镍电解精炼车间设计(design of nickel electrolytic refinery)

以高镍锍分离熔炼产出的镍阳极板为原料，经电解精炼生产纯度为99.9%以上电解镍的镍冶炼厂车间设计。

20世纪初在挪威、加拿大和苏联相继开发了粗金属镍阳极电解，50年代在加拿大的汤普逊厂发展了硫化镍阳极电解。中国60年代在上海冶炼厂设计建成了一个粗镍电解车间，以后在成都电冶厂和金川有色金属公司冶炼厂设计建成了硫化镍阳极电解车间。

镍电解精炼所用原料有金属镍阳极和硫化镍阳极两种，典型设计成分如表1所示。

表1 镍电解精炼用原料典型设计成分

镍电解精炼可以产出高质量的镍。电解镍的质量和品级主要取决于阴极液成分。要求电解镍的品级愈高，则设计的净液除杂质的深度就愈高，控制的技术操作条件亦就愈严。中国电解镍分成特号镍(Ni+Co>99.99%)和l号镍(Ni+Co>99.9%)两种。

工艺过程镍的电解精炼有金属镍阳极电解和硫化镍阳极电解两种。金属镍阳极电解在阳极制备过程中，能有效地除去原料中铅锌等杂质，而硫化镍阳极电解的阳极制备过程则比较简单。流程的选择视原料成分而定。

镍的电解和其他金属电解不同，是采用隔膜电解，即用可渗透的多孔隔膜将电解槽内阴极和阳极分开的电解作业。用精镍制成的始极片装入电解槽中由帆布或化纤织物构成的隔膜阴极室内，阳极挂在隔膜外的阳极室内矗E入向阴极室洁净的电解液(称作阴极液)，操作中要保持阴极室液面高出阳极室液面，以便阴极液不断透过织物流向阳极室，并保证阳极液与阴极液分开。通电后阴极液中的镍析出于阴极上即为成品，阳极中的镍和可电溶性杂质溶解在阳极液中。阳极液流出槽外，经净化除杂质后，返回作为阴极液使用。若为硫化镍阳极，其中的硫及不溶物残留在阳极表面成为阳极泥，剥落洗净后送去回收硫及有价元素。

阴极液净化是为了除去溶液中的铁、铜、钻等杂质离子，其去除程度按阴极镍的品级如表2所示。

表2 阴极液含杂质离子允许浓度表

净化过程的设计需视阴极液中的含杂质情况而定。一般包括除铜、除铁和除钴三段。除铜采用硫化法或镍粉置换法。在加拿大用Ni₂S作硫化剂除铜。前苏联用镍粉置换除铜。中国金川有色金属公司冶炼厂则用硫磺粉加硫化镍除铜。除铁和除钴一般采用氧化中和法，用氯气作氧化剂，用碳酸镍作中和剂。净化过程还可以采用溶剂萃取或离子交换法。

在硫化镍电解过程中，阳极溶解的镍量不等于阴极析出的镍量，需要不断往电解液中补充镍离子。其办法有的是用将硫化镍残极氧化浸出产出的：NiSO₄溶液补入；金川有色金属公司是用将净液除铜后的硫化铜镍渣熔铸或将阳极送单独的电解槽电解脱铜并产出的NiSO₄溶液进行补充。图1为镍电解精炼工艺流程图。

设备选择主要设备为电解槽(含种板电解槽)。

(1)电解槽总数。其计算式为：

式中N为电解槽总数，台；Q为电解镍产量，t/a；m为设计年工作日，d，一般取360d；q为镍的电化当量，1.095g/(A•h)；y0为阴极电流效率，%；yk为电解槽利用率，%，一般为95%；I为电流强度，A。

(2)种板电解槽数。其计算式为：

式中N₁为种板电解槽数，台；N为车间电解槽总数，台；n_c为一个成品电解槽的阴极数，片；a为种板周期，d；P为一片阴极所需的始极片数量，片，取1.06；A为阴极周期，d；B为一个种板电解槽的种板数，片；p为始极片废品率，%。

(3)成品电解槽数。其计算式为：

N₂=N-N₁

式中N为车间电解槽总数，台；N₁为种板电解槽数，台；N₂为成品电解槽数，台。

车间配置根据设计确定的电解槽槽数及其排列方式布置(图2)。

技术经济指标主要技术经济指标为：

(1)电流效率。一般粗镍电解为98%～99%，硫化镍电解为95%～97%。(2)残极率为20%～25%。(3)槽电压。粗镍电解：新阳极初期为1.6～1.8V，阴极末期为2.5～3V；硫化镍电解：新阳极初期为2.4V；阴极末期为4.5～5V。(4)直流电消耗。粗镍电解为每吨电解镍耗电2000～2300kW•h；硫化镍电解为每吨电解镍耗电3300～3500kw•h。(5)回收率为99%～99.5%。