压浸 出液经 净化后用加压氢还原法制得镍粉。两种相 比， 此法 流程虽较简单 ， 但能源消耗也较多； 镍粉售价虽然较 高 ， 然而市场需求量及销售的灵活性不如电解镍。 3 J N 压氨浸 一 氢还原法 。这是一种处理硫化镍 精矿的湿法冶金方法 ， 上世纪 7 O年代后期在澳大利 亚改为处理卡尔古利镍冶炼厂的高镍 铜 锍。基 本原理如下 浸 出液是溶解有氧 的 N H 一 N H s O 溶液， 在一定的高压下和足够高的温度环境下， 使高镍 铜 锍 中的镍、 铜、 钴硫化物氧化 并形 成氨 络合物溶解 ； 镍、 铜 、 钴都能形成具有高配位数 的稳 定络合物 ； 得到的成品液送煮氨除铜 。所用浸 出设 备一般为四室高压釜 ， 釜 内装有调温的蛇形管 ， 内衬 抗硫酸腐蚀 的瓷砖。该法的优点是在较低温度和压 力下 ， 在碱性介质 中浸出， 设备 的结构和防腐蚀等方 面比较容易解决 。缺点是消耗大量氨 ， 大部分硫最 终氧化成硫酸根 ； 不太适合含铜量高的原料 。 4 盐酸浸出法。这种方法浸出率较高， 一般能 达到 9 8 ． 7 ％ ， 代表性工厂有加拿大鹰桥公司在挪威 的克里斯蒂安松精煤炼厂的试验工厂。基本方法是 经细磨后的高镍 铜 锍用浓盐酸溶液在约 7 0 q C常 压下浸出 1 2 h 。该法选择性浸出效果很好 ， 提镍 能 耗比较低 ； 但设备腐蚀 比较严重 ， 目前还没有形成工 业化生产。 5 氯化浸 出法。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人溶液。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。浸 出液经 置换脱铜 ， 用碳酸镍中和脱铁 ， 溶剂萃取分离镍钴 ， 分别 电积得到阴极镍和阴极钴。在阳极上产生的氯 气返回浸出。高镍锍中的铜、 硫几乎全部以 C u S形 态留于浸出渣中。该流程的特点是浸 出液体 中 N i n高达 2 3 0 g ／ L ， 总的溶液量少， 阳极析 出的氯气 返 回利用 ； 与其他工艺相 比， 流程较为简化 。目前世 界上用氯气浸出法的有加拿大鹰桥公司镍矿公 司、 日本住友新居滨精炼厂等。 3 ． 4 羰基法 荔 冀 E - m㈣aiIG SL Y JL i2 6 _c o rn 第 2期 马 琼 铜镍硫化矿 台 金过程的铜镍分离与精炼方法探究 4 3 这种方法属于气化冶金方法 。其基本原理 在 常压和4 0 1 0 0℃温度范围内， 四个 C O与一个 N i 反应可生成一种羰基镍的无色气体， 羰基镍在常压 下的沸点为 4 2 ． 5 4 3 ． 2℃ ， 当加热到 1 5 0～ 3 0 0℃ 时 ， 羰基镍又分解为 N i 和 C O， 反应是可逆 的 N i 4 C 0 N i C O 1 6 3 ． 6 K J 钴、 铁、 铬、 硒 、 碲、 金、 银 、 铜及铂族元素等也可 与 C O形成羰基化合物 ， 但形成的难易程度不 同， 形 成的羰基物沸点也各不相同。这样就可以利用羰基 合成反应 ， 使粗镍 中的大部分杂质不能进入气相而 留在渣中。得到的粗羰基化合物又可以按沸点的不 同进行蒸馏分离， 然后再加热分解得高纯度镍。 该法在实 际应用过程 中有低压法 、 中压法和高 压法 ， 温度不超过 3 0 0℃。但需注意羰基镍有剧毒 ， 故厂房需强制通风 ， 防止羰基物危害。 4 结语 对于镍矿 的处理 ， 铜、 镍分离和精炼一直是镍冶 炼工艺 中的关键 问题。我 国铜镍分离及 精炼技术 中， 镍的硫化物阳极 隔膜 电解 、 金属镍 阳极 电解 、 硫 酸选择性浸 出 一电积工艺等应用较 多， 从上述高镍 锍的分离和精炼工艺发展来看， 总的趋势是分离与 精炼紧密结合 ， 流程逐渐简化 。从环保角度考虑 ， 湿 法浸出工艺不会造成含硫气体排放 ， 能减少环境污 染 ； 从经济角度分析 ， 湿法处理工艺对于一些难处理 多金属矿及低品位矿非常有效 ， 同时能有效实现资 源综合利用 ； 但从全国范围来看 ， 由于各厂的原料成 分及产品形态要求不尽相 同， 所采用的具体工艺技 术条件种类较多， 这种状况也说明高镍锍分离和精 炼的工艺还有待进一步研究开发。 参考文献 [ 1 ] 杨晓霞． 镍矿的湿法冶金研究现状与发展前景[ J ] ． 技 术与装备 ， 2 0 1 0 7 ． [ 2 ] 李少龙． 氯化浸出工艺在高镍锍浸出系统 中的应用 [ J ] ． 中国有色冶金 ， 2 0 1 0 5 2 1 _ 2 4 ． [ 3 ] 陈国发． 重金属冶金学[ M] ． 2 0 0 7 ． 收稿 日期 2 0 1 1 1 2 - 2 1 作者简介 马琼 ， 女 ， 1 9 9 1年毕业于北 京科技 大学 冶金 系， 工学学 士 ， 商级工程师。现从事教学 管理及冶金技术专业教学工作。 上接第 3 9页 表 4 各风机技术条件及参数 在改变供风制度后 ， 烧结鼓风强度有明显增强 ， 由原来的不足 1 7 ． 9 m ／ m m i n提高到 2 0 ． 5 m ／ m mi n ， 头部氧化焙烧效果 良好 。 3 各风机采用变频调速技术 ， 增强可控性。 4 各风机保证正常鼓风压力 ， 各风箱风量在保 证鼓风总量足够条件下尽量平衡 ； 但各风机风量 自 头部 向后保持逐步减小趋势， 压力呈现依次降低。 5 烧结机运行速度依据床层温度、 烧穿点位置 及风机压力变化进行相应调整 ； 同时根据整体状况 调整精矿加入量。 6 加强信息反馈， 小时快样获取炉料， 烧结块综 合指标 ， 特别是返粉 S 、 z n 、 P b 、 S i O 量变化来指导鼓 风条件。 4 结语 通过对烧结过程影响精矿处理量因素的分析探 讨 ， 制定了相应地保证和改善措施 ， 生产过程趋于良 好， 床层温度大幅上升， 温度由2 0 0 4 8 0℃提高至 2 2 0 7 6 0 q C， 块强度改善明显 ， 转鼓率达到 8 0 ％ 以 上 ， 烟气转化浓度亦由不足 4 ． 2 ％提高到 5 ． 3 ％。精 矿处理量稳定在 3 54 0 t ／ h ， 有 了较 为明显地改善 和提高。 参考文献 [ 1 ] 陈国发． 重金属冶金学 [ M] ． 北京 冶金工业出版社， 1 9 9 0． 1 2． [ 2 ] 彭容秋 ． 锌冶金 [ M] ． 长沙 中南 大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． 收稿 日期 2 0 1 1 ． 1 0 1 1 作者简介 张君评 1 9 7 3 一 ， 男， 甘肃景泰人 ， 工程师， 工学士， 毕业于 江西理工大学 原南方冶金学院 。现从事有色冶炼生产技术管理 J 作。 蓝野 t ． A I WES U P 监娌 S q V t S I O N E- m ㈣ a i I G 册 S L Y J ⋯ L I 2 6 _ c 0 11 3 ．