【正文】 造液時的電化過程 與正常電解的陰極反應，造液時創(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遠低于陽極電流效率，從而使電解中 Ni。 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 由于鎳的標準電位較負，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質(zhì)量。研究表明，當進入陰極室電解液 pH 較低時，電解液堿化程度可達 1~ 單位；但當 pH 較高時，幾乎不發(fā)生堿化。通常在鎳電解的總電流消耗中約有 ~%用于氫的析出。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。所以在實際電解條件下在電解液的臨界 pH 值，通常是 左右。理論研究指出，當電解液 ph 第 39 頁 值每增加一個單位時，氫的平衡電位將向負方向移動 ，同時較高 pH 值下可使氫的陰極極化增大，所以鎳電解精煉時，電解液 pH 值較高，在 ~ 之間。但隨溫度的升高，氯離子的去極化作用減弱。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。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。鎳在陰極上優(yōu)先析出的條件是在實際條件下：鎳的標準電極電位為，然而金屬陽離子的實際析出電位不僅取決于其平衡電位，而且還與極化有關(guān)。 最后這個數(shù)值對于鎳來說等于 克。 為了實際運算用安培 ? 小時來表示電量比用法拉第數(shù)方便。實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。消耗于次生反應上的電流也根據(jù)法拉第定律計算，稱為電流的工藝損失。一個法拉第的電量應溶解 一克當量的鎳，即 ? 克鎳（ — 鎳的原子量， 2— 鎳的原子價）。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，應歸到有益現(xiàn)象這一類，因為它助長雜質(zhì)的析出并能獲得貴重的產(chǎn)品 — 貴金屬精礦。 當陽極過度消耗時還會產(chǎn)生一種有害現(xiàn)象：在陽極上鎳不溶解而開始析出氧氣。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。 鐵、鈷和銅的溶解是有害的現(xiàn)象，因為它增加電解消耗和污染電解液。 陽極過程的主要任務是使鎳進入溶液。落入槽底的大塊陽極片及散料在金屬篩上洗去細極泥后和殘陽極合并在一起。從槽中取出的陽殘余部分稱為殘陽極。切斷該電解槽的電源。咋工作的第 28~30 天，當陽極溶解結(jié)束時，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”。 陽極過程除主要反應之外，還有反應： MeS－ 2e→ Me2++S 式中 Me 代表 Cu、 Fe、 Co 等雜質(zhì)元素。 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。陽極板的邊緣和下部變得很薄，被侵的厲害。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。硫的行為要比貴金屬及硅復雜些。這樣，在陽極溶解的有：鎳、鈷、鐵及部分地銅。因此銅部分地溶解。按照電位序的規(guī)律，當電位為 + 伏特時，所有在該條件下電位大于 + 伏特的金屬都將溶解。此值顯明地不同于其標準均衡電位 伏特。 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，當金屬與該 金屬鹽類的溶液相接時，在金屬溶液的邊界上產(chǎn)生電位。在造液過程中，陰極上的主要反應是氫離子放電，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。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，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。 鎳電解時，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)情況補充適量的鎳離子，生產(chǎn)上采用造液辦法，專門設有造液槽。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。陽極液不斷從電解槽流出，送去凈化。 電解液用硫酸鎳和氯化鎳的混合弱酸性溶液。與負極相聯(lián)的電極成為陰極。純鎳的沉積則與同一直流電源的負極相接的金屬板上發(fā)生。 應該指出，粗鎳的溶解和純鎳的沉積在同一電路中進行最為有利。在溶解時造成這樣的條件，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 。 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。 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。從氧化鎳礦中制得得鎳實際上不含鉑族元素。 第 33 頁 4 鎳 的電解精煉 過程原理 進行電解 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。全市電力比較充足，有大型火電廠 1座， 中小型電站 5 座，總裝機容量 35 萬千瓦。 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，是嚴重缺水的城市。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。在廠址選擇時，應充分考慮廠址附近是否具備這些條件，那種片面強調(diào)“小而全”不重視專業(yè)化協(xié)作的做法是不恰當?shù)?，甚至是錯誤的。 （ 6）廠址的協(xié)作條件 冶煉廠一般是機械化自動化水平比較高的現(xiàn)代化企業(yè)，為保證企業(yè)生 產(chǎn)順利進行，必須有充足的設備及備品備件供應，要有強有力的機械加工和維修能力。 （ 4） 環(huán)境保護和節(jié)約用地問題 有色冶金生產(chǎn)特點之一是無一例外地產(chǎn)出大量造成環(huán)境污染的“三廢”物質(zhì)，除必 須有完善的“三廢”治理工程設計外，在選擇廠址時，必須盡量考慮在主導風向和主要水流的下游位置，安排好“三廢”處理場地和廢渣堆放場地，要有良好的自然通風條件，并應考慮廠址附近居民點、城市發(fā)展規(guī)劃、農(nóng)木漁業(yè)及旅游勝地、自然資源保護區(qū)等問題。 （ 3） 供水、供電條件 有色冶煉廠一般是大量用水和耗電多的企業(yè)。因此在進行廠址選擇時必須充分考慮交通運輸問題。 在進行廠址選擇時，根據(jù)有 色金屬生產(chǎn) 的特點，應充分論證以下幾個問題 ：（ 1）工業(yè)布局問題 建設一座有色 冶煉廠， 應根據(jù)工業(yè)布局“大分散，小集中、多搞小城鎮(zhèn)”的方針，按“工農(nóng)結(jié)合，城鄉(xiāng)結(jié) 合，有利生產(chǎn)，方便生活”的原則，進行廠址選擇和居住區(qū)規(guī)劃，使之符合工業(yè)布局總體城市規(guī)劃的要求。 確定建廠地址是一項影響深遠，具有高度科學性的工作，必須進行大量的可行性研究，綜合考慮各種因素的影響作用，選擇最佳方案 。 （三）選擇建廠用地的基本要求。 （二）選擇建廠城鎮(zhèn)的基本要求。 二．廠址選擇的基本要求 第 30 頁 （一）選擇建廠地區(qū)的基本要求。 必須指出，要找到一個滿足各方面要求的廠址是十分因難的。廠址選擇是否合理，能否靠近客戶和原材料產(chǎn)地，勞動力資源是否豐富，地價高低，以及生產(chǎn)協(xié)作條件等，均直接影響新廠 的投資效益和運營效益。例如，建廠地區(qū)的公共設施和生產(chǎn)協(xié)作條件，決定著新廠是否要自備動力、熱力等各種輔助生產(chǎn)設施，供應來源的可靠性和便利性，決定著新廠倉庫面積的大小以及運輸工具的類型和規(guī)模等。無論是生產(chǎn)有形產(chǎn)品的企業(yè)，還是提供服務的企業(yè)，工廠建在什 么地區(qū)、什么地點，不僅影響建廠投資和建廠速度，而且還影響工廠的生產(chǎn)布置和投產(chǎn)后的生產(chǎn)經(jīng)營成本。 第 29 頁 3 廠址選擇 廠址 選擇對工業(yè)的建設速度、建廠投資、生產(chǎn)發(fā)展、經(jīng)濟效益、環(huán)境保護及工農(nóng)關(guān)系等具有重要意義。沉淀物為鎳精礦，送提鎳。還原過程用一組 4個串聯(lián)的還原槽，用蒸汽加熱富液至 82℃，細磨的磁黃鐵礦作還原劑。礫磨機的排料與旋流器的溢流匯合，開始進入浸出作業(yè)的第一級濃密機，而和貧液從浸出作業(yè)的第五級濃密機浸入，構(gòu)成溶液與底流的逆向流動。礫磨機用 3876mm的鼓風爐渣做研磨介質(zhì)。所得含固體 17%的礦漿送旋流器分級。經(jīng)冷卻后送去浸出。 焙燒是在 680℃沸騰爐內(nèi)進行。 硫酸化焙燒 — 浸出 硫酸化焙燒的目的是在含氧較高和溫度較低的條件下使硫化鎳礦中的有色金屬轉(zhuǎn)變成可溶性硫酸鹽，而 Fe2O3 不硫酸化。第二段浸出壓力為 912kPa，溫度 75℃，游離 NH3100g/l，浸出時間 1314h。這樣便保證了成品液中不飽和硫化物的含量和高的金屬回收率， 第一段侵出壓力 851KPA，溫度 85，游離 NH 濃度 100g/L，液固比 4： 1，侵出時間占總侵出時間的 1/3，約為 67H，鎳浸出率為約 6070%。釜內(nèi)裝有調(diào)溫的蛇形管和襯以抗 SO42腐蝕的瓷磚，侵出分兩段進行壓縮空氣和無水氨先通入第二段高壓釜，由此排出的混合氣體在通入第一段高壓釜，高壓氨侵 時，鎳的硫化物進行反應： NiS+2O2+6NH3=Ni(NH3)6SO4 銅鈷也按類似反應形成氨絡合物溶解，而鐵則形成 Fe2O3沉淀： 硫化物中的硫在氧化侵出的過程中首先氧化物為硫代硫酸根離子 S2O32 然后按一下式氧化成連多硫酸根和氨基酸根及硫酸根： 2(NH4)S2O3+2O2=(NH4)2S3O6+(NH4)2SO4 (NH4)2S3O6+2O2+4NH3+H2O=NH4因為硫化鎳礦中的鎳，銅，鐵等都已硫化物存在，溶液中溶解油足夠的氧，才能使硫化物氧化形成氨絡合物溶解，而且必須有足夠的游離 NH3來中和硫化物氧化物形成的酸，并保證銅，鎳，鈷都能形成具有高配位的穩(wěn)定絡合物；在加上反應需要足夠的溫度，這就決定了侵出時必須加壓。 第 27 頁 硫化銅鎳礦的濕法冶煉 硫化鎳礦目前主要是用火法冶金處理，用濕法冶金 處理的比例不大 。鐵最易放出硫而與氧結(jié)合；銅則相反，最難放出硫和最難與氧結(jié)合。 此外，還有下列反應： Cu2S+2Cu2O=6Cu+SO2 4Cu+Ni3S2=3Ni+2Cu2S 后三個反應說明在轉(zhuǎn)爐渣中有磁性氧化鐵和在高硫中有銅鎳合金存在。 部分生成的氧化亞鐵氧化成磁性氧化鐵： 3FeO+=Fe3O4。使高鋶過吹至 Ni+Cu 的含量大于 80%是不利的，因為此時生成并留于鋶中的難熔的氧化鎳鋶使鋶的熔點升高，因此在包子里要留有大量的厚殼。 除了鎳和銅的硫化物之外，在高鋶中還含有金屬狀態(tài)的鎳和銅，并且有 2～4%鐵和 ～ %鈷。硫化鎳的行為與此相似。鎳和銅與氧的親和力比鐵小，因而被氧化的程度小并呈硫化物狀留在轉(zhuǎn)爐內(nèi)。用經(jīng)過轉(zhuǎn)爐風口鼓入的空氣吹煉，空氣中的氧使硫化鐵氧化。鎳鋶中約含 40%以鎳鐵形式存在而不與硫相化合的游離 鎳和鐵。 由鎳鋶中必須除掉一部分硫和幾乎全部的鐵。吹煉液態(tài)鎳鋶的目的在于制取更為富鎳的產(chǎn)品。 由第一個冶金工序，即在鼓風爐，反射爐或電爐中獲得液態(tài)熔融的鎳鋶，向此鎳鋶吹以壓縮空氣的過程稱為吹煉。在爐料難熔和熔劑價廉時應適當?shù)募尤肴蹌┮越档驮?熔點和電能消耗。精礦最好先制成塊。水分的允許含量為 3～ %。有時這個缺點變?yōu)閮?yōu)點。 脫 硫率低和獲得貧的锍應算作是電熔煉的缺點。由于爐氣溫度低沒有必要在電爐之后建立發(fā)熱鍋爐電路在車間內(nèi)的分布緊湊，而且建筑電爐用的基建投資不大。這樣的爐氣可以用來生產(chǎn)硫酸或液態(tài)二氧化硫。低的溫度和不多的爐氣量保證熱量利用系數(shù)的大大提高，在電爐到 45～ 60%，而且有可能提高到 70～ 8