铜冶炼过程产粗硫酸镍精制及电池级硫酸镍制备研究

摘要

本研究以大冶有色金属公司铜冶炼副产品粗硫酸镍为对象，以生产电池级硫酸镍产品为目的，对其进行了精制处理。结合原料特点以及生产实际，开发了萃取回收铜-氧化水解沉淀除铁砷-氟化钠沉淀除钙镁-溶液深度净化-镍萃取反萃-浓缩结晶的全湿法工艺，回收了粗产品中的铜，制备出了电池级硫酸镍，得到了合格的产品。
　　以国产铜萃取剂AD100回收了粗硫酸镍中的铜，在初始pH值为2.0、萃取相比O∶A=1∶3、AD100体积浓度为15％、萃取时间为5min，常温下经过三级萃取99％以上的铜进入有机相。对负载铜的有机相采用稀硫酸洗涤后进行反萃，以2mol/L的稀硫酸为反萃剂，相比O∶A=3∶1的条件下，两级反萃可回收99％以上的铜。整个萃取反萃过程铜回收率达98％以上，反萃液可直接进行电积来生产电积铜，电解液实现循环利用。
　　以双氧水为氧化剂，聚合硫酸铁为沉淀剂，碳酸钠为中和剂净化原料中的铁和砷。当双氧水的加入量为26.7mL/L溶液、聚合硫酸铁溶液的加入量为16.7mL/L溶液、反应终点pH值为4.0、反应温度为70℃、反应1h后，铁、砷的沉淀率分别可达99％和99.9％以上，溶液中残余的铁、砷浓度分别低于15mg/L和1mg/L。
　　以氟化钠为沉淀剂沉淀分离原料中的钙镁，在终点pH值为5.0、反应温度为90℃、氟化钠过量系数为1.5的条件下反应1h，钙镁的沉淀率分别高于98％和99％，溶液残余钙镁浓度分别低于10mg/L和5mg/L。
　　对萃取分离铜-氧化水解沉淀分离铁砷-氟化钠沉淀分离钙镁后的含镍溶液进行了深度净化处理，研究采用P204作为萃取剂在P204皂化率为50％、初始pH值为4.0、相比O∶A=1∶1、P204体积浓度为20％的条件下萃取10min，六级萃取后萃余液中主要杂质元素Cu、Fe、Pb、Zn、Mn的含量分别为0.02g/L、0.002 g/L、0.001 g/L、0.002 g/L、0.001 g/L和0.002 g/L，实现了深度净化的目的。
　　以P204为萃取剂将镍从深度净化后的水相中萃取分离进入有机相，对负载镍的有机相进行反萃便实现了除钠的目的，通过水洗的方法将夹带的少量钠离子进行洗脱，保证了溶液的纯度及产品的质量，并反萃得到了高纯的硫酸镍溶液。最后以此为结晶原液进行浓缩结晶，通过控制浓缩结晶过程各项参数，优化结晶过程得到了符合HG/T2824-2009规定的产品，产品质量达到Ⅱ类优等品要求，可作为电池材料制备用。
　　本研究为实验室规模研究，以此为基础开展的半工业化试验验证了本研究的结论，并为工业化生产的实施提供了理论依据和技术支持。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 镍的性质及用途

1．1．1 镍的性质

1．1．2 镍的用途

1．2 硫酸镍的性质及用途

1．2．1 硫酸镍的性质

1．2．2 硫酸镍的用途

1．2．3 硫酸镍的制备

1．2．4 国内外硫酸镍的生产情况

1．2．5 硫酸镍在电池工业中的应用

1．3 现有的硫酸镍精制工艺

1．3．1 电解法精制工艺

1．3．2 湿法精制工艺

1．4 本研究的目的和意义

1．4．1 大冶有色金属公司介绍

1．4．2 精制硫酸镍对公司的意义

1．4．3 精制工艺介绍

第二章 工艺原理介绍

2．1 萃取回收铜原理介绍

2．2 化学净化原理介绍

2．3 深度净化原理介绍

2．4 镍的萃取反萃

2．5 硫酸镍浓缩结晶

第三章 实验研究方法

3．1 实验原料

3．2 实验试剂及仪器

3．3 实验方法

3．3．1 萃取回收铜

3．3．2 化学沉淀除铁、砷

3．3．3 氟化盐沉淀除钙、镁

3．3．4 溶液深度净化

3．3．5 镍萃取反萃

3．3．6 浓缩结晶

第四章 粗硫酸镍溶液萃取回收铜的研究

4．1 萃取剂性质

4．2 实验内容

4．2．1 实验流程

4．2．2 结果与讨论

4．2．3 小结

第五章 除铜硫酸镍溶液净化除杂研究

5．1 除铁、砷的研究

5．1．1 研究方法

5．1．2 结果与讨论

5．1．3 结论

5．2 除钙、镁的研究

5．2．1 研究方法

5．2．2 结果与讨论

5．2．3 结论

5．3 深度净化研究

5．3．1 研究方法

5．3．2 分析与讨论

5．3．3 结论

第六章 含镍溶液纯化及硫酸镍浓缩结晶

6．1 含镍溶液纯化

6．2 浓缩结晶

6．2．1 结晶过程分析

6．2．2 浓缩结晶过程操作控制

第七章 总结与建议

7．1 总结

7．2 建议

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢