在镍的可溶性阳极电解过程中,由于阳极杂质的影响,使得阳极电流效率(86%左右)低于阴极电流效率(97%左右),再加之电解液在净化过程中因净化渣夹带而造成的损失,使得电解液中的Ni2+浓度不断下降。为了防止电解液中镍的贫化,确保生产正常进行,就必须保持金属离子的平衡。硫化镍电解每生产1t电解镍约需补充0.2t外长量,其值取决于从净化渣中回收的镍量。电解造液是补充电解液中镍离子的有效方法之一。
电解造液的阴极过程不同于电解生产的阴极过程,在成品电解槽生产中创造条件控制氢析出,以保证阴极上镍的优先析出,而在造液过程中则恰恰相反,则是创造条件使氢优先在阴极上析出,镍在阳极上正常溶解,结果使镍的阴极电流效率远远低于阳极电流效率,从而使电解液中的Ni2+得以富集。
表1 硫化镍阳极电解精炼生产的技术操作条件 | ||||||
项目 | 单位 | Ⅰ工厂 | Ⅱ工厂 | Ⅲ工厂 | 汤普森冶炼厂((加) | |
阴 | Ni | g/l | ﹥70 | 60~65 | 60~70 | 75 |
极 | Cu | Mg/L | ﹤3 | 0.3 | ﹤0.3 |
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液 | Fe | Mg/L | ﹤4 | 0.6 | ﹤0.5 |
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组 | Co | Mg/L | ﹤20 | 1.5 | ﹤1 |
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成 | Zn | Mg/L | ﹤0.35 | 0.3 | ﹤0.3 |
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| Pb | Mg/L | ﹤0.3 | 0.08 | ﹤0.05 |
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| Cl- | g/L | ﹥70 | 70~90 | 120~130 | 45~50 |
| Na+ | g/L | ﹤40 | 45~60 | ﹤50 | 65 |
| H3BO3 | g/L | 4~6 | ﹥5 | 8~15 | 20 |
| 有机物 | g/L | ﹤0.7 | ﹤1 | 1 |
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| PH |
| 4.6~5.0 | 2~2.5 | 2~2.5 | 3.5 |
电流强度 | kA | 13.5~13.8 | 4.1 | 5 | 10 | |
电流密度 | A/m2 | 250 | 180~210 | 170~200 | 240 | |
电解液温度 | ℃ | 65 | 60~65 | 65 | 63 | |
同极中心距 | Mm | 190 | 190 | 190~200 | 197 | |
循环量 | L/(A.h) | 0.065 | 0.08 | 0.085 | 0.08 | |
阳极周期 | d | 9~10 | 9~10 | 6~9 | 21 | |
阴极周期 | d | 4~5 | 3 | 6~7 | 10 | |
阴阳液面差 | mm | 30~50 | 30~50 | 50~60 | 20~25 | |
掏槽周期 | 月 | 4~5 | 2~3 | 3 |
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造液过程是不带隔膜的电解槽中进行。常用紫铜片做阴极,造液过程不仅起补充镍离子的作用,同时还有脱铜的作用。因为铜离子的析出电位比镍离子正,所以电解液中的铜离子会在阴极上与氢一起析出,在阴极上形成海绵铜。
造液过程的主要反应为:
阴极反应 2H++2e=H2↑
Cu2++2e=Cu
阳极反应 Ni3S2-6e=3Ni2++2S
Cu2S-4e=2Cu2++S
造液过程的阳极过程与正常电解的阳极过程完全相同,其阳极材料包括硫化镍阳极、合金阳极或来自生产槽的较完整的残极。为了提高贵金属的回收率,阳极板一般被套在尼龙袋内,防止从阳极脱落的阳极泥与在阴极上析出的海绵铜混杂一起。
在造液过程中,将一部分阳极液引出,以HCl与H2SO4的混合酸将其酸度调至50~55g/L,作为造液电解液。在实际生产中,各种含Ni2+、H+的溶液,如铜渣浸出液、铁矾渣过滤液、阳极泥洗后液以及外来液也都引入造液过程,同时,洗陶管的废酸也打入配酸槽用业高速溶液的到度。由于电解液酸度高,加之阴极析出大量氢气,因此车间酸雾较大,为了改善劳动条件,减少酸雾,生产上常用皂角水形成的泡沫来覆盖电解液表面。
由于造液阴极上析出氢气,使电解液中的酸度降低。基于这个道理,在日本志村镍冶炼厂,采用中和电解槽造液法来补充电解液中的镍离子,即在若干电解槽内除吊挂硫化镍阳极外,另外还悬挂表面积小的金属镍棒(管)作为阴极从而减小阴极面积,增大阴极电流密度。当阳极电流密度为120~160A/m2时,阳极即可顺利地溶解,而阴极电流密度增加到1500~3000A/m2,在这样高的电流密度下镍是不会析出的,而只有氢在阴极析出,于是电解液中的Ni2+浓度提高了,H+浓度下降,电解液的P值很容易由1.8提高到5.0,这不仅降低了净化过程中的纯碱消耗,还避免了Na+过多引入电解液而造成的危害。
在生产实践中,常把酸性造液电解槽分为高酸造液(出槽6溶液含酸18~22g/L)和低酸造液(出槽溶液含酸4~7g/L)两种。酸性造液电解槽数量,一般为生产电解槽与种板电解槽总数的25%,其技术操作条件如表2所示。
表2 酸性造液电解槽技术条件 | ||||
项目 | 单位 | Ⅰ工厂 | Ⅱ工厂 | Ⅲ工厂 |
电流强度 | kA | 8~10 | 4.1 | 5 |
起始溶液含酸 | g/L | 50~55 | 140~180 | 50~60 |
最终溶液含酸 | g/L | 4~7 | 30~40 | 15~20 |
最终溶液含镍 | g/L | ﹥80 | ﹥100 | 70 |
电解液温度 | ℃ | 常温 | 60~65 | 60~65 |
同极中心距 | mm | 210 | 190 | 180 |