【導(dǎo)讀】鎳在地球上是儲量豐富的一種金屬。據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查報(bào)導(dǎo)，2021世界鎳儲。量為6200萬噸，儲量基礎(chǔ)為14000萬噸。世界陸地查明含鎳品位在1%左右的。是目前主要開采的鎳礦床。另外大洋深海底和海山區(qū)的錳結(jié)核和錳結(jié)殼中還含。由于海洋鎳資源還無法積極有效地利用，因此陸地鎳資源成為當(dāng)前各國開發(fā)的重點(diǎn)。雖然生產(chǎn)規(guī)模較小，但填。這在很大程度上中解決殼我國對鎳的需要。其次，27%的分布在新疆、云南、吉林、四川、陜西、青海和湖北7. 這些地區(qū)的鎳資源合計(jì)的儲量占總儲量的%。２００8年，我國鋼鐵、水泥、電解鋁列為國家過度投資重點(diǎn)調(diào)控的產(chǎn)業(yè)，方面采取了調(diào)控措施，這些措施的實(shí)施產(chǎn)生了有效的調(diào)控作用。鋼萬噸，同比增長296%。居民消費(fèi)品價(jià)格漲幅逐步回落，對有色金屬的需求也將更加旺盛。的硫化鎳礦稱為富礦，可不經(jīng)選礦直接冶煉。為了得到良好的溶解性能，硫化鎳陽極的還锍量不宜低于20%。產(chǎn)硫化鎳礦作原料,生產(chǎn)電鎳。川二期工程建成投產(chǎn),標(biāo)志普我國火法煉鎳技術(shù)的巨大進(jìn)步。

　　

【正文】 中，品位高，硫化鎳儲量和品位居世界同類礦床第二位，與銅、鎳伴生的鉑族金屬儲量名列全國首位。非金屬礦產(chǎn)資源主要有煤炭、石瑩石、石灰石、膨潤土、石油、硅石、硫磺、以 第 32 頁 及罕見的水晶石、玉髓瑪瑙等，儲量大，品質(zhì)好，開發(fā)利用前景十分廣闊。境內(nèi)金川集團(tuán)公司是我國采、選、冶配套的特大型有色冶金化工聯(lián)合企業(yè)，其鎳閃速熔煉爐號稱亞洲第一爐。 第二、 金川 公司位于中國西部河西走廊的工業(yè)城市 —— 甘肅省金昌市，屬溫帶大陸性氣候，年降水量在 100 至 300mm 之間，蒸發(fā)量是降水量 的 10 倍左右，是嚴(yán)重缺水的城市。東北部為戈壁灘，南，西部為河西走廊北部山脈支脈—— 龍首山 第三、金昌 市基礎(chǔ)設(shè)施日臻完善，綜合服務(wù)功能逐步增強(qiáng)，城區(qū)建成面積達(dá)到 平方公里，占規(guī)劃面積的 83%。全市電力比較充足，有大型火電廠 1座， 中小型電站 5 座，總裝機(jī)容量 35 萬千瓦。先后進(jìn)行了蘭新鐵路復(fù)線金昌段建設(shè)和金昌 火 車站建設(shè)，籌資改造并完善了縣鄉(xiāng)村地方道路建成，形成東西相通、南北相聯(lián)、四通八達(dá)、快捷暢通的交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)。 第 33 頁 4 鎳 的電解精煉 過程原理 進(jìn)行電解 的 鎳含量有 6~8%的雜質(zhì)，其中： 2~4%Cu， ~%Fe，~%Co， ~%呈硫化物狀態(tài)存在的硫及萬分之幾的鉑族元素。但也是從硫化銅鎳礦中制出的金屬的特點(diǎn)。從氧化鎳礦中制得得鎳實(shí)際上不含鉑族元素。除了上述的雜質(zhì)之外，還含有各為 ~%的硅與碳。 電解的主要目的是制取純度高的金屬以及使鉑族金屬富集到精礦中去。這一精礦的價(jià)值有時(shí)比鎳還高。 送來電解精煉的是在電爐中還原氧化亞鎳澆成的鎳陽隔板。 鎳的電解精煉由以下幾個(gè)階段組成：粗捏的溶解。在溶解時(shí)造成這樣的條件，是鎳盡可能完全溶 解，而鉑族元素不被溶解和濁化；凈化電解液到這樣的程度，使得從凈化后的電解液中可以制出純鎳 。在這樣的條件下從純凈的溶液中電解沉積鎳，以便獲得致密的、平整好看的、純度高的沉積物。 應(yīng)該指出，粗鎳的溶解和純鎳的沉積在同一電路中進(jìn)行最為有利。將用粗鎳鑄成的模板與直流電源的正極相聯(lián)就可使其溶解。純鎳的沉積則與同一直流電源的負(fù)極相接的金屬板上發(fā)生。 圖 6— 1 硫化鎳電解槽 1— 槽體； 2— 隔膜架； 3— 塞子； 4— 絕緣瓷磚； 5— 陽極棒 與正極相聯(lián)的電極成為陽極。與負(fù)極相聯(lián)的電極成為陰極。 第 34 頁 硫化鎳陽極的熔接機(jī)理與粗鎳陽極不 同，其陽極過程是金屬離子進(jìn)入溶液，硫化物中的硫氧化成元素硫，硫化鎳陽極溶解的電流效率比粗鎳陽極溶解的電流效率低，僅 86~95%,其余 5~14%消耗與其它金屬雜質(zhì)的溶解以及氫氧離子放電，造成陽極液酸度增加。 電解液用硫酸鎳和氯化鎳的混合弱酸性溶液。用隔膜電解法，即陰極放在隔膜布袋中與陽極隔開，純凈電解液從高位槽經(jīng)分液管流入每個(gè)隔膜袋中，并保持袋內(nèi)液面高于帶外液面 50~100mm，使陰極室的電解液向陽極區(qū)滲出，而陽極液不可能滲入陰極室，從而保證了陰極室內(nèi)的電解液的純度。陽極液不斷從電解槽流出，送去凈化。陰極周期 4~5 天，獲得電鎳用熱水洗去表面的電解液后，剪切，包裝為最終產(chǎn)品。陽極周期 10~15，殘極返回陽極爐重熔或選出完整的作造液用。陽極泥則另行處理。 鎳電解時(shí)，由于陽極電流效率低于陰極電流效率，以及凈液過程鎳隨渣的損失等故使電解液中鎳離子濃度基本穩(wěn)定，在陽極液送往凈化前要根據(jù)情況補(bǔ)充適量的鎳離子，生產(chǎn)上采用造液辦法，專門設(shè)有造液槽。造液工藝有酸性造液和堿性造液兩種方法，我國工廠都采用酸性造液工藝。酸性造液電解槽的陽極為普通硫化鎳陽極，陰極為薄銅片，電解液為硫酸或鹽酸的水溶液，造液時(shí)，陽極上發(fā)生金屬溶解，從而使電 解液中鎳離子濃度提高，得到濃硫酸鎳或氯化鎳溶液。酸性造液時(shí)，硫化鎳陽極中所含的銅溶液進(jìn)入溶液，會在陰極上析出海綿銅。在造液過程中，陰極上的主要反應(yīng)是氫離子放電，陰極上放出大量氫氣，帶出溶液中的酸，形成酸霧，惡化車間的操作條件，生產(chǎn)中常用皂角水覆蓋電解槽液面，減少酸霧的形成。 為用化學(xué)沉淀出去鎳陽極液中某些雜質(zhì)，通常采用碳酸鈉調(diào)整溶液 PH 值，這導(dǎo)致電解液中鈉離子濃度逐漸增多，為了控制電解鈉離子濃度不超過一定值，生產(chǎn)上需排鈉。 第 35 頁 圖 3— 1 硫化鎳電解工藝流程圖 陽極電流效率 從電 位序中知道，當(dāng)金屬與該 金屬鹽類的溶液相接時(shí)，在金屬溶液的邊界上產(chǎn)生電位。 鎳陽極在鎳鹽溶液中的電位為 + 伏特。此值顯明地不同于其標(biāo)準(zhǔn)均衡電位 伏特。通進(jìn)電流時(shí)還要使陽極電位提高到 + 伏特。按照電位序的規(guī)律，當(dāng)電位為 + 伏特時(shí)，所有在該條件下電位大于 + 伏特的金屬都將溶解。銅處于溶解于不溶解金屬的過渡范圍內(nèi)。因此銅部分地溶解。非金屬夾雜物在陽極上不溶解。這樣，在陽極溶解的有：鎳、鈷、鐵及部分地銅。在陽極不溶解而沉到槽底或呈軟殼狀物殘留于陽極表面的有：鉑族元素、銀、金、碳、硅 、硫、銅與鎳的硫化物以及爐渣夾雜物。硫的行為要比貴金屬及硅復(fù)雜些。它的部分在陽極氧化到六價(jià)而生成硫酸根離子，使溶液中硫酸增多。由于金屬結(jié)晶的大小不一以及成分不很均勻，因而陽極板溶解得也不整齊。當(dāng)工作了 10~15 天之后，在陽極板上可以出現(xiàn)凹部。陽極板的邊緣和下部變得很薄，被侵的厲害。有時(shí)相當(dāng)大的陽極片從陽極脫落到槽底。 第 36 頁 硫化鎳陽極中大部分金屬以硫化物形態(tài)存在，如 Ni3S Cu2S、 FeS、 PbS及 ZnS 等。 陽極過程直接受硫化鎳陽極含硫量的影響，當(dāng)陽極含硫在 20%以上時(shí)，能滿足全部金屬形成相應(yīng)的硫化物，本設(shè) 計(jì)陽極含硫 %，此時(shí)陽極的主反應(yīng)為： Ni3S2－ 6e→ 3Ni2++2S 生成的 Ni2+進(jìn)入溶液，元素硫進(jìn)入槽底或附在陽極表面，使電解過程正常進(jìn)行。 陽極過程除主要反應(yīng)之外，還有反應(yīng)： MeS－ 2e→ Me2++S 式中 Me 代表 Cu、 Fe、 Co 等雜質(zhì)元素。 所有由于上述溶解作用落入槽底的陽極部分稱為散料及陽極泥或統(tǒng)稱槽泥。咋工作的第 28~30 天，當(dāng)陽極溶解結(jié)束時(shí)，在陽極上剩下的是它沉入溶液的部分和它在溶液中的“薄舌片”。這時(shí)槽電壓上升，因而就停止用它繼續(xù)電解。切斷該電解槽的電源。陽極及殘陽機(jī)用吊車取出， 從電解槽中清出極泥，然后又重新裝入新的電解進(jìn)行電解。從槽中取出的陽殘余部分稱為殘陽極。一次陽極泥從槽中取出后過篩，篩下物送去提取鉑族元素。落入槽底的大塊陽極片及散料在金屬篩上洗去細(xì)極泥后和殘陽極合并在一起。它們送到陽極爐中再行熔煉。 陽極過程的主要任務(wù)是使鎳進(jìn)入溶液。所有伴有隨陽極的溶解而產(chǎn)生的現(xiàn)象不難分為有益的與有害的兩種。 鐵、鈷和銅的溶解是有害的現(xiàn)象，因?yàn)樗黾与娊庀暮臀廴倦娊庖?。硫在陽極的氧化和溶解也是有害的，因?yàn)檠趸腿芙庖粋€(gè)原子的硫所需要的電量要比溶解一個(gè)原子鎳大四倍。此外，溶解了的硫生成硫酸 ，使溶液變成酸性的，對以后的生產(chǎn)過程起不良的影響。 由于不均勻的溶解而引起的陽極機(jī)械裂也是有害的，因?yàn)檫@不得不過早地 第 37 頁 停止它的電解，并需要更多的重熔一些陽極。 當(dāng)陽極過度消耗時(shí)還會產(chǎn)生一種有害現(xiàn)象：在陽極上鎳不溶解而開始析出氧氣。大量的電能安全無益地消耗在氧氣的析出上。在陽極析出鉑族元素、金、銀、二氧化硅、碳和銅的沉淀，和鎳的溶解一樣，應(yīng)歸到有益現(xiàn)象這一類，因?yàn)樗L雜質(zhì)的析出并能獲得貴重的產(chǎn)品 — 貴金屬精礦。 陽極的電解溶解過程同樣服從于那些我們在計(jì)算陽極金屬析出量時(shí)所慣用的法拉第定律。一個(gè)法拉第的電量應(yīng)溶解 一克當(dāng)量的鎳，即 ? 克鎳（ — 鎳的原子量， 2— 鎳的原子價(jià)）。 如果伴隨有鎳溶解而進(jìn)行的還有鐵、鈷、銅的溶解，氧氣的析出和硫的氧化，那么這些次發(fā)生反應(yīng)要消耗部分電流，它與溶解了的元素成正比。消耗于次生反應(yīng)上的電流也根據(jù)法拉第定律計(jì)算，稱為電流的工藝損失。由于電流的損失， 1 法拉第的電量溶解不了 克鎳，而要少些。實(shí)際上溶解的鎳量與按法拉第定律算出的理論量之比稱為陽極電流效率。陽極電流效率 ? 用百分?jǐn)?shù)表示而等于 100% 5Q n? ??， 式中 Q— 實(shí)際溶解了的鎳量（克）， n— 法拉第電量數(shù)。 為了實(shí)際運(yùn)算用安培 ? 小時(shí)來表示電量比用法拉第數(shù)方便。 那么上式就變?yōu)? 100 100100 % ,3600ItItF??? ? ??? 式中 Q— 溶解了的鎳量（克）； I— 電流強(qiáng)度（安培）； 第 38 頁 t— 時(shí)間（小時(shí)）； 360096506? 1 安培 ? 小時(shí)所溶解的鎳量（克）。 最后這個(gè)數(shù)值對于鎳來說等于 克。 陰極 的 工作 鎳電解精煉的目的是在陰極上沉淀出較純的電鎳，而不析出或盡可能少析出氫。鎳在陰極上優(yōu)先析出的條件是在實(shí)際條件下：鎳的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為，然而金屬陽離子的實(shí)際析出電位不僅取決于其平衡電位，而且還與極化有關(guān)。對鎳這樣的負(fù)電性金屬，為使其在陰極優(yōu)先析出，就必須創(chuàng)造條件，使鎳的平衡電位變正，極化變?。皇蛊錃涞钠胶怆娢蛔冐?fù)，極化變大。為使鎳的平衡電位正，在一定電流密度下必須保持足夠高的鎳離子濃度。實(shí)踐證 明，足夠高的鎳離子濃度不僅有較高的電流效率，同時(shí)可以得到較好的陰極沉淀物質(zhì)量。一般地說，采用的電流密度越高，要求鎳離子濃度的最低值也越高。 不同電流的鎳離子濃度 陰極電流密度（ A/m2） 180~220 221~260 261~300 301~330 Ni2+濃度大于 45 48 50 53 當(dāng)電解液中有氯離子存在時(shí)，可使鎳的陰極極化減小，在吸附有氯離子的陰極表面上鎳的析出變得容易，在相同電解液溫度下，陰極電位隨氯離子濃度增加而辨正。但隨溫度的升高，氯離子的去極化作用減弱。較高溫度下，鎳在陰極上析出時(shí)的 極化作用較小，所以鎳電解精煉在較高溫度下進(jìn)行，通?？刂齐娊庖簻囟葹?60~70℃，為使氫在陰極上析出變得困難，最有效的辦法是降低陰極液中的氫原子濃度，即提高陰極液的 pH 值。理論研究指出，當(dāng)電解液 ph 第 39 頁 值每增加一個(gè)單位時(shí)，氫的平衡電位將向負(fù)方向移動 ，同時(shí)較高 pH 值下可使氫的陰極極化增大，所以鎳電解精煉時(shí)，電解液 pH 值較高，在 ~ 之間。但是較高的 pH 值時(shí)，易引起鎳的氫氧化物和堿式鹽膠體顆粒生成。所以在實(shí)際電解條件下在電解液的臨界 pH 值，通常是 左右。當(dāng)電解液 pH值超過此值時(shí)，形成的 Ni(OH)2 顆粒為陰極所吸附，阻礙陰極結(jié)晶的長大，并使結(jié)晶組織細(xì)化，產(chǎn)品機(jī)械性能變壞。電解液的合適 pH 值取決于電解液組成及電解精煉的技術(shù)條件。 應(yīng)該指出，實(shí)際在陰極上析出鎳的同時(shí)，總有少量的氫析出，影響鎳電解時(shí)的陰極電流效率。通常在鎳電解的總電流消耗中約有 ~%用于氫的析出。 陰極有氫析出時(shí)，將引起陰極 pH 升高，其增高程度取決于電解條件，電解液組成和電解液流入陰極室的速度。研究表明，當(dāng)進(jìn)入陰極室電解液 pH 較低時(shí)，電解液堿化程度可達(dá) 1~ 單位；但當(dāng) pH 較高時(shí)，幾乎不發(fā)生堿化。由于氫的析出故緊靠陰極表 面的陰極容易發(fā)生堿化。 陰極液對雜質(zhì)含量的要求（ g/l） 成分 陰極品號 Cu Fe Co Pb Zn 一號鎳 3 3 由于鎳的標(biāo)準(zhǔn)電位較負(fù)，所以存在于陰極液中的大部分陽離子將于鎳共同析出影響電化學(xué)質(zhì)量。因此，鎳電解對陰極液的雜質(zhì)含量要求特別嚴(yán)格，陰極液及造液必須經(jīng)過深度進(jìn)化。 造液時(shí)的電化過程 與正常電解的陰極反應(yīng)，造液時(shí)創(chuàng)造條件使氫陰極上放電析出，鎳在陽極正常溶解，結(jié)果使鎳的陰極效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于陽極電流效率，從而使電解中