1、 （ 二一 六 年 六 月 本科毕业设计说明书 学校代码： 10128 学 号： 201230508116 题 目 ： 年 产 1 . 0 万 吨 硫 酸 镍 工 艺 设 计 学 生 姓 名 ： 闫雪东 学 院 ： 化工学院 系 别： 化 学 工 程 系 专 业 ： 化 学 工 程 与 工 艺 班 级 ： 化 学 工 程 与 工 艺 12- 4 班 指 导 教 师 ： 梁宏波 中级工程师 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 摘 要 当今，有色金属的生产开发决定着一个国家经济、科学和国防发展的物质基础，而镍作为一种战略储备金属，更是受到广泛的关注。镍的生产主要来源于硫化镍矿，然而，随着硫化镍矿资源
2、的大力开发，硫化镍矿资源日益枯竭，镍矿资源的开发利用迫在眉睫。为了能持续生产金属镍，人们把目光放在了低品位红土镍矿，低品位红土镍矿占世界镍资源的 60%以上，如何能有效的开发利用红土镍矿，成为当下生产镍金属的热点话题。 在详细研究了现代镍冶金的理论基础上和在参考了大量文献和相关数据后，本设计采用了常压浸出红土镍矿生产硫酸镍工艺路线，其主要工艺有：原料红土镍矿首先经过选矿、洗矿、磨矿得到粒度合格的原料矿，与水混合后，送至搅拌反应器中与加入的硫酸反应浸出，硫酸与原矿比 1.5： 3，固液分离后，滤渣经过洗涤后送到堆积场，浸出液经过中和除铁、中和沉淀、氨浸、萃取、反萃等工序富集镍离子，得到高浓度硫酸
3、镍溶液，送到蒸发器中蒸发结晶，并通过成品破碎机破碎硫酸镍晶体，包装出售。硫酸镍的日生产量约为 30.3030t，采用两台搅拌反应器浸出原料 ，每小时处理原料 33.1056t，硫酸每小时投入量为22.0704t，浸出时采用亚硫酸钠还原针铁矿使三价铁离子还原成二价铁离子，释放出颗粒内的镍离子，提高了镍的浸出率；用调节剂调节 PH，加入钠离子，浸出液中的铁离子会生成黄钠铁矾沉淀；采用中和沉镍法分离碱金属和金属，使金属沉淀；采用氨浸法浸出沉淀物中的镍、钴、铜金属离子；采用萃取法萃取镍氨络离子溶液中的镍。采用反萃法反萃有机相中的镍离子，得到硫酸镍溶液，将硫酸镍溶液蒸发结晶，得到的结晶硫酸镍达到国家 G
4、B6392-86二级品的要求。 关键词 ：常压酸浸；还原剂；氨浸；萃取；反萃 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 Abstract Today, non-ferrous metal production and development determines a countrys economic, scientific and defense material basis for development, and as a strategic reserve of nickel metal, is subject to wide attention. Nickel production is m
5、ainly from nickel sulfide ore, however, with the vigorous development of nickel sulphide ore resources of nickel sulfide ore resources are depleted, development and utilization of nickel ore resources is imminent. To be able to continue to produce nickel metal, people to look at the low-grade lateri
6、te nickel ore, low grade laterite nickel ore accounted for more than 60% of the worlds nickel resources, how effective development and utilization of laterite nickel ore, become the focus of the current production of nickel metal topic. In a detailed study of the theoretical basis of modern metallur
7、gy of nickel on and in reference to the large number of documents and related data, the design uses a pressure leaching of nickel laterite nickel sulphate production process route, the main process are: raw material nickel laterite first through beneficiation , washing, grinding ore particle size of
8、 qualified raw materials, mixed with water, to the stirred reactor for leaching the ore with sulfuric acid and sulfuric acid was added to 1.5: 3, after solid-liquid separation, to the residue after washing yard, and in the leaching solution after iron removal, and precipitation, ammonia leaching, ex
9、traction, stripping and other processes enrichment of nickel ions, to obtain a high concentration of nickel sulfate solution, to the evaporator in the evaporation and crystallization, and refined by sulfuric acid crusher Ni crystals, packaged for sale. Nickel sulfate daily productio n of about 30.30
10、30t, using two stirred reactor leaching raw materials, processing of raw materials per hour 33.1056t, sulfate inputs per hour 22.0704t, sodium sulfite reducing goethite leaching trivalent iron ions are reduced bivalent iron ions, the release of nickel ions granules improve the leaching rate of nicke
11、l; adjust the PH with adjusting agent, sodium ion leaching solution of iron ions generated sodium jarosite precipitation; adopt and Nickel law the separation of alkali metal and metal, metal precipitation; leaching precipitate of nickel, cobalt, copper metal ion ammonia 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 leaching met
12、hod; extraction of nickel extraction using ammonia complex ion solution nickel. Stripping stripping method using the organic phase nickel ions, to obtain a solution of nickel sulfate, nickel sulfate, nickel sulfate will crystallize crystallization solution was evaporated to give the two products mee
13、t the requirements of the national GB6392-86. Keywords: atmospheric acid leaching; reductant; ammonia leaching; extraction; stripping 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 目录 引言 . 1 第一章 绪论 . 2 1.1 镍的发展概述 . 2 1.2镍的性质及用途 . 2 1.3硫酸镍的用途 . 2 1.4红土镍矿资源分布特点 . 3 1.4.1红土镍矿的资源概况 . 3 1.4.2红土镍矿的利用现状 . 4 第二章 国内外红土镍矿处理工艺 . 6 2.1火法工艺
14、. 6 2.1.1镍铁工艺 . 6 2.1.2火法镍锍工艺 . 7 2.2火法 -湿法联合工艺 . 8 2.2.1还原焙烧 -氨浸工艺 . 8 2.3湿法冶金 . 9 2.3.1加压酸浸工艺 . 9 第三章 常压浸出红土镍矿工艺选择与论证 . 11 3.1酸浸 . 12 3.1.1镍和铁的浸出电化学 . 13 3.2黄钠铁矾除铁 . 14 3.3中和沉淀 . 15 3.4氨浸 . 15 3.5萃取 . 16 3.6反萃取 . 17 第四章 物料衡算 . 18 4.1设计生产能力 . 18 4.2酸浸工段衡算 . 20 4.3黄钠铁矾除铁 . 23 4.4中和沉淀 . 25 4.4氨浸工段 .
15、26 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 4.5萃取工段 . 27 4.6反萃取工段 . 27 4.7蒸发工段 . 28 4.8干燥工段计算 . 28 第五章 热量衡算 . 31 5.1 浸出槽热量计算 . 31 5.1.1反应热计算 . 31 5.1.2硫酸溶解热计算 . 32 5.1.3物料升温热计算 . 32 5.1.4热损失计算 . 33 5.2萃取热量计算 . 33 5.3反萃取热量计算 . 34 第六章 设备选型 . 35 6.1破碎机生产能力计算 . 35 6.2混合澄清器计算 . 36 6.3反萃取器混合室的计算 . 37 6.4板式过滤机 . 37 结论 . 39 参考文献 .
16、 40 致谢 . 42 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 1 引言 地球上镍矿资源主要是以红土镍矿为主，随着经济的快速发展和高品位硫化镍矿消耗，对低品位红土镍矿的开发越来越受到人们的关 注和重视，由于红土镍矿的类型不同，其生产工艺也各不相同。本设计是研究常压浸出红土镍矿的一篇论文，对常压浸出红土镍矿工艺做了详细的介绍，对原料、浸出条件、絮凝剂、 PH调节剂、沉淀剂、氨浸条件，萃取剂选择和选取的优势等，做了详细的解释。 目前对红土镍矿的处理工艺非常之多，主要原因是原料的组成不同，经济发展情况不同和市场需求不同所造成的。近年来各种处理工艺都有了很大的进展，在其镍的浸出率、能源消耗和回收等方面有了很
17、大的进展，但是还是充在成本高的问题，面对这样的问题，学者们提出了常压浸出红土镍矿的处理工艺，以降低生成成本高的问题，但是其浸出率偏低，还没有大规模应用于生产当中，本文提出了用还原剂强化浸出红土镍矿，浸出率能达到 86%以上，如果能应用于工业中，那么常压浸出红土镍矿工艺，将成为未来的发展趋势。 本设计对常压酸浸做了详细的介绍，镍的性质及 用途，目前的发展状况和未来发展趋势，以及浸出的条件的确定，考察了不同调节剂的除杂效果，以及经济合理性，对还原剂使用原理的确定，以及萃取的选择，都做了一定的介绍，为实现工业化生产奠定了一点基础。 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 2 第一章 绪论 1.1 镍的发展
18、概述 全世界镍资源的储量较为丰富，据不完全统计，镍在地球上的储量约为 6400万吨，其含量居世界第五位，仅次于硅、氧、铁、镁元素的含量，可见其储量非常巨大。镍作为人类经济发展比不可少 的金属，其合理有效生产越来越受到人们的关注。 镍被发展的时间不长， 1751 年首次发现了镍并提取制得。但是人类使用镍的时间很长，在中国春秋战国时期就有镍的使用了，专家们在兵器当中发现了镍的充在。中国镍冶金的发展是从 1953 开始的，当时上海冶金厂成功的从铜电解废液中生产出了硫酸镍，随着中国镍矿资源的不断发现和开采，我国的镍冶金才逐步发展起来，目前我国已经成为镍生产强国和消费大国 1。 1.2 镍的性质及用途
19、镍是一种银白色金属元素，属于 族元素，原子序数为 28，相对原子量为58.69。镍的主要物理：熔点为 1455 ，沸点为 2730 ，具有强磁性和可塑性，有好的耐腐蚀性，有耐强酸 2， 有良好的磨光性能。镍在工业中应用最广泛的是在不锈钢与特种合金领域，在合金中加入镍，能显著提高钢的机械强度，镍也在其他领域应用很广，比如在石油化工的氢化过程中做催化剂；制作化学电池；用于电镀；制作颜料和染料；制作陶瓷和铁素体等。 近年来，镍又代替钴，成为最有潜力制作动力电池和二次电池的重要金属，也被广泛被应用于高能电池，镍钴二元材料和镍钴锰三元材料将会成为未来锂离子电池正极材料的必备之选，发展前景很大。 1.3
20、硫酸镍的用途 硫酸镍主要同于电镀行业，用在电镀行业的镍量约占世界生产总镍的 10%，由于其性质优良，且性能好，目前电镀镍的加工量仅次于锌，位居第二。电镀层发生在阴极，在阴极上发生还原反应，其反应： Ni2+2e=Ni,同时也会伴随着一些内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 3 副反应，阳极发生金属镍的电化学溶解。 一般镀镍只作为防护装饰性镀层体系中的中间层和底层，这是应为镀镍层孔隙率较高，只有超过 25um，才是无孔的。目前主要工艺有普通镀镍和镀镍铁合金。 1.4 红土镍矿资源分布特点 地球上的镍资源比较丰富，已经勘察到的镍矿储量为 230亿吨，含金属镍约为 2.2 亿 t， 镍的矿产资源有两大类
21、：氧化镍矿和硫化镍矿，硫化矿占镍矿资源105亿吨，含镍约有 6200万吨，氧化镍矿占镍矿资源 126亿吨，含镍 1.6亿吨 3。目前镍产量主要来至于硫化物镍矿山，但是，近 20 年以来探测过称中，硫化镍矿在新资源上没有重大突破，这就意味着，在未来的 3到 5年内硫化镍矿将会被开采完。 1.4.1 红土镍矿的资源概况 现已探明的红土镍矿资源多分布在南北回归线以内，如澳大利亚、巴布亚新几内亚、新喀里多尼亚、印度尼西亚、菲律宾和古巴等地，如表 1.1 为世界土镍矿分布情况。 表 1.1 世界红土镍矿主要分布 情况国家 4 国家 储量 /万 t（以镍及（计） 古巴 2300 新喀里多尼亚 1500 印
22、度尼西亚 1300 澳大利亚 1100 菲律宾 1100 多米尼加 900 哥伦比亚 110 委内瑞拉 70 中国 50 美国 18 内蒙古工业大学本科毕业设计说明书 4 我国镍资源储量，据世界前列，现在已近勘察到的镍矿储量有 800万吨，大部分主要集中在甘肃金川，约占全国镍矿资源的 70%以上，其他省市分布较少，剩下的主要分布在新疆，云南，吉林等几个省市，储量都不多。 我国红土镍矿资源较少，分布在红土镍矿中的镍占全国镍储量的 9.6%，无法满足我国镍的需求，因此我国还需要从国外进口 原料，用来生产金属镍。来缓解国内原料供应压力。据不完全统计，我国在 2009年进口镍矿约有 1642万吨，其中
23、进口的红土镍矿占 1586 万吨，主要从印度尼西亚和菲律宾等国家进口， 表1.2为 2001 2010年全球矿山镍产量，其中硫化镍矿产量约占 60%，红土镍矿产量约占 40%。 表 1.2 全球矿山镍产量 5 年份 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 硫化镍矿 71.33 71.16 71.33 71.85 79.84 83.97 81.47 84.69 74.54 93.34 产量 /万 t 红土镍矿 48.15 51.34 52.62 54.13 57.40 59.03 65.53 61.22 58.50 60.0 产量 /万
24、 t 合计 /万 t 119.48 122.5 123.95 125.98 137.2 149.5 147.0 145.91 133.04 153.3 1.4.2 红土镍矿的利用现状 2008 年，全球镍产量约为 135 万吨，其中有 55 万吨是由氧化镍矿生产的，占镍生产总量的 42%， 全球镍总产量有 70%主要是由回转窑干燥预还原 -电炉熔炼工艺生产制得，还原焙烧 -氨浸工艺只占镍总生产的 21%，而高压酸浸工艺生产的镍只占总镍的 10%，目前，中国是全球最大的不锈钢消费国、最大的电池生产和消耗国，也是全球最大的合金生产和人造金刚石生产大国，在这样的局面下，中国的镍资源很难维持住这样的需求，所以我国大量的从国外进口红土镍矿，2009年我国进口红土镍矿共计 1642万吨，用来缓解国内原料供应的压力。 本章小结：（ 1）本章节对镍的性质和用途做了一定的介绍，镍的性质非常好，镍作为战略储备金属，我们重视起来，对其生产工艺做深入研究，合理利用其资源。 （ 2）我国是镍的消费大国也是生产大国，我国镍资源储备相比其他国家较少，所以我国需要从国外进口原料，来缓解国内原料供给的压力。
