含镍废料浸出条件及循环逆流浸出工艺研究①.pdf

含镍废料浸出条件及循环逆流浸出工艺研究 ① 刘 岩,王 虹,蒋贵权,张广立 东北大学 材料与冶金学院,辽宁 沈阳110004 摘 要研究了含镍废料的酸浸工艺。考察了硫酸浓度、 浸出温度、 浸出时间及液固比等因素对镍浸出率的影响。设计正交实验 L9 3 4得到了镍浸出的最佳工艺条件 ,即硫酸浓度2. 4 mol/L,液固比4∶1,浸出温度50℃ 下浸出1. 5 h。采用闭路循环浸出,提高 了硫酸的利用率和镍的浸出率。 关键词镍;含镍废料;回收;循环逆流浸出 中图分类号 TF111文献标识码 A文章编号 0253 - 60992006 05 - 0044 - 03 Acid Leaching of a Nickelferrous SpentMaterial and the Effect of Circular CountercurrentLeaching L I U Yan, WANG Hong, J I ANG Gui2quan, ZHANG Guang2li School of M aterials and M etallurgy, N ortheastern University, Shenyang110004, Liaoning, China Abstract Sulfuric acid leaching technology of a nickelferrous spentmaterialwas studied. The effectsof sulfuric acid con2 centration, leaching temperature, leaching ti me and liquid/solid ratio on the leaching rate of nickelwere investigated. Op2 timum process parameters, namely, sulfuric acid concentration of 2. 4 mol/L, liquid/solid ratio of 4∶1, leaching tempera2 ture of 50℃and leaching duration of 1. 5 h, were ascertained through orthogonal experi ments ofL9 3 4 . The utilization ratio of sulfuric acid and the leaching rate of nickelwere improved after adopting circular countercurrent leaching . Key words nickel; nickelferrous spentmaterial; recovery; circular countercurrent leaching 镍是重要的有色金属,广泛应用于石油化工、 国防、 冶金、 机械、 建材等行业。 随着全球工业化及高新技术 的不断发展,镍在传统工业的需求量不断提高,在新材 料领域中具有难以估量的发展潜力。我国镍储量不丰 富,未来国内供应面临严峻挑战 [1] ,因此有效回收各种 含镍废料具有十分重要的意义 [2～3]。本文研究了硫酸 酸浸法从含镍废催化剂中回收镍的浸出条件,采用循环 逆流浸出提高了硫酸的利用率和镍的浸出率。 1 实验部分 1. 1 原料的化学组成 实验原料的主要化学成分见表1。 表1 原料化学成分质量分数 / NiCuCoFeSPb 10. 587. 40. 0212. 042. 730. 035 ZnCrAl2O3CaOMgOSiO2 2. 093. 947. 798. 292. 214. 28 1. 2 实验方法 称取10 g原料于500 mL的烧杯中,加入一定量 硫酸,在指定温度、 液固比的条件下反应,反应结束后 进行过滤,渣充分洗涤。以镍浸出率作为浸出工艺的 衡量指标。取100 g原料进行逆流浸出。实验流程如 图1。 图1 循环模拟逆流浸出流程 ①收稿日期 2006203214 作者简介刘 岩1973 - ,女,辽宁铁岭人,博士研究生,讲师,主要方向为冶金新技术与资源综合利用。 第26卷第5期 2006年10月 矿 冶 工 程 M INING AND M ETALLURGICAL ENGINEERING Vol . 26№5 October 2006 2 结果与讨论 2. 1 浸出条件对浸出率的影响 2. 1. 1 硫酸浓度对镍浸出率的影响 在浸出时间 1. 5 h、 浸出温度50℃、 液固比5∶1的条件下,硫酸浓度 与镍浸出率之间关系如图2所示。由图2可以看出, 随着硫酸浓度的增加,镍浸出率增加。 图2 硫酸浓度对镍浸出率的影响 2. 1. 2 温度对浸出率的影响 在硫酸浓度2. 2 mol/L、 浸出时间1. 5 h、 液固比5∶1的条件下,温度与 镍浸出率之间关系如图3所示。由图3可以看出,镍 浸出率随着温度升高先增加后降低。当浸出温度为 70℃ 时镍浸出率达到最大值96. 5;温度继续升高, 镍浸出率降低。这是由于随着温度的升高,溶液挥发 量增加,实际液固比减小,造成溶解不完全,同时温度 升高,金属离子水解加剧,因而镍浸出率有所降低。 图3 温度对镍浸出率的影响 2. 1. 3 浸出时间对浸出率的影响 在硫酸浓度2. 2 mol/L、 浸出温度50℃、 液固比5∶1的条件下,浸出时 间与镍浸出率之间关系如图4所示。从图4可以看 出,增加浸出时间有利于镍的浸出,但镍浸出率的增长 速度随浸出时间的延长而趋向减缓。 2. 1. 4 硫酸用量一定时液固比对镍浸出率的影响 在 浓硫酸用量为6 mL、 浸出时间1. 5 h、 浸出温度50℃ 的 条件下,液固比与镍浸出率之间关系如图5所示。由图5 图4 浸出时间对镍浸出率的影响 图5 硫酸用量一定时液固比对镍浸出率的影响 可以看出,随着液固比的增加浸出率是先增加后减小, 当液固比为4∶1时镍浸出率达到最大值96. 45。这 是因为在液固比较低时,原料溶解不完全,因此浸出率 较低;随着液固比的增加,原料溶解趋于完全,浸出率 也随之升高;当液固比继续增加,硫酸浓度降低,因此 浸出率反而降低。 2. 1. 5 硫酸浓度不变时液固比对镍浸出率的影响 在浸出时间1. 5 h、 浸出温度50℃、 硫酸浓度2. 4 mol/L的条件下,液固比与镍浸出率之间关系如图6所 示。从图6可以看出,随着液固比的增加,原料溶解越 完全,镍浸出率越高,当液固比达到4∶1时,镍浸出率 达到97. 87;之后,随着液固比的增加,镍浸出率增 长缓慢,这是由于逐渐趋于反应完全之故。 图6 硫酸浓度一定时液固比对镍浸出率的影响 54第5期刘 岩等含镍废料浸出条件及循环逆流浸出工艺研究 2. 2 浸出过程的正交实验 以镍浸出率为衡量指标,确定浸出的最佳工艺条 件,通过A、B、C、D因素及其水平数的设定,进行正交 试验 [4 ] A因素 硫酸浓度mol/L 1. 4, 1. 9, 2. 4; B因素 浸出温度℃ 30, 50, 70; C因素 硫酸用量一定的液固比 2∶1,4∶1,6∶1; D因素 浸出时间h 0. 5, 1, 1. 5。 正交试验结果的极差分析见表2。 表2 正交试验设计L9 3 4和实验结果 编号 因 素 ABCD 浸出率/ 1111173. 55 2122277. 29 3133376. 2 4212383. 31 5223185. 5 6231283. 8 7313296. 3 8321398. 12 9332197. 88 K175.6884.3985.1785.64 K284.2086.9786.1685.80 K397.4385.9685.2785.88 R21. 752. 590. 990. 24 由极差分析可知,影响镍浸出率的主要因素为硫 酸浓度,其次为浸出温度、 液固比和浸出时间。在设定 的条件范围内,浸出的最佳工艺条件为A3B2C2D3,即 硫酸浓度2. 4 mol/L,温度50℃,浸出时间1. 5 h,液固 比4∶1。 2. 3 循环逆流浸出 所谓的循环逆流浸出就是用第2次浸出液来浸出 原料,用第3次浸出液浸出第1次浸出的滤渣一直到 最后一次的滤渣用新酸浸出。通过逆流浸出既可以富 集镍,又可以最大效率的利用酸新酸走完整个流 程 , 还利于工业化。 为了降低酸的浓度,减小对设备的腐蚀,逆流浸出 的试验条件设定为硫酸浓度为1. 9 mol/L,浸出温度 为50℃,液固比为6∶1,浸出时间0. 5 h。逆流模拟实 验镍的浸出情况见表3所示。 表3 逆流模拟的浸出率 次数镍回收率/ 第1次浸出85. 5 第2次浸出10. 54 第3次浸出2. 11 第4次浸出0. 41 第4次浸出率仅为0. 41 ,没有实际意义,舍弃 第4步浸出保留前3步浸出工序。累计浸出率为 98. 15。由此可见采用逆流循环浸出方法可以提高 硫酸的利用率,有利用实际工业生产。 3 结 语 1 影响镍浸出率的因素依次是硫酸浓度、 浸出温 度、 液固比和浸出时间。浸出的最佳工艺条件为硫酸浓 度2. 4 mol/L,温度50℃,浸出时间1. 5 h,液固比4∶1。 2 采用循环逆流浸出工艺可以提高硫酸的利用 率和镍的浸出率,有利于工业生产。 参考文献 [1] 张 莓.我国镍的供应面临挑战[ J ].资源形势与投资环境, 2004, 10 23 - 27. [2] 胡宝兰.含镍废料的综合利用研究[D ].合肥合肥工业大学, 2004. [3] 兰兴华.再生镍回收简况[J ].世界有色金属, 20041 51 - 52. [4] 天津大学化工技术基础实验教研室.化工基础实验技术[M ].天 津天津大学出版社, 1999. 64矿 冶 工 程第26卷