0 引言

国内铜冶炼普遍采用火法精炼的生产工艺。随着铜矿资源越来越紧缺，火法工艺的原料有相当一部分为再生铜资源，这部分资源成分复杂、含量不一，含有镍等价高且有广泛用途的稀贵金属，它们在冶炼过程中通过阳极反射炉被富集到阳极铜中，然后又在电解时随铜进入硫酸铜溶液介质，其中镍在介质中逐渐积聚的含量仅次于Cu²⁺，当Ni²⁺达到15 g/L时成为影响阴极铜质量的主要有害杂质元素，所以必须定期排放以保持硫酸铜溶液的稳定，并将排出溶液进行回收加以利用。目前，国内从电解废液中提取镍主要有电积法和直火法两种传统方法，其中电积法是将电解废液经脱铜后通入直流电进行提取，缺点是当废液中含硫酸镍浓度为10~20 g/L，电积效率低，处理成本高，此方法很少被应用；而直火法虽应用比较广，但存在浓缩析出无定形结晶时，使固溶物吸热不均出现液体飞溅现象，对安全操作影响较大，同时要求加热容器必须是耐酸耐热特殊不锈钢或金属钛材料，工艺设备投资比较大，并且这两种方法还存在能耗高，环境污染严重等问题^[1-2]。针对传统处理方法的不足，笔者介绍一种在负压低温条件下利用锅炉蒸汽加热回收硫酸镍的高效处理新工艺。

1 工艺参数的试验选择 1.1 含镍水样

实验采用铜冶炼中以部分再生铜为原料电解时产生含镍废液作水样。取得200 mL经电积脱铜后的水样置于烧杯中，测得主要成分及含量参见表 1。

1.2 实验仪器

主要仪器：原子吸收仪；723型分光光度计；44B分析电解器。

1.3 实验方法

移取200 mL含镍水样于2 000 mL锥形瓶中，加入98% H₂SO₄ 100 mL，在室温下搅拌摇匀，取适量上层清液测定此溶液中硫酸浓度及硫酸镍含量。

1.4 不同硫酸用量对硫酸镍溶解度、沸点的影响

(1) 按照上述试验操作，改变硫酸加入量，测得不同加入量时溶液中硫酸浓度及硫酸镍含量如表 2所示。从图 1可以看出硫酸镍在不同浓度的硫酸中溶解度变化较大，当硫酸浓度>1 000 g/L时，硫酸镍在硫酸溶液中的溶解度较小，硫酸浓度越大，硫酸镍在硫酸溶液介质中溶解度越小，相应硫酸镍回收率就越高。

（2）按照1.3试验方法加入硫酸后缓慢加热，测得不同加入量时硫酸镍溶液沸点见表 3。由图 2可看出随着硫酸浓度不断增大，而沸点也随着不断升高，当溶液介质中硫酸浓度从275~986g/L时，沸点也为110~155℃。根据物理化学原理，溶液的沸点与溶液蒸气压成正比，蒸气压减小，沸点降低^[1-3]。按照这些特性，梅州市金雁实业集团公司自创设计出负压低温提取硫酸镍技术，突破了加热温度和加热方式的局限。故选择反应罐内控制负压为0.01~0.08 MPa，反应温度75~120℃，硫酸浓度大于1 000g/L的工艺指标。

2 生产工艺流程设计 2.1 生产工艺流程

按照试验选择的负压低温提取技术和电解废液含镍较高的特性，设计一套处理含Ni²⁺≥12 g/L、游离酸浓度≥240 g/L的生产工艺流程（见图 3）。

2.2 操作步骤

把经电积脱铜至含Cu²⁺<0.1g/L，含Ni²⁺≥12 g/L的废液加入反应罐，控制加入量为额定容积的80%，开启搅拌器，转速为25 r/min，通入蒸汽，蒸汽压力大于0.1 MPa，开启真空泵反应罐内抽真空，控制反应罐内负压为0.01~0.08 MPa。当罐内液体开始下降时，均匀补加脱铜液，并保持一定的液面。当罐内负压为0.08 MPa，温度为120℃时停止补加脱铜废液，并保持1 h（保证酸浓度在 1 000 g/L以上），关闭蒸汽转为冷水冷却。当温度降至60℃左右时，即可放料至衬塑澄清槽静置，待进一步冷却至≤30℃时，上层为废液（黑酸）输入储存罐待处理，下层沉积物为硫酸镍，经离心机固液分离，可得粗品硫酸镍产品。

粗品硫酸镍含镍达24%~25%。由于镍的单质及化合物用途大，价值高，它作为再生原料售给专门生产厂家进行深加工提取金属镍。粗品硫酸镍的品位如表 4所示。

2.3 构成工艺流程主要设施

提取硫酸镍工艺流程主要设施见表 5。

3 工艺效果

（1）硫酸镍产品回收率 98% 以上，产品质量稳定含镍达 24%~25%，含 Cu²⁺<0.2% 能够满足精制硫酸镍产品原料要求。

（2）由于硫酸具有很强的吸水性，水分子要脱离硫酸的吸力需要吸收较大能量后才能从游离酸中汽化逸出，在通常锅炉蒸汽加热条件下，难以达到这一能量。采用负压真空蒸发浓缩，负压越大，沸点越低，混合液体沸点可降至 70℃ 以下，解决了蒸汽加热难以使稀 H₂SO₄ 浓缩脱水的难点。

（3）负压真空装置采用离心水泵+SBP喷头提供负压，真空度最大可达 0.09 MPa，具有抽空气体不与机械部件直接接触的特点，突破了抽真空不能抽取水汽酸雾介质的技术瓶颈，蒸发速度快，每罐蒸发速度可达 100~150 L/h。

（4）反应罐内蒸发的含酸蒸汽与循环离心泵内加碱水介质进行水汽混合后被中和，蒸发气体不放空，因此具有更好的环保特性。

（5）铜电解废液中提取硫酸镍主要是通过蒸发废液中的水分，提高游离酸浓度，降低硫酸镍的溶解度来实现的。根据降低液体蒸发压力会使液体沸点降低的原理，增加反应罐内负压真空状态，通过降低液体沸点来提高蒸发，缩短单位量液体中水分的蒸发时间，提高效率。

4 经济效益分析

负压低温蒸汽加热回收硫酸镍工艺于2005年6月建成并投入运行，总投资为 50 万元，设计处理电解废液能力 7 500 m³/a。运行结果表明，电解废液经负压低温蒸汽加热提取后，硫酸镍回收率 98% 以上，每年能回收硫酸镍粗品 300 t, 扣除运行费用每年可创利润 1 000万元。

5 结论

（1）利用锅炉蒸汽在负压低温条件下加热回收硫酸镍，效果好。当反应罐内负压控制为 0.01~0.08 MPa，温度为 75~120℃ 时，硫酸镍产品回收率可保持在 98% 以上。

（2）在负压低温整个操作体系中，蒸发浓缩、冷却过程都是在密封反应罐内进行，具安全、环保、易操作等特点。