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2011年8月第4期
王润:硫酸镍结晶过程中的生产控制
硫酸镍结晶过程中的生产控制
王润
(吉林吉恩镍业股份有限公司,吉林磐石132311
摘要1概述了硫酸镍生产工艺、硫酸镍结晶的原理和实际操作,分析了影响硫酸镍结晶过程的因素,
介绍了硫酸镍晶体存储中存在的问题和预防措施。
关键词]硫酸镍;结晶;晶核;pH值;过饱和度;蒸发速度
中图分类号」TF815
[文献标识码】B文章编号1672-6103(2011)04-0025-03
概述
操作控制。
硫酸镍属于盐类的一种,无水盐为黄色粉状物2硫酸镍结晶过程分析与实际操作控制
或柠檬黄色等轴八面体晶体,密度36g(m吸收空2.1硫酸镍结晶过程分析
气中水分后变成绿色,加热时分解。水合硫酸镍主
硫酸镍结晶过程主要包括晶核的形成与晶体的
要有7水合硫酸镍(iSO?7HOの0和6水合硫酸镍生长两个阶段。
CNSO-6HO)两种,前者为水绿色斜方棱形晶体,有2.1晶核的形成
甜味,俗称“翠矾”,密度1.948g/cm3,熔点98~100℃;
晶核的形成有两种形式:一种是溶液达到过饱
后者为蓝色四角锥体或绿色单斜晶系,密度2.07geml。和之后形成的,称为“一次成核”,另一种是受到搅
两者都溶于水,不溶于障。工业化生产主要以6水动、尘埃、电磁波辐射等外界因素的诱发而形成的,
合硫酸镍为主。
称为“二次成核”。澄清的过饱和溶液在第一介稳区
硫酸镍作为一种重要的化工原料,在民用、建内是极不易形成晶核的,只能人为地加入一定数量
筑、航空航天器材、国防工业等领域有着广泛的用的品种
途,主要用在电镀、化学镀铝材着色、电池材料及催2.1.2晶体的生长
化剂等方面。
晶核在饱和的溶液中不断长大,晶体长大的过
国内硫酸镍工业生产的原料大致有三类:一是程实质是溶液中的过剩溶质向晶核上粘附,使得晶
电镍,经过浸出生产出硫酸镍溶液;三是高冰镍,经体格子扩大的过程,也就是说溶质是按照结晶格子
过三段逆流选择性浸出生产出硫酸镍溶液;三是含的特定规律向晶核上粘附的。研究发现,品体上不
镍的废旧物质,经过浸出、除杂生产出硫酸镍溶液。同晶面的生长速度是很不一致的,而晶面的相对生
无论哪种原料,都要经过浸出、除杂,生产出合格的长速度对于晶体的形态具有很大的影响,当相邻的
硫酸镍溶液。另外,还可以通过萃取等工艺,进一步晶面交角为钝角时,生长快的品面在生长过程中将
提高硫酸镍溶液的质量。合格的硫酸镍溶液经过调相对逐渐变小,甚至消失,而生长速度慢的晶面在生
酸、蒸发、结品、高心干燥、筛分及包装等工序,最终长过程中扩大,晶面相对生长速度的不同将造成晶
产出硫酸镍产品。在整个生产过程中,结晶过程十体形态的变化。
分关键,直接影响硫酸镍产品的品质。本文对硫酸
由于结晶的过程包括晶核的形成与晶体的成长
镍的结晶过程进行分析,详细叙述了实际生产中的两个阶段,因此在整个操作过程中有两种不同的速
率:晶核的形成速率与晶体的成长速率。如果晶核
作者简介王润(1975-),男,吉林省梨树县人,助理工程师,吉形成速率远远大于晶体的成长速率,则溶液中大量
林吉恩鎳业股份公司第二精炼厂硫酸镍车间主任。
晶核还来不及长大,结晶过程就结東,造成成品中晶
收稿日期]2010-11-11
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中国有冶会
A卷生产实践篇·重金属
体小而多。而如果晶核形成速率远远小于晶体成长外形细长,主要为针状;pH值高,产品外形粗短,这
速率,则溶液中的晶核有足够的时间长大,产品的颗都不是希望得到的。实践中摸索出pH控制在3.0~
粒大而均匀。如果两者速率相近,其结果是产品的3.5之间,产品的外观完全符合要求。
粒度大小参差不一。这两种速率的大小不仅影响产3.2过饱和度的影响
品的外部质量(即外形),而且还可能影响产品内部
过饱和度是产生结晶的前提条件,是结晶过程
质量。生长速率快,有可能导致两个以上的晶体彼的根本动力。生产实际摸索出的最优工艺参数为:
此相连,虽然从表面上看其晶体较大,但在晶体与晶蒸发浓缩的浓度控制在330~360gL2蒸发排料温度
体之间往往夹杂有气态、液态或固态杂质,严重影响控制在85℃以上,料排至结晶槽后降温至58℃,以
产品的纯度。在实际生产中,要求产品既要外观颗产生足够的过饱和度。
粒大又要纯度高,这就必须从控制晶核的形成速率3.3蒸发速度的影响
与品体的生长速率入手。
蒸发是形成过饱和度的主要手段。蒸发速度过
2.2硫酸镍结晶过程的操作控制
快会使溶液很快达到过饱和状态,甚至直接穿越介
(1)当物料没过搅拌桨底部时,开动减速机油泵稳区,不利于结晶的控制。实际生产中的蒸发速度
电机及搅拌桨电机,并调变频器至35Hz。收料结束控制为使90gL的蒸前液达到蒸发排料浓度一般经
后打开槽盖。
过5h左右。
(2)物料在结晶槽(规格为1500mmx2000m)3.4晶种的影响
内停留20min后,略微打开冷却水进水阀门,开始缓
晶种主要是用来控制晶核数量的,以得到较大
慢降温,当物料温度降至58℃时,关闭冷却水进水且均匀的产品。加晶种必须掌握好时机,温度较高
阀门。结晶槽内的温度从收料降至58℃所用时间加入的晶种有可能部分或全部溶化;温度过低,溶液
控制在1.5~2h。
中已产生大量细晶,再加晶种已不起作用。加人晶
(3)物料自然降温到53~-55℃时,调变频器到种的重量可通过下式计算
42Hz,然后加人晶种,关闭冷却水进水阀门
昭,=WA(LE2)
(1)
4)物料停留1.5~2h后,打开冷却水回水阀门式中:昭为加入晶种的重量;W为所需产出产品的
及进水阀门,开始缓慢降温,每次降温幅度不能超过重量;L为晶种颗粒的平均尺寸;L为产品颗粒的平
0.5℃。
均尺寸。
(5)随着温度的降低、颗粒的成长,相应地调小3.5搅拌的影响
变频器的率,以降低搅拌浆转速,减小颗粒与槽体
搅拌起如下作用:①加速溶液的热传导,加快生
之间的磨损。
产过程;②增加溶质的碰撞机会,有利于结晶的生
(6)温度降至42-45℃,结晶槽内的晶体全部为长;③使溶液的温度均匀,防止溶液中出现局部浓度
十面体颗粒时,结晶过程结束。从加入晶种到结晶不均、结垢等问题;④使晶核分布均匀,防止两个以
结束所用的时间控制在4.5~5.0h。
上的晶体粘附在一起,避免晶体间夹杂气态、液态或
(7)结晶结束后即可排料,进人下一道工序。
固态杂质,影响产品质量
(8)变频器的频率要膻着结晶槽内物料液面的
从搅拌作用可以看出,搅拌速度的控制对结晶
降低随时下调,当液面降至搅拌桨下方时,停运搅拌也有很大影响,在结晶的不同阶段应控制不同的境
电机及油泵电机。
拌速度。
(9)物料排空后,将结晶槽清洗干净,然后关闭4硫酸镍产品存储中存在的问题及预
排料阀
防措施
3影响硫酸镍晶体产品品质的因素
结块是硫酸镍产品贮存中经常週到的问题。造
生产实践中总结出的影响硫酸镍结晶品质的主成结块的原因很多,例如晶体颗粒的尺寸、形状,贮
要閃素有:pH值、过饱和度蒸发速度、品种揽拌等。
存期间的温度及温度的变化、贮存时间等。一般来
3.1pH值的影响
讲,结块是由于晶体表面受潮形成溶液,随后又增发
pH值直接