朱國(guó)慶

摘 要：在硫酸鎳的生產(chǎn)中，傳統(tǒng)的工藝已經(jīng)暴露了諸多缺點(diǎn)，已經(jīng)不適合新的經(jīng)濟(jì)形勢(shì)。為此筆者提出了萃取法生產(chǎn)硫酸鎳這一新工藝，其首先闡述了萃取法的化學(xué)原理和工藝流程以及萃取法生產(chǎn)結(jié)晶硫酸鎳的過程，進(jìn)而說(shuō)明了在生產(chǎn)過程中的注意事項(xiàng)，并且對(duì)比了新舊工藝的區(qū)別，突出了新工藝具有顯著技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：萃取法 硫酸鎳 新工藝

中圖分類號(hào)：TF804 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）11（a）-0054-02

硫酸鎳是在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)陰極銅的過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，其中含有銅、鐵、鋅等雜質(zhì)，并且以離子的形式存在，由于還不能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，所以要對(duì)其進(jìn)行提純。傳統(tǒng)提純硫酸鎳的工藝過程不僅復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大，并且會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的硫化氫，同時(shí)，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的硫化氫和氫氧化物沉淀會(huì)帶走一部分的鎳離子，這影響了鎳的純度，使收率只能達(dá)到85%左右。與此相比，萃取法更適合用來(lái)提純硫酸鎳。相關(guān)實(shí)踐表明，采用萃取法生產(chǎn)的接應(yīng)硫酸鎳，其收率可達(dá)92%以上，并且相關(guān)指標(biāo)也滿足化學(xué)試劑的要求。

1 化學(xué)原理與工藝流程

1.1 化學(xué)原理

在硫酸鹽中，金屬離子按照從困難到容易依次被萃?。篒n3+、Fe3+、Pb2+、Al3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Cd2+、Fe2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Co+、Mn2+、Mg2+、Na+。這和按金屬離子氫氧化物的沉淀隨pH值上升的排列順序基本相同，根據(jù)這個(gè)順序，每一個(gè)以無(wú)機(jī)鹽形式存在于溶液中的排列順序在前面的金屬離子都可以置換出排列順序在后面的金屬離子。

用來(lái)萃取硫酸鎳溶液中的銅、鐵、鋅等雜質(zhì)的效果較好的鎳鹽是P2O4，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：xNi[H（R2PO4）2]2+2Mex+→2Me[H（R2PO4）2]x+xNi2+。

1.2 工藝流程

在實(shí)際生產(chǎn)中，大致的工藝流程為：水洗除酸→溶解、調(diào)整pH值→萃取、反萃取→去除鈣、鎂→過濾→濃縮結(jié)晶→離心脫水→結(jié)晶硫酸鎳。

2 萃取法生產(chǎn)結(jié)晶硫酸鎳的過程

2.1 將粗硫酸鎳溶解、氧化

首先將粗硫酸鎳溶液在水中溶解，在鎳離子的量達(dá)到相關(guān)要求后，鼓入空氣或者使用雙氧水對(duì)硫酸鎳溶液進(jìn)行氧化的同時(shí)進(jìn)行攪拌，此步驟中氧化的主要目的是使Fe2+氧化為Fe3+，為萃取Fe3+做鋪墊，當(dāng)Fe2+全部氧化后表示此步驟結(jié)束，此時(shí)才可進(jìn)行下一步。

2.2 制備鎳皂

去除溶液中的鐵元素雜質(zhì)時(shí)所使用的有機(jī)萃取劑為脂肪酸、環(huán)烷酸等。這些有機(jī)萃取劑是以鎳皂的形式與含有鐵、銅、鋅等雜質(zhì)的硫酸鎳溶液進(jìn)行交換萃取，所以，要去除硫酸鎳溶液中的鐵、銅、鋅等雜質(zhì)的第一步就是制備鎳皂。

首先使澄清的純堿水溶液與脂肪酸發(fā)生皂化反應(yīng)產(chǎn)生鈉皂，然后將pH值調(diào)整到6左右。再將水放掉，后將其與高純度的硫酸鎳溶液進(jìn)行萃取直至無(wú)草綠色的鎳離子為止。以上即為鎳皂的制備方法。

2.3 鐵的萃取

由于當(dāng)硫酸鎳溶液的pH值大于3.5時(shí)，溶液中的Fe3+會(huì)生成Fe（OH）3沉淀，使硫酸鎳溶液變得渾濁，嚴(yán)重影響萃取的過程。所以，在對(duì)鐵元素進(jìn)行萃取時(shí)要要將pH值控制在1.5～2.0之間。鐵的萃取反應(yīng)方程式為：3[NiR2]有機(jī)相+[Fe2（SO4）3]水相→2[FeR3]有機(jī)相+3[NiSO4]水相。萃取過程中用到的萃取劑可以用稀硫酸溶液進(jìn)行反萃取，化學(xué)方程式為：2[FeR3]有機(jī)相+3[H3SO4]水相→6[RH]有機(jī)相 +[Fe2（SO4）5]水相。

P-204對(duì)Fe3+的吸附能力很強(qiáng)，所以當(dāng)Fe3+被P-204萃取后，在稀硫酸溶液中很難被反萃取。所以，要用加熱后的鹽酸溶液對(duì)其進(jìn)行反萃取，如果要更高的反萃取率，后續(xù)還要用飽和草酸溶液進(jìn)行洗滌處理。

2.4 銅的萃取

能夠做銅的萃取劑的都有脂肪酸、環(huán)烷酸、N-510等。當(dāng)使用脂肪酸和環(huán)烷酸對(duì)銅進(jìn)行萃取時(shí)要以這些萃取劑鎳皂的形式對(duì)銅進(jìn)行萃取。而N-510就與脂肪酸和環(huán)烷酸有所不同，它可以直接用3%～7%的200號(hào)煤油進(jìn)行萃取。

在使用脂肪酸和環(huán)烷酸作萃取劑銅時(shí)，都應(yīng)該在其各自適當(dāng)?shù)腜H值范圍內(nèi)對(duì)銅離子進(jìn)行萃取，且如果pH不小心過高可能會(huì)將鎳離子一并萃取，這并不是我們希望發(fā)生的。雖然萃取率較高，但是對(duì)pH值的控制要求高，進(jìn)行時(shí)要時(shí)刻注意。

N-510較以上兩個(gè)萃取劑就較為方便簡(jiǎn)潔。在pH<5.0時(shí)N-510基本上不會(huì)萃取鎳離子，唯一不足的是，當(dāng)pH值在4.0左右的時(shí)候N-510才對(duì)鋅離子有一定的萃取率。

2.5 鋅的萃取

在新工藝中使用P2O4萃取鋅離子的效果很好。在萃取時(shí)，隨著20%的煤油溶液的pH越來(lái)越小，當(dāng)在pH值大概在45的時(shí)候開始對(duì)鋅離子進(jìn)行萃取，直到pH值低2.5的時(shí)候鋅離子的濃度能夠低至符合硫酸鎳溶液的提純標(biāo)準(zhǔn)的0.002 g/L以下。而鋅離子的反萃取則使用濃度為6 mol/L的硫酸溶液。

2.6 有機(jī)雜質(zhì)的去除

在前面的過程中，去除鐵、銅、鋅等雜質(zhì)時(shí)，都會(huì)使用相關(guān)的有機(jī)原料，所以在鐵、銅、鋅等雜質(zhì)被萃取后，硫酸鎳溶液中會(huì)有這些也需要去除的有機(jī)雜質(zhì)（即有機(jī)原料）。去除的方法主要有兩種方法：第一種是使用仲辛醇對(duì)硫酸鎳溶液進(jìn)行萃取性洗滌，從而將有機(jī)雜質(zhì)去除；第二種方法是使用“化學(xué)純”規(guī)格的粉狀活性炭處理溶液后再進(jìn)行過濾。在以上兩種方法中，使用仲辛醇的效果更好，不過要及時(shí)地定期更換仲辛醇，并且集中處理。

2.7 后續(xù)處理工序

在上述過程都結(jié)束，并且硫酸鎳溶液達(dá)到相關(guān)要求后，要將其過濾后加入硫酸濃縮至54°Be，也就是硫酸鎳溶液的表面呈現(xiàn)結(jié)晶膜狀時(shí)將其移至相關(guān)容器內(nèi)待其析出晶體。第2天，將濃縮的晶體離心脫水，從而得到硫酸鎳成品。剩下的母液可以經(jīng)過濃縮結(jié)晶核離心脫水后在制備鎳皂的時(shí)候使用或者根據(jù)情況返回相關(guān)程序。

3 生產(chǎn)過程中的注意事項(xiàng)

3.1 對(duì)于反萃取過程中產(chǎn)生的酸性廢水

在反萃取過程中會(huì)產(chǎn)生大量的酸性廢水，其中含有銅、鋅、鎳等金屬元素，會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失。由于其中還有氯離子，這時(shí)可以加入適當(dāng)?shù)你~電解液降低上訴金屬元素的流失，并且如果銅電解液加入過多會(huì)時(shí)硫酸鎳溶液遭到污染，所以一定要加入恰好的銅電解液。

3.2 對(duì)于過濾過程中產(chǎn)生的殘?jiān)?/p>

在過濾過程中會(huì)產(chǎn)生容易帶走鎳的殘?jiān)@會(huì)造成金屬的損失，從而增加投資成本。所以，要控制好各個(gè)參數(shù)，努力讓生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的殘?jiān)泻凶钌俚逆囋?，減少金屬的損失。

3.3 對(duì)于若干容易對(duì)皮膚的刺激性

生產(chǎn)過程中使用的萃取劑和硫酸鎳溶液都容易使人的皮膚有過敏現(xiàn)象，有很大的刺激性。在天氣炎熱時(shí)，刺激性表現(xiàn)的更為明顯，所以相關(guān)工作人員在進(jìn)行相關(guān)操作的時(shí)候一定要在通風(fēng)條件良好的作業(yè)場(chǎng)所，按照要求穿戴整齊。

4 新工藝較舊工藝的優(yōu)點(diǎn)

4.1 金屬回收率高

在新的萃取工藝中鎳的一次回收率可達(dá)到95%以上，然而在傳統(tǒng)的萃取工藝中，一次回收率只有50%左右，就算對(duì)返渣進(jìn)行二次回收，總的回收率也只能達(dá)到80%?？梢?，萃取新工藝比傳統(tǒng)工藝的回收率高很多。

4.2 生產(chǎn)成本低

雖然萃取法生產(chǎn)結(jié)晶硫酸鎳的工藝流程很長(zhǎng)，工藝控制復(fù)雜，且萃取劑價(jià)格昂貴，但由于直收率、回收率高，其生產(chǎn)成本相對(duì)于傳統(tǒng)工藝可以降低很多。

4.3 產(chǎn)品質(zhì)量好

在傳統(tǒng)工藝下的工藝成品中鎳占20.5%、銅占≤0.003%、鐵≤0.005%、鋅占≤0.004%；在新工藝下的工藝成品中鎳占21.0%、銅占≤0.001%、鐵占≤0.001、鋅占≤0.002。可見，萃取劑對(duì)銅、鐵、鋅等雜質(zhì)具有很好的選擇性，新工藝得到的萃余液凈化程度明顯要比傳統(tǒng)工藝高，產(chǎn)品的質(zhì)量更好。

5 結(jié)語(yǔ)

用新工藝—萃取法生產(chǎn)的結(jié)晶硫酸鎳的成品不僅純度高，而且質(zhì)量好，與傳統(tǒng)的工藝相比還可以降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，值得推廣。

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