用粗硫酸镍生产电解镍

    一、概述     粗硫酸镍系铜电解废液净化过程的副产物。我国自1954年开始试验由粗硫酸镍生产电解镍，1955年开始试验由粗硫酸镍生产电解镍，1955年投入生产。该工艺所生产的电解镍质量符合国际三号镍标准。其工艺过程包括制备硫酸镍溶液与电解提镍两个部分。其工艺流程见图1。 

 图1  粗硫酸镍生产电解镍工艺流程     二、原料     无水粗硫酸镍淡黄色，在空气中由于吸收水分而变成绿色。粗硫酸镍的成分为（％）： 

Ni	Cu	Fe	Zn	H2SO4
15～20	2～3	0.5～1	1.5～2	10～30

    粗硫酸镍在20～25℃时，部分溶解于水，不溶物为54％；在80～100℃时，易溶于水，不溶物为1％，不溶残渣呈灰白色，大部分为锑的化合物，夹杂着铜、铁、砷、铅及少量的镍。     三、技术操作条件     （一）粗硫酸镍溶解     粗硫酸镍在溶解槽内加水溶解，液固比为3∶1，用蒸汽加热至80～85℃，通风搅拌2～3h，物料溶解后溶液呈深蓝色，密度1.25～1.35t/m³，溶液含镍80～120g/L及铜、铁、锌、砷、锑、锡等杂质与游离硫酸。     （二）一次中和除杂质     粗硫酸镍溶解后进行一次中和。一次中和终点pH＝4.2～4.5，温度85℃，中和剂为碳酸钙乳液。中和后，一部分铜、铁、锡、铋等杂质水解沉淀入渣。一次中和液含镍80～90g/L。     （三）二次中和除杂质     一次中和过滤后液进行二次中和。二次中和终点pH＝6.65～6.75，温度85℃，中和剂为碳酸钙乳液。中和后，铜、铁、锌等杂质大部分水解沉淀入渣。二次中和液含镍50～60g/L，供电解使用。二次中和渣含镍7％左右，返回溶解配料。     （四）一次中和渣处理     一次中和渣含镍1.5％～2.5％，以硫酸溶解，pH＝1.5～2.0，温度80℃。溶解液含镍20g/L以上，并含有铜、铁、锌等杂质，溶解液返回使用。     中和的pH值直接影响金属盐的沉淀率，一次中和pH＝4.2～4.5，铁入渣率约90％，铜入渣率约70％，锌入渣率约15％。二次中和pH＝6.65～6.75，铁、铜入渣率达99％，锌入渣率达98.5％，镍入渣率约30％。     （五）镍电积     用不溶阳极电解法生产电解镍，阳级为含银1％～3％的铅银合金板，阴极种板为铝板，电解质为硫酸镍溶液。电解液组成（g/L）:镍50～60、铁≤0.05、铜≤0.02、锌≤0.05、铅0.04、硫酸2～3、硼酸20～25、硫酸钠50～100。电解液循环方式为上进下出。     1、电解液含镍     电解液含镍量，对电流效率的影响见图2。含镍高，可抑制阴极上氢离子放电，提高电流效率。电解液中含镍量以80～120g/L为宜。  图2  电解液含镍与电流效率的关系     2、电解液含酸     电解液含酸量，对电流效率的影响见图3。含酸高时，在阴极上氢离子易放电，阴极镍片易破裂，易造成短路，使电流效率下降。生产中保持电解液含酸3g/L为宜。

图3  电解液含硫酸与电流效率的关系     3、电流密度     电流密度的大小，一般根据生产任务、产量大小、电力供应、电力价格等因素选择。电流密度高，氢的过电压相应增大，能抑制氢离子放电，电流效率显著提高，但电流密度提高后，随着镍的应力增大，镍片易破裂，以致造成短路，使电流效率下降。试验证明，提高电流密度至350A/m³，阴极镍的物理形态尚好，电流效率达80％左右，但电流密度过高是不经济的。电流密度一般为180～300A/m²。电流密度与电流效率的关系见图4。 

图4  电流密度与电流效率的关系     4、电解液温度     电解液温度保持为60℃。     （六）净液（电解液的调整）     随着电解过程的进行，电解液中镍离子浓度不断下降，硫酸浓度不断上升。抽出一部分电解出液加入碳酸镍中和脱酸，再配入部分新溶液返回电解系统，用其余的一半加碳酸钠中和制备碳酸镍，另外的一半经浓缩后与碳酸镍一并配入电解液中。     四、产物     电解镍     电解镍的成分实例见表1。 表1  电解镍成分，％

Ni	Cu	Fe	Co	Pb	Zn
99.606	0.044	0.023	0.025	0.102	0.30
99.270	0.054	0.024	0.135	0.067	0.45
99.465	0.108	0.036	0.083	0.108	0.20
99.450	0.122	0.064	0.062	0.142	0.46

    五、技术经济指标     镍中和直收率      50％～70％     镍中和总收率      92％～95％     镍电解直收率      45％～55％     镍电解总收率      98.5％～99.5％     全系统回收率      90％～93％     电流密度          150～200A/m²     槽电压            3.5～4.0V     电流效率          60％～70％     硫酸消耗         2400kg/t镍     烟煤消耗         2000 kg/t镍     碳酸钙消耗       6500 kg/t镍     碳酸钠消耗       450 kg/t镍     六、主要生产设备实例     （一）电解槽，10个，规格为1300×850×1000mm，槽体为钢筋混凝土制成，内衬3mm厚的铅皮。     （二）净化槽，4个，规格为φ1600×3000mm，槽体为钢筋混凝土制成，内衬3mm厚的铅皮，槽内装有铅盘形加温管及风管。