朱国庆
摘 要：在硫酸镍的生产中，传统的工艺已经暴露了诸多缺点，已经不适合新的经济形势。为此笔者提出了萃取法生产硫酸镍这一新工艺，其首先阐述了萃取法的化学原理和工艺流程以及萃取法生产结晶硫酸镍的过程，进而说明了在生产过程中的注意事项，并且对比了新旧工艺的区别，突出了新工艺具有显著技术经济效益的特点。
关键词：萃取法 硫酸镍 新工艺
中图分类号：TF804 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）11（a）-0054-02
硫酸镍是在生产标准阴极铜的过程中产生的副产品，其中含有铜、铁、锌等杂质，并且以离子的形式存在，由于还不能够满足标准要求，所以要对其进行提纯。传统提纯硫酸镍的工艺过程不仅复杂、劳动强度大，并且会产生污染环境的硫化氢，同时，生产过程中产生的硫化氢和氢氧化物沉淀会带走一部分的镍离子，这影响了镍的纯度，使收率只能达到85%左右。与此相比，萃取法更适合用来提纯硫酸镍。相关实践表明，采用萃取法生产的接应硫酸镍，其收率可达92%以上，并且相关指标也满足化学试剂的要求。
1 化学原理与工艺流程
1.1 化学原理
在硫酸盐中，金属离子按照从困难到容易依次被萃取：In3+、Fe3+、Pb2+、Al3+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Ca2+、Cu2+、Cd2+、Fe2+、Mn2+、Co2+、Ni2+、Co+、Mn2+、Mg2+、Na+。这和按金属离子氢氧化物的沉淀随pH值上升的排列顺序基本相同，根据这个顺序，每一个以无机盐形式存在于溶液中的排列顺序在前面的金属离子都可以置换出排列顺序在后面的金属离子。
用来萃取硫酸镍溶液中的铜、铁、锌等杂质的效果较好的镍盐是P2O4，反应的化学方程式是：xNi[H（R2PO4）2]2+2Mex+→2Me[H（R2PO4）2]x+xNi2+。
1.2 工艺流程
在实际生产中，大致的工艺流程为：水洗除酸→溶解、调整pH值→萃取、反萃取→去除钙、镁→过滤→浓缩结晶→离心脱水→结晶硫酸镍。
2 萃取法生产结晶硫酸镍的过程
2.1 将粗硫酸镍溶解、氧化
首先将粗硫酸镍溶液在水中溶解，在镍离子的量达到相关要求后，鼓入空气或者使用双氧水对硫酸镍溶液进行氧化的同时进行搅拌，此步骤中氧化的主要目的是使Fe2+氧化为Fe3+，为萃取Fe3+做铺垫，当Fe2+全部氧化后表示此步骤结束，此时才可进行下一步。
2.2 制备镍皂
去除溶液中的铁元素杂质时所使用的有机萃取剂为脂肪酸、环烷酸等。这些有机萃取剂是以镍皂的形式与含有铁、铜、锌等杂质的硫酸镍溶液进行交换萃取，所以，要去除硫酸镍溶液中的铁、铜、锌等杂质的第一步就是制备镍皂。
首先使澄清的纯碱水溶液与脂肪酸发生皂化反应产生钠皂，然后将pH值调整到6左右。再将水放掉，后将其与高纯度的硫酸镍溶液进行萃取直至无草绿色的镍离子为止。以上即为镍皂的制备方法。
2.3 铁的萃取
由于当硫酸镍溶液的pH值大于3.5时，溶液中的Fe3+会生成Fe（OH）3沉淀，使硫酸镍溶液变得浑浊，严重影响萃取的过程。所以，在对铁元素进行萃取时要要将pH值控制在1.5～2.0之间。铁的萃取反应方程式为：3[NiR2]有机相+[Fe2（SO4）3]水相→2[FeR3]有机相+3[NiSO4]水相。萃取过程中用到的萃取剂可以用稀硫酸溶液进行反萃取，化学方程式为：2[FeR3]有机相+3[H3SO4]水相→6[RH]有机相 +[Fe2（SO4）5]水相。
P-204对Fe3+的吸附能力很强，所以当Fe3+被P-204萃取后，在稀硫酸溶液中很难被反萃取。所以，要用加熱后的盐酸溶液对其进行反萃取，如果要更高的反萃取率，后续还要用饱和草酸溶液进行洗涤处理。
2.4 铜的萃取
能够做铜的萃取剂的都有脂肪酸、环烷酸、N-510等。当使用脂肪酸和环烷酸对铜进行萃取时要以这些萃取剂镍皂的形式对铜进行萃取。而N-510就与脂肪酸和环烷酸有所不同，它可以直接用3%～7%的200号煤油进行萃取。
在使用脂肪酸和环烷酸作萃取剂铜时，都应该在其各自适当的PH值范围内对铜离子进行萃取，且如果pH不小心过高可能会将镍离子一并萃取，这并不是我们希望发生的。虽然萃取率较高，但是对pH值的控制要求高，进行时要时刻注意。
N-510较以上两个萃取剂就较为方便简洁。在pH<5.0时N-510基本上不会萃取镍离子，唯一不足的是，当pH值在4.0左右的时候N-510才对锌离子有一定的萃取率。
2.5 锌的萃取
在新工艺中使用P2O4萃取锌离子的效果很好。在萃取时，随着20%的煤油溶液的pH越来越小，当在pH值大概在45的时候开始对锌离子进行萃取，直到pH值低2.5的时候锌离子的浓度能够低至符合硫酸镍溶液的提纯标准的0.002 g/L以下。而锌离子的反萃取则使用浓度为6 mol/L的硫酸溶液。
2.6 有机杂质的去除
在前面的过程中，去除铁、铜、锌等杂质时，都会使用相关的有机原料，所以在铁、铜、锌等杂质被萃取后，硫酸镍溶液中会有这些也需要去除的有机杂质（即有机原料）。去除的方法主要有两种方法：第一种是使用仲辛醇对硫酸镍溶液进行萃取性洗涤，从而将有机杂质去除；第二种方法是使用“化学纯”规格的粉状活性炭处理溶液后再进行过滤。在以上两种方法中，使用仲辛醇的效果更好，不过要及时地定期更换仲辛醇，并且集中处理。
2.7 后续处理工序
在上述过程都结束，并且硫酸镍溶液达到相关要求后，要将其过滤后加入硫酸浓缩至54°Be，也就是硫酸镍溶液的表面呈现结晶膜状时将其移至相关容器内待其析出晶体。第2天，将浓缩的晶体离心脱水，从而得到硫酸镍成品。剩下的母液可以经过浓缩结晶核离心脱水后在制备镍皂的时候使用或者根据情况返回相关程序。
3 生产过程中的注意事项
3.1 对于反萃取过程中产生的酸性废水
在反萃取过程中会产生大量的酸性废水，其中含有铜、锌、镍等金属元素，会造成经济损失。由于其中还有氯离子，这时可以加入适当的铜电解液降低上诉金属元素的流失，并且如果铜电解液加入过多会时硫酸镍溶液遭到污染，所以一定要加入恰好的铜电解液。
3.2 对于过滤过程中产生的残渣
在过滤过程中会产生容易带走镍的残渣，这会造成金属的损失，从而增加投资成本。所以，要控制好各个参数，努力让生产过程中产生的残渣中含有最少的镍元素，减少金属的损失。
3.3 对于若干容易对皮肤的刺激性
生产过程中使用的萃取剂和硫酸镍溶液都容易使人的皮肤有过敏现象，有很大的刺激性。在天气炎热时，刺激性表现的更为明显，所以相关工作人员在进行相关操作的时候一定要在通风条件良好的作业场所，按照要求穿戴整齐。
4 新工艺较旧工艺的优点
4.1 金属回收率高
在新的萃取工艺中镍的一次回收率可达到95%以上，然而在传统的萃取工艺中，一次回收率只有50%左右，就算对返渣进行二次回收，总的回收率也只能达到80%。可见，萃取新工艺比传统工艺的回收率高很多。
4.2 生产成本低
虽然萃取法生产结晶硫酸镍的工艺流程很长，工艺控制复杂，且萃取剂价格昂贵，但由于直收率、回收率高，其生产成本相对于传统工艺可以降低很多。
4.3 产品质量好
在传统工艺下的工艺成品中镍占20.5%、銅占≤0.003%、铁≤0.005%、锌占≤0.004%；在新工艺下的工艺成品中镍占21.0%、铜占≤0.001%、铁占≤0.001、锌占≤0.002。可见，萃取剂对铜、铁、锌等杂质具有很好的选择性，新工艺得到的萃余液净化程度明显要比传统工艺高，产品的质量更好。
5 结语
用新工艺—萃取法生产的结晶硫酸镍的成品不仅纯度高，而且质量好，与传统的工艺相比还可以降低生产成本，提高经济效益，值得推广。
参考文献
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