铜电解脱铜后液提取粗硫酸镍的生产实践

铜电解脱铜后液提取粗硫酸镍的生产实践 2011年10月第5期张均杰等:铜电解脱铜后液提取粗硫酸镍的生产实践?15? 铜电解脱铜后液提取粗硫酸镍的生产实践 张均杰,葛晓明 (烟台鹏晖铜业有限公司,山东烟台264002) 【摘要】介绍了铜电解脱铜后液提取硫酸镍的几种工艺及蒸气间接加热浓缩法工艺的生产 实践,并对 试生产过程中出现的问题进行了改进,达到了节能减排及资源综合利用的目的,取得了良好 的经济效益 和社会效益. 【关键词]脱铜后液;粗硫酸镍;蒸气间接加热浓缩法;生产实践;改进 【中图分类号]TF811[文献标识码】B[文章编号】1672—6103(2011)05—0015—04 O前言 烟台鹏晖铜业有限公司是以铜精矿为主要生产 原料的铜冶炼企业,1976年投产,经过不断的技术 改造,阴极铜产量不断扩大.公司现有三套电解系 统,阴极铜生产规模为120kt/a,而粗炼规模为50 kt/a,电解原料缺口以外购杂铜和阳极板补充,而外 购原料含镍较高,镍在电解液中不断积累,必须在电 解液净化过程中脱除.电解液的净化流程与阳极铜 的成分,副产品的销路,综合经济效益,环保等许多 因素有关.本公司采用连续脱铜,脱砷电积法,脱铜 后的废液用结晶法生产粗硫酸镍,产出的黑酸全部 返回系统使用.硫酸镍一期工程于2004年8月建成 随着电解系统扩产, 投产时,只有一台反应釜生产. 配套的电解净液系统也随之扩大,2007年6月增加 了5台反应釜,2008年5月又增加了2台反应釜,达 到日处理电解液40ITI,月生产粗硫酸镍30,40t的 能力. 1脱铜后液提取粗硫酸镍工艺的选择 1.1工艺的选择 电解液中镍的脱除,国外主要采用结晶法,萃取 法,离子交换法,而国内多采用结晶法产硫酸镍副产 品.结晶法可分为直火浓缩法,冷冻结晶法,电热浓 缩法等;直火浓缩法具有设备简单,镍回收率高等优 点,曾一度在中小型冶炼厂广泛应用,但由于其燃烧 【作者简介]张均杰,男,烟台鹏晖铜业有限公司工程师,主要从事 技术工作. [收稿日期]2011-02-25 与蒸发设备不密封,酸挥发多,能耗大,环境污染严 重,劳动强度大,在日益重视环保及劳动安全卫生的 今天已不再使用了.冷冻结晶法由于投资大,设备 多,占地面积大,脱镍效率低等原因一直没有得到广 泛采用.而电热浓缩法由于自动化程度高,环保效 果好,脱镍率高等优点被越来越多的工厂采用.但 是由于所需设备复杂,投资大且生产成本高,使其在 中小型冶炼厂的使用受到限制.蒸汽加热浓缩法 解决了操作条件恶劣,劳动强度大的问题,有利于 环保,且设备简单,投资省,对资金有限的中小型铜 冶炼厂较为适宜.因此,选择了蒸汽加热浓缩法 工艺. 1.2工艺原理 电解液净化系统生产粗硫酸镍的原料为二次脱 铜后液,主要成分为硫酸和硫酸镍.根据硫酸盐结 晶理论,溶液中的硫酸浓度与硫酸盐溶解度在不同 温度下存在一定的平衡关系:当压强一定时,溶液的 沸点随酸度的增加而升高;当酸度一定时,溶液的沸 点随压强的降低而降低.在负压条件下,由于溶液 的沸点降低,强化了蒸发作用.而蒸发出的酸雾蒸 气被及时抽走,避免了液面上蒸气压强的升高,从而 提高了蒸发速度.不同温度下镍离子浓度与酸度曲 线关系见图1. 蒸气间接加热浓缩法就是基于这两个特点,在 一 定真空度下,使用温度不太高而来源较方便的蒸 气作加热源间接加热使溶液蒸发浓缩,然后再经过 水冷却结晶,冷却后再进行固液分离,固体为粗硫酸 ? 16?中固有色冶金A卷生产实践篇?重金属 锞,黑色液体即为黑酸.32 ,30 \1.3主要设备的选择 28\ 1.3.1最初的设备选择26\\ 24\\反应釜选用搪玻璃反应釜,瓷釉选用耐酸高温22 20 \\ 景18\\,\瓷釉.结晶分离槽选用混凝土结构,内衬耐酸瓷 芝16\\一//\砖.黑酸罐选用玻璃钢材质.循环水池选用混凝土 14 \,\\ 12 \,\\40结构,内衬玻璃布.循环冷水泵采用不锈钢卧式 10\\泵.冷水泵管道选用不锈钢材质.冷却塔选用玻璃\\ \8 \—,————,/钢防腐工业型冷却塔,填料采用PP材质.采用不锈6 \4 \/u钢离心机分离粗硫酸镍,含吸附酸少. 2- 20?…1rL,7 “2..5.…一 主元 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf .HSO24/%…, 图1硫酸镍溶液中镍离子浓度与1?4粗硫酸镍生产工艺流程 酸度之间的关系曲线现硫酸镍生产工艺流程图见图2. 表1主要工艺设备 序号设备名称规格型号单位数量材质设备参数及配套设备 说明:原2台SS800全不锈钢离心机,配套电机功率为5.5kW,已报废停止使用. 脱铜,脱砷后液 il苤T塑 I—I {反应釜汽冷凝贮l配’I一水I—— ———— 水力喷射器J槽l I结晶分离槽.1 冷水泵?—循环水池JI 』真空抽滤槽黑酸贮槽 l热水泵f一I冷却塔』』 (市场销售)(返回系统) 图2现硫酸镍生产工艺流程图 2011年10月第5期张均杰等:铜电解脱铜后液提取粗硫酸镍的生产实践-17? 1.5控制工艺指标 经过试生产,摸索出的工艺指标如下: (1)脱铜,脱砷终点液成分(g/L):Cu<0.5, H2SO4>300,As<0.5,Sb<0.05,Bi<0.05; (2)加热蒸气压:>0.2MPa; (3)搪瓷反应釜:真空度:0.06,0.1MPa,溶液温 度:100,120?; (4)粗硫酸镍:执行HG/T2824—2009?类一 等品标准; (5)黑酸:硫酸浓度:1000,1200g/L. 2试生产中出现的问题及处理办法 2.1反应釜使用寿命短 由于搪瓷反应釜长期处于高温,高压,腐蚀性介 质中,易发生爆瓷现象.使用不到一年出现罐体爆 瓷和放料口掉瓷现象.有的是产品质量问题,有的 是安装过程中受到碰撞,有的是使用问题.先后试 用了三家的产品,最终选用一家质量好的厂家的产 品长期使用. 罐体爆瓷的问题.分析原因是在出料前通冷却 水冷却反应液,反应釜受急冷,急热的影响造成的. 后冷却水贮槽改为蒸汽冷凝水贮槽,出料前不通冷 却水,自然冷却后放料.其次是补冷液一次少补,补 在反应釜中间位置,避免温度变化大. 放料口掉瓷的问题.原放料口直接安装放料对 夹式蝶阀,由于安装偏差,阀门阀板开关对搪瓷面磨 损造成掉瓷.后加一搪瓷短节后再加放料阀,延长 了放料口的寿命.但需定期更换损坏的短节. 放料口掉瓷的修复.由于使用温度高,请专业 厂家现场修复放料口,没能解决问题,后采用放料口 下部加一四氟衬套的办法,解决了放料口掉瓷漏液 不能使用的问题. 原反应釜的寿命较短,原因是多方面的,从产品 厂家选择,安装,使用,维护等方面改进后,反应釜的 寿命大大延长,保证了开工率. 2.2冷水卧式泵阀门全开电机超电流 试车期间,泵出口阀门全开电机超电流,只能保 持20%一30%开度,阀门处消耗额外的电能.原因是 管道内冷水流速低,泵的扬程高,与管道阻力不匹 配,将叶轮进行部分切削加工后,在达到生产要求的 前提下,保持出口阀门全开,电机电流降低约6A, 降低了电耗. 2.3结晶分离槽漏酸 2台衬瓷砖结晶分离槽使用不到1年,发现砖体 局部开裂,为了降低费用,局部修复.拆除损坏的部 分的一个平面,改变了砖内衬方法,砖由侧放改为横 放,高度方向由113mm变为65mm,虽然砖量增加, 但使用寿命增加.因混凝土内衬瓷砖结晶分离槽施 工周期长,三期硫酸镍结晶槽改为钢结构内衬增强 聚丙烯板,并留有一定的膨胀缝,共2台.其优点是 占地少,施工快,价格低,易于维修,维修期间对生产 影响小,使用效果较好. 2.4反应釜真空度低 原因是经冷却塔冷却后的水温高,特别是夏季 更严重,影响了废液的处理能力.解决方案一是蒸 汽冷凝水不进循环水池,用原冷却水槽作为蒸汽冷 凝贮水槽,由贮水槽直接返回系统配电解液用.二 是2008年7月增加一台DBNL3—150工业型冷却塔 及冷却水泵,夏季开二台冷却塔及大冷却泵生产,冬 季开一台冷却塔及小冷却水泵生产,保证冷却水水 温达到要求. 2.5水力喷射器漏水 聚丙烯材质水力喷射器强度较差.由于入口水 压较高,入口管道振动,上下封头法兰处易断裂造成 漏水,后改为玻璃钢材质,上下封头法兰加厚,内部 加钢板加强,密封垫改为”O”型密封圈,有效的解决 了漏水问题,使用寿命可达2年以上. 2.6不锈钢离心机维修量大 不锈钢离心机使用六个月便出现了内,外桶体 漏液问题,用玻璃布处理或更新,也没能从根本上解 决问题.2007年改为真空抽滤的办法,解决了维修 量大的问题.与离心机过滤相比,真空抽滤具有劳 动强度轻,操作简单,安全,备件费用低,节电的优 点.但粗硫酸镍吸附酸含量增加,采用增加抽滤时 间的办法得以解决,产品可以满足用户的要求,不影 响销售. 2.7冷水泵不锈钢管道使用寿命短 二期冷水泵输送管道材质为1Crl8Ni9Ti,2007 年7月投入使用,使用不到一年出现了局部大面积 渗漏现象,修补后于2008年11月大修期间改为 +250x12.9普通PP管.PP管在使用过程中,弯头, 三通处易漏,直管出现裂纹,2010年6月更换为新增 强PP管,目前使用效果较好. ? l8?中固有色冶金A卷生产实践篇?重金属 2.8冷却塔填料塌陷 冷却塔填料支撑为钢结构外包玻璃布,使用2 年后由于玻璃钢腐蚀渗漏,对钢结构支撑造成腐蚀 而断裂,后支撑改为20mm厚PP板做的篦子板,使 用至今情况较好. 2.9生产成本较高 与同行业相比,生产成本偏高.经分析蒸汽和 电力消耗占生产成本的大头,原1台水力喷射器带 一 台反应釜,后改为1台水力喷射器带2台反应釜, 停开一台55kW冷水泵,电单耗降低约30%,40%. 强化了8台反应釜的保温,选用稀土保温材料保温, 厚度为50mm,保温层表面与环境温度温差在15? 以内,节省蒸气消耗约20%,30%. 3存在的问题与探讨 经过几年不断的改进,生产中的问题基本解决, 现生产已稳定运行,但还存在以下问题需改进. 3.1冷水泵管道漏水问题 冷水泵管道改为PP管以后,有时还漏液,需停 车维修.钢衬PO管道在制酸净化应用较为成功,下 一 步根据PP管的使用情况,对钢管内衬防腐材料 (衬PO,四氟,搪瓷)的管道进行考察论证,确定最佳 改造方案. 3.2真空抽滤影响反应釜真空度 离心机改为真空抽滤后,抽漏时间长,影响真空 度,从而影响到净液量.下一步计划对:(a)选用新 型高效的水力喷射器,用原来的冷水泵;(b)增加一 套水力喷射器和冷水泵;(c)增加一台水环真空泵等 几个方案进行论证. 4结语 蒸气间接加热法提取粗硫酸镍工艺是我公司电 解净化工艺技术改造的一个重大突破,6年的生产 实践表明,该工艺技术具有投资少,占地小,运行费 用低,劳动环境较好,工人的劳动强度低等优点.原 来的废电解液部分外排,现在的废电解液全部回收, 产出的硫酸镍外销,黑酸返回系统利用,无废水外 排,解决了多年来铜电解污水外排带来的环保问 题.特别是公司于2007年底淘汰了鼓风炉工艺, 2008年初侧吹炉工艺改造完成投入生产,侧吹炉余 热锅炉产生的蒸汽不用外放,给硫酸镍工序使用,使 生产成本大幅度降低,达到了资源综合回收,节能减 排的目的,取得了显着的环保效益和经济效益,增加 了一个新的经济增长点,也为企业自身的可持续发 展打下了基础. [参考文献] [1]朱祖泽,贺家齐.现代铜冶金学[M].北京:科学f日版社. 2008. 【2]余智艳,蒸气间接加热浓缩生产粗硫酸镍工艺应用[?有色冶金 设计与研究,1999. Practiceofextractingcrudenickelsulfatefromdecopperedsolutionofcopperelectrolysis ZHANGJun-jie,GEXiao—ming Abstract:Thepracticesofseveralprocessesofextractingnickelsulfatefromdecopperedsolutionofcopp er electrolysisandsteamindirectheatingconcentrationprocesswereintroduced.Thetargetofenergy—sa ving,emiS— sionreductionandresourcescomprehensiveutilizationwereachieved,andthegoodeconomicalandsoc ialbene— fitswererealizedbasedonimprovingtheproblemsoeeuredintrialproductionprocess. Keywords:decopperedsolution;crudenickelsulfate;steamindirectheatingconcentrationmethod;pra ctice; improving 恩菲与大冶公司签订超大规模铜电解设计合同 中国恩菲与大冶有色金属有限公司在湖北黄石签订了”大冶有色金属有限公司30万t/a铜 电解节能技 改项目”设计合同. 单系列30万t/a铜电解项目是恩菲公司迄今所承接的最大规模的铜电解工程,采用先进的永久阴极法 电解丁艺.该项目设计合NN~tT,为恩菲公司在有色冶金技术领域树立了新的标杆,具有极其重要的里 程碑意