錫火法精煉脫除鎳的探索與實踐

陳 云， 劉慶東

(云南錫業股份有限公司冶煉分公司， 云南 個舊 661000)

由于我國的錫礦中含鎳低，通常產出的粗錫精煉過程不需進行專門除鎳作業。2015年1月10日國家質量監督檢驗檢疫總局和中國國家標準化管理委員會發布的GB/T 728—2010《錫錠》標準中，增加了硫、銀、鎳、鈷四個雜質元素的含量要求。粗錫經過火法或濕法(電解)精煉后，產出的精錫產品中硫、銀、鎳、鈷四個雜質元素含量通常能夠滿足標準要求，因而在公開的錫火法精煉方法中，沒有鎳元素的脫除方法。

近幾年來，某錫冶煉廠產出的粗錫中，雜質元素鎳逐步上升，在經過傳統的火法精煉作業后，仍不時有部分精錫產品出現鎳含量超過國家標準的情況。

該錫冶煉廠長期采用火法精煉脫除粗錫中的雜質，如何采用火法精煉的方法，從粗錫中高效將鎳除去，成為該廠亟待解決的問題。

1 除鎳方法選擇

1.1 現狀分析

錫的火法精煉流程是由一系列單元作業組成，其中每一種作業能夠除去一種或幾種雜質，而有的雜質則分別在幾種作業中逐步加以除去。該冶煉廠根據所處理的粗錫情況，選擇的流程較復雜，有加硫除銅作業、加鋁除砷銻等作業，原則流程見圖1。

圖1 某錫冶煉廠火法精煉原則流程圖

從圖1原則工藝流程中可以看出，該廠的錫精煉流程中并沒有除鎳的過程。然而進一步分析該錫冶煉廠2015年粗錫中的鎳含量情況，2015年粗錫中平均含鎳為0.023 9%，而產出的精錫產品中的鎳平均含量為0.004 0%，因而鎳必然在精煉過程中被脫除。

經過查閱資料，硫和鎳可以生成硫化鎳NiS，硫化鎳NiS密度5.3～5.6，熔點797 ℃。鋁和鎳可以生成鎳鋁合金NiAl，鎳鋁合金NiAl密度3.46，熔點1 350 ℃。美國和德國采用過向粗錫中加鐵和鎳的方法，鐵和鎳與砷和銻生成相應的難熔化合物，這時可以極完全地除去砷和銻。但在傳統的錫火法精煉作業過程中，是否能夠生成硫化鎳、鎳鋁合金或者鎳與砷和銻生成相應的難熔化合物，從而在加硫除銅或加鋁除砷銻過程中將鎳除去，還需進一步分析。

1.2 加硫除銅過程中鎳的脫除情況

對比該廠2015年粗錫加硫除銅前后，粗錫中的鎳含量情況，加硫除銅前平均含鎳為0.022 7%，加硫除銅后平均含鎳為0.024 4%，除銅后粗錫中的鎳含量反而出現上升的情況，應該是由于粗錫中其他雜質元素除去以后，造成鎳在粗錫中富集。

進一步統計分析，加硫除銅作業后，鎳含量上升的占73.17%，鎳含量下降的僅占26.83%，而鎳含量下降的，除鎳率達到50%以上的僅占3.86%，詳見表1。

表1 2015年粗錫加硫除銅過程中鎳的脫除率情況

根據這一統計數據分析，在加硫除銅的同時將鎳除去，在生產過程中很難實現。

1.3 加鋁除砷銻過程中鎳的脫除情況

對比該廠2015年粗錫加鋁除砷銻前后，粗錫中的鎳含量情況，粗錫加鋁除砷銻前平均含鎳為0.022 8%，加鋁除砷銻后平均含鎳為0.007 7%，鎳的脫除率達到66.23%。

進一步統計分析，粗錫經加鋁除砷銻作業后，粗錫中鎳含量普遍呈下降趨勢，粗錫在加鋁除砷銻作業后，鎳脫除率達到50%～70%占60%以上，甚至有5%的鎳脫除率達到90%以上，詳見表2。

表2 2015年粗錫加鋁除砷銻過程中鎳的脫除率情況

根據表2統計數據分析，粗錫采用加鋁的方法將鎳除去，生產過程中有望實現。

2 加鋁除鎳試驗

為探索加鋁除鎳的具體控制參數，決定選取正交試驗方案L9(34)進行9組試驗,對A(溫度)、B(鋁量)、C(時間)3個因素各取3個水平,正交設計方案見表3、表4。

表3 因素水平表

表4 正交設計方案試驗結果

從表4的結果看， A3 B1 C3為最優方案。

根據試驗結果進一步進行方差分析，確定因素A(溫度)為主要因素,并以水平A3為最好;因素B(鋁量)為次要因素,并以水平B1為最好;因素C(時間)的作用太小,故在綜合考慮后可任意取一個水平,從時間最小的角度可以取水平C1即可。

最終確定最優方案為:A3 B1 C1。

3 生產實踐

根據試驗結果，該廠采用加鋁的方法脫除粗錫中的鎳。2016年該廠粗錫中含鎳平均為0.035 4%，加鋁除鎳后平均含鎳為0.003 9%，鎳的脫除率達到88.98%。沒有達到試驗中鎳脫除率94.8%的水平。

統計分析粗錫經過加鋁除鎳作業后的含鎳情況，鎳脫除率在80%以上占75.97%，仍有3.78%的粗錫加鋁除鎳的鎳脫除率不到50%，詳見表5。

分析原因，主要是由于砷、銻、鎳等元素均能與鋁結合，從而相互干擾，致使脫除效果不理想。如要取得較為理想的除鎳效果，則需要控制不同的操作參數，將砷、銻、鎳分別脫除。

進一步考查，采用先加鋁除砷、再除鎳、最后除銻的作業(除砷、銻的操作控制條件與原傳統操作控制條件沒有區別)，得到的粗錫中含鎳平均為0.003 07%，而鈷通常為0.000 5%以下，與表6錫錠標準(Ni+Co≤0.005 0%)相比，已能夠達到精錫產品要求。

從表6可以看出，如果要生產Sn 99.99的精錫產品則需要進一步深度脫除砷銻鎳等雜質。

表5 2016年粗錫加鋁除砷銻過程中鎳的脫除率情況表

表6 錫錠標準(GB/T728—2010)

注：表中雜質總和指表中所列雜質元素實測值之和。

4 結語

在缺少相關資料的情況下，通過對錫火法精煉作業過程相關數據的統計分析，初步確定錫火法精煉過程中，可以采用加鋁的方式脫除粗錫中的鎳，并采用正交試驗法確定了除鎳的具體參數。

生產實踐證實，粗錫采用加鋁的方法脫除粗錫中的鎳是可行的。

鎳富集在鋁渣中，如何形成最終的開路，從錫冶煉流程中除去，仍然是該錫冶煉廠所要解決的問題。