CN113003658B - 一种镍不溶阳极电积液的处理工艺 - Google Patents

一种镍不溶阳极电积液的处理工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，主要是采用“预处理+单价离子分离膜组器+酸分离膜组器+酸浓缩膜组器”作为镍不溶阳极电积液部分组成资源化技术的工艺路线。在没有引入额外的化学药剂的前提下，可有效地实现镍不溶阳极电积液中有效镍成分与硫酸钠和硫酸的分离，在保证镍不溶阳极电积液中有效镍成分的损失率在2％～10％之间，可以将钠离子含量由56000mg/L降至27500mg/L，将硫酸含量由55000mg/L降至30000mg/L。本发明有效的降低了电积镍工艺配置液中硫酸钠和硫酸的含量，同时，在生产过程中，极大减少了镍电积工艺中烧碱的投加量，直接降低了镍电积工艺的运行成本，实现“降本”；从而，减少了硫酸钠废水的水量，保证清洁生产，产生很好的经济、社会和环境效益。

Description

一种镍不溶阳极电积液的处理工艺
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种镍不溶阳极电积液的处理工艺。
背景技术
有色金属材料作为我国国民经济发展的重要基础原材料，现代高新技术产业发展的关键支撑材料，在电力、交通、合金、航空航天及国防军工等领域有着重要的作用。我国是公认的世界资源大国，有色金属的产量和消费量已连续数年居世界第一，与此同时，资源的被消耗和对环境的压力也每况愈加。目前关于有色金属的开采与综合利用大概可以分为两种形式：一是生产相应的混合金属(如镍铁合金、镍镉合金)；二是生产单质金属，这里又分为还原镍球和精炼高纯度金属(如电镍、电铜)，这两者受区域影响大、局限性大。国际上一般采用还原法生产镍球和镍铁合金，国内的水淬高冰镍湿法工艺生产电镍，高冰镍硫酸选择性浸出生产电镍过程中，会出现酸、钠不平衡的现象，采用烧碱中和排钠工艺，该工艺虽然已经减少了废气、废渣的产生，但仍会产生大量的含盐废水，高盐废水处理成本高，产出的盐在当地难以消耗，对于缺水地区的水资源也是极大的考验。
国内外关于镍湿法冶炼工艺中镍不溶阳极电积液的几种处理方式
对于酸不平衡的问题采用返至上一级工艺调节pH值或返至溶矿选择浸出；如澳洲某厂采用高压氨浸工艺生产还原镍球，产生的氢还原后液与硫化氢反应，生成镍、钴的硫化物沉淀回收利用，而沉淀后液含硫铵盐，只能蒸发成铵盐处理。芬兰某厂采用硫酸加压浸出生产镍球和电镍，镍不溶阳极电积液返至浸出段，而产生的氢还原后液加氨水中和，生成镍、钴的氢氧化物沉淀回收利用，沉淀后液含硫铵盐，只能蒸发成铵盐处理；这两种生产系统内的硫都以硫酸根的形式开路，以调节全系统内各物料的平衡。
对于钠不平衡的问题采用中和沉镍排钠法；我国的镍湿法冶炼工艺主要以“高镍锍磨浮——硫化镍阳极电解精炼”这一传统工艺为基础，加以完善；该工艺选择硫酸作浸出液，选择性浸出高镍锍中的镍钴铜等金属，然后经萃取、分离、净化等工序，纯净液直接去电解槽生产电镍；硫酸镍溶液电解沉积过程是在不溶阳极隔膜电解槽内进行，阴极反应主要为镍的析出：Ni2++2e＝Ni，阳极反应在析氧的同时生成当量的酸：H2O-2e＝2H++1/2O2。不同于可溶阳极的镍电解工艺，随着不溶阳极电解镍过程的进行，阴极液中的镍含量不断减少，而硫酸含量不断增加。因此要投加碱调节电解槽的pH值，还要加入净化后的含镍高含酸低的硫酸镍浸出液补充镍，长此以往下去，溶液中钠含量会越来越高，因此采用中和沉淀的方式用碱中和沉淀一部分电积液，系统内的钠和部分硫以硫酸钠的形式开路，以调节全系统内各物料的平衡。
以上的处理方法都以循环利用(返浸出)+中和沉淀处理来处理镍不溶阳极电积液，都需要反应一部分硫酸和硫酸镍才能维持系统内的氢离子、钠离子和硫酸根离子的平衡体系，综合利用率低。我们在镍不溶阳极电积液的基本特征与具体成分分析的基础上，开发出了具有工艺简单，药耗低，分离效率高的电渗析选择性分离的组合工艺，达到镍不溶阳极电积液实现有效分离，降低药耗，废水量少，综合利用率高的目的。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种镍不溶阳极电积液的处理工艺。
本发明提出的一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，所述的工艺过程包括：
将镍电积生产工艺段中所产生含有钠离子和硫酸的镍不溶阳极电积液经换热冷却后注入工艺原水池；
将冷却后的电积液先用陶瓷膜过滤，然后用微孔滤膜过滤得到无悬浮物的澄清电积液；
将澄清的电积液纯净液用耐酸泵导入单价离子分离电渗析膜组器进行有效镍组份与硫酸钠和硫酸的分离，经分离后的电积液澄清液回用；所述的单价离子分离电渗析膜组器由阳极板、配水隔板、单价阳离子选择性分离膜、阴离子交换膜和阴极板构成；单价离子分离电渗析膜组器将溶液中的单价离子，如钠离子(Na+)、氢离子(H+)在电场力的驱动下通过单价阳离子选择性分离膜迁移到浓水侧；与此同时，硫酸根离子(SO4 2-)在电场力的驱动下通过阴离子交换膜迁移到浓水侧；这样淡水侧每循环一次就会迁出一部分的钠离子(Na+)、氢离子(H+)和硫酸根离子(SO4 2-)，淡水侧的硫酸钠和硫酸的含量不断降低；
硫酸钠和硫酸的混合溶液用耐酸泵导入酸分离电渗析膜组器进行钠离子(Na+)与氢离子(H+)的分离，分离后的钠离子液含有极少量的酸和镍离子，用纯碱中和酸后沉淀镍离子，经沉淀池和微孔过滤装置回收碳酸镍，硫酸钠废水综合处理；所述的酸分离电渗析膜组器由阳极板、配水隔板、特种酸分离膜、阴离子交换膜和阴极板构成；酸分离电渗析膜组器将溶液中的氢离子(H+)在电场力的驱动下通过特种酸分离膜迁移到浓水侧，与此同时，硫酸根离子(SO4 2-)在电场力的驱动下通过阴离子交换膜迁移到浓水侧；这样淡水侧每循环一次就会迁出一部分的氢离子(H+)和硫酸根离子(SO4 2-)，淡水侧硫酸的含量不断降低；
低浓度硫酸溶液用耐酸泵导入酸浓缩电渗析膜组器进行浓缩，浓缩倍数为2～4倍，浓缩后的淡酸水溶液回用，浓缩酸回用；所述的酸浓缩电渗析膜组器由阳极板、配水隔板、特种酸浓缩阴阳离子交换膜和阴极板构成；酸浓缩电渗析膜组器将溶液中的氢离子(H+)在电场力的驱动下通过酸浓缩阳膜迁移到浓水侧，与此同时，硫酸根离子(SO4 2-)在电场力的驱动下通过酸浓缩阴膜迁移到浓水侧；这样淡水侧每循环一次就会迁出一部分的氢离子(H+)和硫酸根离子(SO4 2-)，淡水侧硫酸的含量不断降低。
优选地，所述的镍不溶阳极电积液的处理工艺中微孔过滤采用烧结微孔滤棒过滤，烧结滤棒的材料为无机陶瓷材料，过滤孔径分布在为0.5～5微米之间。
优选地，所述的镍不溶阳极电积液的处理工艺中微孔过滤采用喷融微孔平板膜过滤，喷融微孔平板膜的材料为聚偏氟乙烯材料，过滤孔径为0.1～1微米之间。
优选地，所述的镍不溶阳极电积液的处理工艺中单价离子分离电渗析膜组器进行有效镍成分与酸、钠的分离，分离效率在48％～75％之间。
优选地，所述的镍不溶阳极电积液的处理工艺中酸分离电渗析膜组器进行硫酸与硫酸钠的分离，分离效率在48％～75％之间。
优选地，所述的镍不溶阳极电积液的处理工艺中酸浓缩电渗析膜组器进行硫酸的浓缩，浓缩液浓度在80000mg/L～110000mg/L。
本发明中，所述一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，克服了传统中和处理工艺药耗高、高盐废水量大的缺点，在镍不溶阳极电积液的基本特征与具体成分的基础上，开发出具有技术简便、药耗低、高效易操作的镍不溶阳极电积液处理工艺，达到高盐废水减量的目的。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明处理工艺，在经过长达两年的试验验证之后，选择“分离电渗析+中和沉淀过滤”作为镍不溶阳极电积液资源化的最终工艺路线，采用特种分离电渗析设备作为镍不溶阳极电积液处理工艺的核心技术设备。
对于某厂镍不溶阳极电积液，镍含量为70940mg/L，钠含量为55480mg/L，硫酸含量为57800mg/L。
将镍电积生产工艺段中所产生含有镍钠离子成分和硫酸的镍不溶阳极电积液经换热冷却后注入工艺原水池。
将冷却后的电积液先用陶瓷膜过滤，然后用微孔滤膜过滤得到无悬浮物的澄清电积液纯净液，其中陶瓷膜和微孔滤膜都可以用水、气混合反冲洗，微孔滤膜过滤孔径为0.45微米，运行压力为0.2MPa，水、气混合反冲压力为0.2MPa。
将澄清的电积液纯净液用单价离子分离电渗析膜组器进行有效镍组份与硫酸钠和硫酸的分离(即主要是镍离子(Ni2+)与钠离子(Na+)、氢离子(H+)的分离)，经分离后的电积液纯净液回用；硫酸钠和硫酸的混合溶液进入酸分离系统作进一步的分离。电渗析膜组器的分离功能来自于一种特殊的带单价选择性的离子交换膜，在电渗析膜组器中使用这种膜，可对澄清液中的有效镍成分、钠离子和氢离子进行有效分离，结果淡水侧的澄清液含镍73520mg/L，含钠为25490mg/L，硫酸含量为28580mg/L；浓水侧溶液镍含量4337mg/L，损失率为6.15％，钠含量为33570mg/L，分离率为58.65％，硫酸含量为32510mg/L，分离率为56.25％。
硫酸钠和硫酸的混合溶液用酸分离电渗析膜组器进行氢离子与金属阳离子的分离(即主要是钠离子(Na+)与氢离子(H+)的分离)，分离后的钠离子液含有极少量的酸和镍，用纯碱中和酸后沉淀镍，经沉淀池和微孔过滤装置回收碳酸镍，产生的硫酸钠废水综合处理；低浓度酸溶液进一步浓缩回用。电渗析膜组器的分离功能来自于一种特殊的带氢离子选择性的离子交换膜，在电渗析膜组器中使用这种膜，可对澄清液中的钠离子和氢离子进行有效分离，结果淡水侧的澄清液镍含量为3654mg/L，钠含量为31010mg/L，硫酸含量为8450mg/L，浓水侧溶液镍含量330mg/L，钠含量为5465mg/L，硫酸含量为42320mg/L。
低浓度硫酸溶液用酸浓缩电渗析膜组器进行浓缩，浓缩倍数为2.5倍，浓缩后的淡酸溶液回到酸钠分离系统，浓缩酸回用；电渗析膜组器的酸浓缩功能来自于一种特殊的耐酸阴阳离子交换膜，在电渗析膜组器中使用这种膜，可对低浓度酸进行浓缩处理，结果淡酸侧的澄清液镍含量为130mg/L，钠含量为2520mg/L，硫酸含量为9420mg/L，浓水侧溶液镍含量640mg/L，钠含量为11620mg/L，硫酸含量在93210mg/L。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，其特征在于，采用“预处理+单价离子分离电渗析+酸分离电渗析+酸浓缩电渗析”的工艺流程，采用单价离子分离电渗析膜组器、酸分离电渗析膜组器及酸浓缩电渗析膜组器设备作为镍不溶阳极电积液资源化处理工艺的核心工艺技术设备，其工艺流程包括如下工艺步骤：
(1)将镍电积生产工艺段中所产生含有钠离子和硫酸的镍不溶阳极电积液经换热冷却后注入工艺原水池；
(2)将冷却后的电积液先用陶瓷膜过滤，然后用微孔滤膜过滤得到无悬浮物的澄清电积液澄清液；
(3)将澄清的电积液澄清液用耐酸泵导入单价离子分离电渗析膜组器进行有效镍组份与硫酸钠和硫酸的分离，分离纯化后的电积液纯净液回用至电积镍配置液工艺段；所述的单价离子分离电渗析膜组器由阳极板、配水隔板、单价阳离子选择性分离膜、阴离子交换膜和阴极板构成；调节电渗析膜组器的运行电压在20V～45V之间，电积液澄清液在单价离子分离电渗析膜组器中循环时间为8h～12h，以及进水的钠离子浓度在50000mg/L～60000mg/L之间，硫酸浓度在50000mg/L～75000mg/L之间；使单价离子分离电渗析膜组器将溶液中的单价离子钠离子和氢离子(H+)在电场力的驱动下通过单价阳离子选择性分离膜迁移到浓水侧，与此同时，硫酸根离子(SO4 2-)在电场力的驱动下通过阴离子交换膜迁移到浓水侧；这样淡水侧每循环一次就会迁出一部分的钠离子(Na+)、氢离子(H+)和硫酸根离子(SO4 2-)，淡水侧的硫酸钠和硫酸的含量不断降低，分离过程进行到预定目标值后得到的分离纯化后的电积液纯净液回用；浓水侧得到钠离子浓度在30000mg/L～40000mg/L之间，硫酸浓度在25000mg/L～35000mg/L之间的硫酸钠和硫酸的混合溶液；
(4)硫酸钠和硫酸的混合溶液用耐酸泵导入酸分离电渗析膜组器进行钠离子(Na+)与氢离子(H+)的分离，分离后的钠离子液含有极少量的酸和镍离子，用纯碱中和酸后沉淀镍离子，经沉淀池和微孔过滤装置回收碳酸镍，硫酸钠废水综合处理；所述的酸分离电渗析膜组器由阳极板、配水隔板、特种酸分离膜、阴离子交换膜和阴极板构成；调节膜组器的运行电压在80V～125V之间，硫酸钠和硫酸的混合液在酸分离电渗析膜组器中循环时间为1h～3h，以及进水的钠离子浓度在30000mg/L～40000mg/L之间，硫酸浓度在25000mg/L～35000mg/L之间；使酸分离电渗析膜组器将溶液中的氢离子(H+)在电场力的驱动下通过特种酸分离膜迁移到浓水侧，与此同时，硫酸根离子(SO4 2-)在电场力的驱动下通过阴离子交换膜迁移到浓水侧；这样淡水侧每循环一次就会迁出一部分的氢离子(H+)和硫酸根离子(SO4 2-)，淡水侧硫酸的含量不断降低，分离过程进行到预定目标值后，钠离子液导入中和池，用纯碱中和剩余的硫酸并沉淀镍离子，过滤洗涤回收碳酸镍固体，硫酸钠废水综合处理；浓水侧得到硫酸浓度在35000mg/L～55000mg/L之间的低浓度硫酸溶液；
(5)低浓度硫酸溶液用耐酸泵导入酸浓缩电渗析膜组器进行浓缩，浓缩倍数为2～4倍，浓缩后的淡酸水溶液回用，浓缩酸回用；所述的酸浓缩电渗析膜组器由阳极板、配水隔板、特种酸浓缩阴、阳离子交换膜和阴极板构成；调节膜组器的运行电压在20V～50V之间，低浓度硫酸溶液在酸浓缩电渗析模组器中循环时间为1h～3h；酸浓缩电渗析膜组器将溶液中的氢离子(H+)在电场力的驱动下通过特种酸浓缩阳膜迁移到浓水侧，与此同时，硫酸根离子(SO4 2-)在电场力的驱动下通过特种酸浓缩阴离子交换膜迁移到浓水侧；这样淡水侧每循环一次就会迁出一部分的氢离子(H+)和硫酸根离子(SO4 2-)，淡水侧硫酸的含量不断降低，浓缩过程进行到预定目标值后，淡酸水溶液回到酸钠分离过程作接收液回用。
2.根据权利要求1所述的一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，其特征在于，所述的微孔滤膜过滤采用烧结微孔滤棒过滤，烧结微孔滤棒的材料为无机陶瓷材料，过滤孔径为0.5～5微米。
3.根据权利要求1所述的一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，其特征在于，所述的微孔滤膜过滤采用喷融微孔平板膜过滤，喷融微孔平板膜的材料为聚偏氟乙烯材料，过滤孔径为0.1～1微米之间。
4.根据权利要求1所述的一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，其特征在于，所述的单价离子分离电渗析膜组器进行有效镍组份与硫酸钠和硫酸的分离，分离效率在48％～75％之间。
5.根据权利要求1所述的一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，其特征在于，所述的酸分离电渗析膜组器进行硫酸与硫酸钠的分离，分离效率在48％～75％之间。
6.根据权利要求1所述的一种镍不溶阳极电积液的处理工艺，其特征在于，所述的酸浓缩电渗析膜组器进行硫酸的浓缩，浓缩酸浓度在80000mg/L～110000mg/L。
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