含镍固废资源化利用与无害化处置技术探讨_刘慧.pdf

第 卷第 期 年 月甘 肃 冶 金 ，文章编号：（）含镍固废资源化利用与无害化处置技术探讨刘 慧，郝显福，郭小芳，杨 刚（西北矿冶研究院，甘肃 白银；甘肃省深井高效开采与灾变控制工程实验室，甘肃 白银）摘 要：某公司随着生产规模的扩大，含铜、镍中间物料增多，目前生产中存在硫酸根含量偏高、纺缍体微观形貌被破坏、松装密度大幅降低和洗水耗量较大、产能得不到有效发挥等问题，产能不能完全释放。根据相关规范和技术发展要求，利用镍冶炼厂产生的含镍废渣及配套污水处理站产生的含镍污泥，分析现有生产过程中出现的问题，对冶炼过程中产生的废渣进行有效治理和合理利用，实现了资源再循环利用，使资源利用最大化。关键词：含镍固废；产能；资源化利用；循环中图分类号：文献标识码：，（，；，）：，：；引言镍作为一种重金属，不能通过水和土壤的自我净化来消除污染。它最终会通过食物链的富积进入人体，并在体内积累，对人体健康造成危害。含镍废料对人类健康和生态环境的危害极大。镍化合物属于一类致癌物质，特别是羰基镍，可引起急性中毒后吸收镍碱，并可出现恶心、呕吐、高烧、呼吸困难、胸痛等症状。接触高浓度时，会发生急性化学性肺炎，最终导致肺水肿和呼吸循环衰竭而死亡。基础镍也进入大气、水和土壤，对生物体的生长有负面影响。冶炼过程产生的含镍废料属于国家危险废物名录（年版）含镍废物中“含镍废物来源于基础化工原料制造、电池制造等行业，主要包括镍化合物生产过程中产生的反应残渣、不合格品、淘汰废弃品、废渣等，废物代码为”，根据固体废物污染环境防治法、危险废物转移管理办法、危险废物化学品环境污染防治措施等有关法律、法规的规定，含镍废物必须以相应的操作类别和操作规模回收、利用和处置。因此，发展有色金属固体废弃物循环利用产业，实现废渣的资源化和无害化是我国建设资源节约型、环境友好型社会的必然要求。目前，含镍废物的处理主要包括资源利用、固化和稳定化，以减少对生态环境和人类健康的危害，研究出节能降耗、环境友好型并能有效处理有色冶炼废渣的处理工艺，不仅有利于保护生态DOI:10.16042/62-1053/tf.2022.06.020环境而且有利于提高有价金属的回收。本文根据含有色金属固体废物回收利用技术规范（）中的要求，采用湿法处理工艺处理某镍冶炼厂生产过程产生的的镍废渣、废水及污泥等一系列含镍废料，用以生产硫酸镍溶液，不仅可以实现含镍废料的无害化、资源化处理的问题，生产出来的含镍溶液可以作为镍原料使用生产其它含镍产品，实现二次资源再循环利用，使资源利用最大化。工程背景某公司主要有球形氢氧化镍及覆钴球镍制备和镍铜系列粉末制备等生产工序，各工序生产原料主要来自集团其他公司内部的含铜、镍中间物料，如含镍萃余液、收尘液、海绵铜等。该公司球形氢氧化镍生产线于 年 月建成投产，产能为 ，经过生产实践，目前存在硫酸根含量偏高、纺缍体微观形貌被破坏、松装密度大幅降低和洗水耗量较大、产能得不到有效发挥等问题，主要原辅材料及动力消耗见表。表 原球镍生产主要原辅材料及动力消耗序号名称单位单耗年耗硫酸镍溶液 包装内膜袋 包装材料件 硫酸钴 液氨氢氧化钠 硫酸锌 水 电 蒸汽 原有球形氢氧化镍生产采用“管道式合成”技术，生产原料有硫酸镍、氢氧化钠、氨水及掺杂元素（、）等。反应物料通过精密计量泵输入“管道”，在“管道”中相互作用，晶体在“管道”中可控生长，氨是控制晶体生长速率的主要因素。通过调控反应体系的流量配比、温度、与氨的比率，控制粒径大小及其分布。采用特殊的造核技术，实现（）晶体周期性生长。球形氢氧化镍制备技术是连续性生产工艺，反应物料连续进入“管道”，同时产品从“管道”中连续产出。工艺流程包括主体工艺流程和辅助工艺流程两部分。主体工艺过程由配料系统、计量泵系统、反应及周期性晶体生长系统和后处理系统等组成；辅助工艺流程由纯水制备系统、温度测控系统、料液输送系统和计算机控制系统等部分组成，具体见图。图 球形氢氧化镍工艺流程图 随着公司生产规模的进一步扩大，含铜、镍中间物料增多，中间物料高效利用技术的不断发展，镍废料无害化、资源化、高值化处理问题亟需解决。本文结合现场实际，高效利用镍冶炼厂产生的含镍废渣及配套污水处理站产生的含镍污泥，分析现有生产过程中出现的问题，对冶炼过程中产生的废渣进行有效治理和合理利用，提升原料保障能力。含镍废料的处理与处置 原料来源原料主要来源于某镍冶炼厂产生的含镍废渣及配套污水处理站产生的含镍污泥。为检验上述两者对环境的危害程度，对含镍废渣和含镍污泥分别进行全元素分析和毒性浸出试验，结果见表。处理工艺首先分别经过预处理（打散）后用硫酸进行两级逆流浸出，浸出液再经硫代硫酸钠沉铜，沉铜后液进行化学法除杂，去除溶液中的、等杂质，化学除杂后液并入现有球镍车间原料预处理系统供第 期 刘 慧，等：含镍固废资源化利用与无害化处置技术探讨 球镍生产使用，硫化铜渣供铜粉车间氧化铜粉生产系统生产使用。表 含镍废渣和含镍污泥全元素分析结果 序号名称含水含镍废渣污泥渣 工艺流程包括原料预处理及酸浸两部分，其中酸浸过程包括浸出、离心过滤、沉铜、过滤、化学除杂、压滤等工序。原料预处理工序本项目以市场采购的“两渣”为主要原料，原料含水率 左右，通过汽运或铁运将含镍废渣、污泥运送至原料库存储；大块物料经打散机打散后，装入吨袋，再用叉车将吨袋运至球镍车间原料预处理厂房，进入浸出槽。酸浸工序两次逆流浸出将含镍废渣及含镍污泥加至浸出槽，再将配好的浓硫酸泵至浸出槽进行酸浸，采用球镍车间原有的蒸汽管网对溶液进行加热，控制浸出温度 ，液固比 ，浸出方式采用单级两次逆流浸出，第一次浸出 ，第二次浸出 ，浸出周期 。日处理量为 ，每天产出浸出液 。反应结束后，进行液固分离，含镍废渣和污泥浸出产生的渣用现有 卧式活塞推料离心机经适当改造后进行过滤，浸出液泵至沉铜槽，滤渣运至渣库暂存。硫代硫酸钠沉铜硫代硫酸钠实现水溶液中重金属硫化沉淀的原理在于酸性条件下硫酸硫酸根的自歧化反应：如式，硫代硫酸根在酸性溶液中发生自歧化反应，先后在水溶液中形成连四硫酸根、硫磺和二氧化硫，并最终岐化成为活性硫离子，从而与重金属离子相结合，从而形成硫化物沉淀。、等重金属，在硫代硫酸盐进行硫化沉淀过程中，会发生以下反应：首先将浸出液升温 ，调整溶液 值为 左右，加入铜质量约 倍（理论量的 倍）的硫代硫酸钠固体，反应，取样分析，当溶液中铜离子浓度 时为合格。反应结束后，进行液固分离，沉铜后液用现有三台 压滤机过滤，沉铜后液泵至化学除杂槽，滤渣（硫化铜渣）运至铜粉车间氧化铜粉生产系统生产使用。化学除杂本工序去除杂质主要为、。首先将沉铜后液升温至 ，在溶液中加入铁含量同等质量的双氧水（），恒温 ，调整 值在 左右，当镍铁比 为合格。在除铁后液中加入钙镁含量约 倍的氟化钠固体，反应 ，取样分析，当溶液中镍钙比、镍镁比达到 时为合格。反应结束后，进行液固分离，除杂后液用现有 两台压滤机过滤，滤液泵入储槽中，并入现有球镍车间原料预处理系统供球镍生产使用。滤渣运至渣库暂存。此过程主要反应式为：工艺流程及产污节点见图。工程实践根据以上原料预处理及酸浸处理工艺，针对现有生产流程中存在的问题，通过采取有效的改进措施，使工艺更加合理。主要措施包括增设一台配镍釜和一套配氨装置、将合成流量提高至 、将动态洗涤改为静态洗涤、隧道式微波干燥增设两级干燥、增设 个料仓及筛分机一台，通过以上改进，原有 球形氢氧化镍生产线达到 ，产能实现了翻倍，且在环保方面络合后分解的氨气经排空管道进入氨吸收塔进行回收，回收后氨水再次返回配氨罐，通过浓度调整，合格后继续进入系统重复利用；废水中主要污染物为氨氮及含重金属离子合成工序的上清液和洗涤工序洗水，进入新产品公司废水处理站进行处理，采用硫化钠沉重金属的处理工艺，处理后出水作为集团公司选矿厂生产补充用水，纯水系统产生有污染物极少的清下水，回收用于厂区卫生清洗、道路降尘、绿化以及其它对水质要求不高的生产用水等，无废水外排，生产中无固体废物产生。球形氢氧化镍生产主要原辅材料及动力消耗及主要经济技术指标见表、表。甘 肃 冶 金 第 卷图 含镍废渣和含镍污泥处理工艺图表 球镍生产主要原辅材料及动力消耗序号名称单位单耗年耗来源硫酸镍溶液 二钴车间萃余液包装内膜袋外购包装材料件 外购硫酸钴外购液氨外购流程产出回用氢氧化钠 外购硫酸锌外购水 自生产电 蒸汽 动力厂表 球镍主要技术指标序号项目单位指标（）峰半高宽 形貌球形或类球形晶型晶型粒径分布（可调）松装密度（可控）振实密度 比容量 比表面积 结语生产实践证明，采用湿法处理工艺处理镍冶炼厂生产过程产生的镍废渣、废水及污泥等一系列含镍废料，用以生产硫酸镍溶液，不仅可以实现含镍废料的无害化、资源化处理的问题，生产出来的含镍溶液可以作为镍原料使用生产其它含镍产品，实现二次资源再循环利用，使资源利用最大化。参考文献：程 义，郭朝晖，邱冠周，等 冶炼废渣生物浸提后余渣的潜在毒性中国有色金属学报，（）：陈才丽，许友泽冶炼废渣资源化、无害化工艺研究化学工程与装备，（）：李 婷 铅锌冶炼废渣的生物浸出及机理研究北京理工大学，顾城名，刘品德，夏理想，等固体废弃物在蒸压加气混凝土中的利用与研究进展砖瓦，（）：王 亮 氧化石墨烯 二氧化硅复合材料的制备及其对铀（）的吸附性能研究南华大学，李 春，岳瑞琪净化污酸中提取高品质富铼渣的生产实践化工管理，（）：收稿日期：作者简介：刘 慧（），女，湖南衡阳人，工程师，本科。主要从事环境保护工作。第 期 刘 慧，等：含镍固废资源化利用与无害化处置技术探讨