CN109371245B - 镍精炼系统铜渣资源化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明的镍精炼系统铜渣资源化处理方法的步骤包括：将铜渣用水清洗，洗液并入镍精炼系统；清洗后的铜渣首次加入Cu²⁺、后续采用加压氧气浸出后的浸出液进行浆化后再进行常压空气浸出，浸出液并入镍精炼系统；浸出渣加入硫酸溶液、通入氧气进行加压氧气浸出，浸出渣作为铜精矿返回铜熔炼系统，浸出液返回进行常压空气浸出。本发明的方法可实现铜渣中铜与镍、钴的有效分离，镍、铜、钴的资源综合回收利用，原理可靠，流程简短，资源利用率高，易于实现工业化生产，尤其适用于镍精炼系统铜渣的处理。

Description

镍精炼系统铜渣资源化处理方法

技术领域

本发明属于有色金属湿法冶炼技术领域，具体涉及镍精炼系统铜渣资源化处理方法。

背景技术

目前，镍精炼系统一般采用的是传统的硫化镍可溶阳极电解工艺和硫酸加压浸出-不溶阳极电积镍两种工艺流程，其中，硫化镍可溶阳极电解工艺经过多年发展，得到了不断优化和完善，各项经济技术指标稳定，工艺操作控制简单，产品质量稳定可靠，已经成为一种经典的镍湿法精炼工艺流程，为主要镍精炼工艺流程。硫化镍可溶阳极电解工艺采用三段连续净化工艺进行深度除杂：空气氧化中和除铁、镍精矿加阳极泥置换除铜、氯气氧化中和除钴。为了提高镍的直收率，目前均采用二次处理方法，分别对净化渣进行处理，以回收其中的镍，其中，铜渣一般采用氯气全浸工艺进行处理，图1为现有技术的铜渣氯气全浸工艺流程示意图，通过合理浆化配液，控制镍/铜比和溶液中Cu⁺/Cu²⁺的比例，在通入氯气的情况下，控制电位和反应温度，使铜渣中的镍和铜全部进入浸出液。浸出矿浆经离心过滤后，得到的浸出液再经过造液脱铜，最终使浸出液中的铜以海绵铜的形式除去，海绵铜经水洗后送铜盐厂生产硫酸铜。镍以离子形态返回镍电解系统，以提高镍精炼系统镍的回收率。含80％单质硫的铜渣氯浸渣则进行焚烧，以富集浸出渣中的贵金属，同时以制硫酸的形式，回收浸出渣中的硫。

采用氯气全浸工艺处理镍精炼系统铜渣虽然具有浸出率高、操作简单等优点，但也存在以下缺陷：(1)浸出渣难以处理。由于浸出渣中含有大量的活性炭，无法进行热熔提硫，目前采用焚烧方法处理，而富含贵金属的焚烧渣无法直接进入到合金转炉中处理。(2)浸出液需要电解脱铜，处理成本高。采用造液脱铜工艺脱除浸出液中的铜，产出品质较低的海绵铜粉，不仅电耗高，而且得到的铜粉杂质含量高，后续处理成本较高。(3)贵金属分散损失。由于铜渣全浸采用的电位较高，致使铜渣中部分贵金属被浸出，造成原料中的贵金属分散损失。(4)含氯尾气处理成本高。铜渣氯气浸出过程中，会产生大量的含氯尾气，需要大量的液碱进行吸收，增加了处理成本。

发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种镍精炼系统铜渣资源化处理方法，本发明的方法实现铜渣中镍、铜、钴的综合回收，镍、铜、钴的回收率高且原理可靠、流程简短、资源利用率高。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

镍精炼系统铜渣资源化处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将铜渣用水清洗，清洗后的洗液并入镍精炼系统；

(2)将步骤(1)中用水清洗后的铜渣进行常压空气浸出，空气通入量为3Nm³/h-4Nm³/h，首次浸出加入2g/L-5g/L Cu²⁺、后续采用步骤(3)中加压氧气浸出后的浸出液进行浆化后再进行常压空气浸出，常压空气浸出后的浸出液并入镍精炼系统；

(3)将步骤(2)中常压空气浸出后的浸出渣加入硫酸溶液、通入氧气进行加压氧气浸出，加压氧气浸出后的浸出渣作为铜精矿返回铜熔炼系统，加压氧气浸出后的浸出液返回步骤(2)用于浆化用水清洗后的铜渣。

根据上述的方法，其特征在于，步骤(1)铜渣用水清洗的条件为：水与铜渣的液固质量比为2:1-3:1、常温清洗、搅拌时间为1h-2h、搅拌转速为100r/min-150r/min。

根据上述的方法，其特征在于，步骤(2)常压空气浸出的条件为：加压氧气浸出后的浸出液与铜渣的液固质量比为5:1-6:1、浸出温度为50℃-60℃、搅拌转速为150r/min-200r/min、浸出时间为4h-6h、调节终点pH为4-4.5。

根据上述的方法，其特征在于，步骤(3)加压氧气浸出的条件为：硫酸溶液与常压空气浸出后的浸出渣的液固质量比为5：1-6:1、浸出温度为180℃-190℃、搅拌转速为150r/min-200r/min、氧气分压为0.2MPa-0.25MPa、通入氧气的反应时间为4h-6h、停止通入氧气后的反应时间为0.4h-0.5h。

本发明的有益效果：与现有工艺相比，本发明的方法选择性浸出镍精炼系统的铜渣，可实现铜渣中镍、铜的有效分离，从而降低镍精炼系统铜渣的净化处理成本；在铜渣处理过程中将铜转变成铜精矿，缩短工艺流程，提高铜及贵金属的回收率，经济效益显著；在浸出过程不产生有毒有害气体，过程清洁无污染，可有效消除现有氯浸工艺的污染问题。

附图说明

图1为现有技术的铜渣氯气全浸工艺流程示意图；

图2为本发明方法的流程示意图；

图3为本发明铜渣中CuS和CuNiS的扫描电镜图；

图4为本发明铜渣中CuNiS、CuS、NaKCaAlSiO₄、SiO₂、S的扫描电镜图；

图5为本发明铜渣中主要组分Ni、Cu、S的能谱图；

图6为本发明铜渣中主要组分Ni、Cu、S、Cl、O的能谱图。

具体实施方式

参见图2，本发明的镍精炼系统铜渣资源化处理方法的流程示意图，本发明涉及的方法包括以下步骤：(1)将铜渣用水清洗，清洗后的洗液并入镍精炼系统；铜渣用水清洗的条件为：水与铜渣的液固质量比为2:1-3:1、常温清洗、搅拌时间为1h-2h、搅拌转速为100r/min-150r/min。(2)将步骤(1)中用水清洗后的铜渣进行常压空气浸出，空气通入量为3Nm³/h-4Nm³/h，首次浸出加入2g/L-5g/L Cu²⁺、后续采用步骤(3)中加压氧气浸出后的浸出液进行浆化后再进行常压空气浸出，常压空气浸出后的浸出液并入镍精炼系统；常压空气浸出的条件为：加压氧气浸出后的浸出液与铜渣的液固质量比为5:1-6:1、浸出温度为50℃-60℃、搅拌转速为150r/min-200r/min、浸出时间为4h-6h、调节终点pH为4-4.5。(3)将步骤(2)中常压空气浸出后的浸出渣加入硫酸溶液、通入氧气进行加压氧气浸出，加压氧气浸出后的浸出渣作为铜精矿返回铜熔炼系统，加压氧气浸出后的浸出液返回步骤(2)用于浆化用水清洗后的铜渣。加压氧气浸出的条件为：硫酸溶液与常压空气浸出后的浸出渣的液固质量比为5：1-6:1、浸出温度为180℃-190℃、搅拌转速为150r/min-200r/min、氧气分压为0.2MPa-0.25MPa、通入氧气的反应时间为4h-6h、停止通入氧气后的反应时间为0.4h-0.5h。

镍精炼系统产出的铜渣中典型元素为Ni、Cu以及少量的Fe和Co，各元素及其质量百分含量见表1，通过物相分析得知，铜渣主要物相为NiS、CuS、Cu₂S以及少量的单质硫，铜渣中各物质的扫描电镜图参见图3和图4，铜渣主要组分能谱图参见图5和图6。对于铜渣可采用选择性浸出工艺进行处理。

表1铜渣主要元素及其质量百分含量

浸出工艺过程主要包括两个部分：常压空气浸出和加压氧气浸出。其中，常压空气浸出的目的有两个，一是通过浸出置换将浸出液中的Cu、Fe分别降到0.01g/L以下；二是浸出部分Ni、Co，减少后续加压氧气浸出的负荷。常压空气浸出将物料中的金属相进行氧化溶解的主要反应过程如下：

Ni+CuSO₄＝NiSO₄+Cu

Co+CuSO₄＝CoSO₄+Cu

Cu+1/2O₂＝Cu₂O

常压空气浸出后期，当溶液pH值大于3.9时，溶液中的铜会按下式生成碱式硫酸铜沉淀，从而达到降低浸出液中铜含量的目的：

3CuSO₄+4H₂O＝CuSO₄·2Cu(OH)₂+2H₂SO₄

同时，溶液中少量的Fe²⁺被氧化成Fe³⁺，生成针铁矿沉淀，从溶液中脱除：

2Fe²⁺+1/2O₂+3H₂O——2α-FeO(OH)+4H⁺

加压氧气浸出过程需要加入硫酸溶液、通入氧气进行，加压氧气浸出的主要目的是使Ni、Co浸出，同时浸出少部分铜供常压空气浸出工序使用，而将物料中的大部分铜和全部贵金属抑制在浸出渣中，以实现选择性浸出。主要反应如下：

Ni₃S₂+H₂SO₄+1/2O₂＝NiSO₄+2NiS+H₂O

Ni₃S₂+2CuSO₄＝2NiSO₄+Cu₂S+NiS

2Ni₃S₂+2CuSO₄+1/2O₂＝2NiSO₄+4NiS+Cu₂O

镍精炼系统铜渣中含有一定的氯离子，会腐蚀加压浸出设备。因此，在浸出之前需要首先对铜渣进行洗涤，以洗脱其中游离的氯离子。洗后铜渣用加压氧气浸出后的浸出液进行浆化并进行常压空气浸出，得到含铜、铁较低的浸出液，浸出液直接并入镍精炼生产系统，用于补镍。常压空气浸出渣进行加压氧气浸出，在实现抑制铜的前提下，使Ni、Co的浸出率大于95％，并得到Cu的质量百分含量大于55％、Ni的质量百分含量小于3％的浸出渣直接作为铜精矿返回到铜熔炼系统，用于生产阳极铜，并富集回收贵金属。加压氧气浸出后的浸出液返回常压空气浸出工序，进行常压空气浸出。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

称取1kg镍精炼系统铜渣用水进行清洗，清洗后的洗液并入镍精炼系统，铜渣用水清洗的条件为：水与铜渣的液固质量比为2:1、常温清洗、搅拌时间为1.5h、搅拌转速为150r/min；清洗后，采用真空抽滤进行液固分离，滤渣进行烘干，采用火焰原子吸收光谱法检测氯元素的质量百分含量由清洗前的9.8％降至清洗后的4.8％。将用水清洗后的铜渣进行常压空气浸出，空气通入量为4Nm³/h，首次浸出加入5g/L Cu²⁺、后续采用加压氧气浸出后的浸出液进行浆化后再进行常压空气浸出，常压空气浸出后的浸出液并入镍精炼系统，常压空气浸出的条件为：加压氧气浸出的浸出液与铜渣的液固质量比为6:1、浸出温度为60℃、搅拌转速为150r/min、浸出时间为5h、调节终点pH为4.5，常压空气浸出后，经过真空抽滤进行液固分离，采用原子吸收分光光度法测定常压空气浸出后的浸出液中Ni²⁺、Cu²⁺、Fe^{2 +}/Fe³⁺的含量分别为：Ni²⁺80.1g/L，Cu²⁺0.0095g/L，Fe²⁺/Fe³⁺0.0078g/L。将常压空气浸出后的浸出渣加入硫酸溶液、通入氧气进行加压氧气浸出，加压氧气浸出后的浸出渣作为铜精矿返回铜熔炼系统，加压氧气浸出后的浸出液返回常压空气浸出工序进行常压空气浸出，加压氧气浸出的条件为：硫酸溶液与常压空气浸出后的浸出渣的液固质量比为6:1、浸出温度为180℃、搅拌转速为200r/min、氧气分压为0.2MPa、通入氧气的反应时间为6h、停止通入氧气后的反应时间为0.5h。加压氧气浸出后，采用真空抽滤进行液固分离，滤渣进行烘干，采用原子吸收分光光度法测定烘干后滤渣中镍、铜、钴的元素含量，得到镍、钴的浸出率分别为98.1％、97.2％，加压氧气浸出后的浸出渣中铜的质量百分含量为58.1％，镍的质量百分含量为2.3％，达到铜精矿标准要求。

Claims (2)

1.镍精炼系统铜渣资源化处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）将铜渣用水清洗，清洗后的洗液并入镍精炼系统；

（2）将步骤（1）中用水清洗后的铜渣进行常压空气浸出，空气通入量为3 Nm³/h- 4 Nm³/h，首次浸出加入2 g/L-5 g/L Cu²⁺、后续采用步骤（3）中加压氧气浸出后的浸出液进行浆化后再进行常压空气浸出，常压空气浸出后的浸出液并入镍精炼系统；常压空气浸出的条件为：加压氧气浸出后的浸出液与铜渣的液固质量比为5:1-6:1、浸出温度为50 ℃-60 ℃、搅拌转速为150 r/min-200 r/min、浸出时间为4 h-6 h、调节终点pH为4-4.5；

（3）将步骤（2）中常压空气浸出后的浸出渣加入硫酸溶液、通入氧气进行加压氧气浸出，加压氧气浸出后的浸出渣作为铜精矿返回铜熔炼系统，加压氧气浸出后的浸出液返回步骤（2）用于浆化用水清洗后的铜渣；加压氧气浸出的条件为：硫酸溶液与常压空气浸出后的浸出渣的液固质量比为5：1-6:1、浸出温度为180 ℃-190 ℃、搅拌转速为150 r/min-200r/min、氧气分压为0.2 MPa-0.25 MPa、通入氧气的反应时间为4 h-6 h、停止通入氧气后的反应时间为0.4 h-0.5 h。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（1）铜渣用水清洗的条件为：水与铜渣的液固质量比为2:1-3:1、常温清洗、搅拌时间为1 h-2 h、搅拌转速为100 r/min-150 r/min。

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