锡火法精炼脱除镍的探索与实践

陈 云， 刘庆东

(云南锡业股份有限公司冶炼分公司， 云南 个旧 661000)

由于我国的锡矿中含镍低，通常产出的粗锡精炼过程不需进行专门除镍作业。2015年1月10日国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会发布的GB/T 728—2010《锡锭》标准中，增加了硫、银、镍、钴四个杂质元素的含量要求。粗锡经过火法或湿法(电解)精炼后，产出的精锡产品中硫、银、镍、钴四个杂质元素含量通常能够满足标准要求，因而在公开的锡火法精炼方法中，没有镍元素的脱除方法。

近几年来，某锡冶炼厂产出的粗锡中，杂质元素镍逐步上升，在经过传统的火法精炼作业后，仍不时有部分精锡产品出现镍含量超过国家标准的情况。

该锡冶炼厂长期采用火法精炼脱除粗锡中的杂质，如何采用火法精炼的方法，从粗锡中高效将镍除去，成为该厂亟待解决的问题。

1 除镍方法选择

1.1 现状分析

锡的火法精炼流程是由一系列单元作业组成，其中每一种作业能够除去一种或几种杂质，而有的杂质则分别在几种作业中逐步加以除去。该冶炼厂根据所处理的粗锡情况，选择的流程较复杂，有加硫除铜作业、加铝除砷锑等作业，原则流程见图1。

图1 某锡冶炼厂火法精炼原则流程图

从图1原则工艺流程中可以看出，该厂的锡精炼流程中并没有除镍的过程。然而进一步分析该锡冶炼厂2015年粗锡中的镍含量情况，2015年粗锡中平均含镍为0.023 9%，而产出的精锡产品中的镍平均含量为0.004 0%，因而镍必然在精炼过程中被脱除。

经过查阅资料，硫和镍可以生成硫化镍NiS，硫化镍NiS密度5.3～5.6，熔点797 ℃。铝和镍可以生成镍铝合金NiAl，镍铝合金NiAl密度3.46，熔点1 350 ℃。美国和德国采用过向粗锡中加铁和镍的方法，铁和镍与砷和锑生成相应的难熔化合物，这时可以极完全地除去砷和锑。但在传统的锡火法精炼作业过程中，是否能够生成硫化镍、镍铝合金或者镍与砷和锑生成相应的难熔化合物，从而在加硫除铜或加铝除砷锑过程中将镍除去，还需进一步分析。

1.2 加硫除铜过程中镍的脱除情况

对比该厂2015年粗锡加硫除铜前后，粗锡中的镍含量情况，加硫除铜前平均含镍为0.022 7%，加硫除铜后平均含镍为0.024 4%，除铜后粗锡中的镍含量反而出现上升的情况，应该是由于粗锡中其他杂质元素除去以后，造成镍在粗锡中富集。

进一步统计分析，加硫除铜作业后，镍含量上升的占73.17%，镍含量下降的仅占26.83%，而镍含量下降的，除镍率达到50%以上的仅占3.86%，详见表1。

表1 2015年粗锡加硫除铜过程中镍的脱除率情况

根据这一统计数据分析，在加硫除铜的同时将镍除去，在生产过程中很难实现。

1.3 加铝除砷锑过程中镍的脱除情况

对比该厂2015年粗锡加铝除砷锑前后，粗锡中的镍含量情况，粗锡加铝除砷锑前平均含镍为0.022 8%，加铝除砷锑后平均含镍为0.007 7%，镍的脱除率达到66.23%。

进一步统计分析，粗锡经加铝除砷锑作业后，粗锡中镍含量普遍呈下降趋势，粗锡在加铝除砷锑作业后，镍脱除率达到50%～70%占60%以上，甚至有5%的镍脱除率达到90%以上，详见表2。

表2 2015年粗锡加铝除砷锑过程中镍的脱除率情况

根据表2统计数据分析，粗锡采用加铝的方法将镍除去，生产过程中有望实现。

2 加铝除镍试验

为探索加铝除镍的具体控制参数，决定选取正交试验方案L9(34)进行9组试验,对A(温度)、B(铝量)、C(时间)3个因素各取3个水平,正交设计方案见表3、表4。

表3 因素水平表

表4 正交设计方案试验结果

从表4的结果看， A3 B1 C3为最优方案。

根据试验结果进一步进行方差分析，确定因素A(温度)为主要因素,并以水平A3为最好;因素B(铝量)为次要因素,并以水平B1为最好;因素C(时间)的作用太小,故在综合考虑后可任意取一个水平,从时间最小的角度可以取水平C1即可。

最终确定最优方案为:A3 B1 C1。

3 生产实践

根据试验结果，该厂采用加铝的方法脱除粗锡中的镍。2016年该厂粗锡中含镍平均为0.035 4%，加铝除镍后平均含镍为0.003 9%，镍的脱除率达到88.98%。没有达到试验中镍脱除率94.8%的水平。

统计分析粗锡经过加铝除镍作业后的含镍情况，镍脱除率在80%以上占75.97%，仍有3.78%的粗锡加铝除镍的镍脱除率不到50%，详见表5。

分析原因，主要是由于砷、锑、镍等元素均能与铝结合，从而相互干扰，致使脱除效果不理想。如要取得较为理想的除镍效果，则需要控制不同的操作参数，将砷、锑、镍分别脱除。

进一步考查，采用先加铝除砷、再除镍、最后除锑的作业(除砷、锑的操作控制条件与原传统操作控制条件没有区别)，得到的粗锡中含镍平均为0.003 07%，而钴通常为0.000 5%以下，与表6锡锭标准(Ni+Co≤0.005 0%)相比，已能够达到精锡产品要求。

从表6可以看出，如果要生产Sn 99.99的精锡产品则需要进一步深度脱除砷锑镍等杂质。

表5 2016年粗锡加铝除砷锑过程中镍的脱除率情况表

表6 锡锭标准(GB/T728—2010)

注：表中杂质总和指表中所列杂质元素实测值之和。

4 结语

在缺少相关资料的情况下，通过对锡火法精炼作业过程相关数据的统计分析，初步确定锡火法精炼过程中，可以采用加铝的方式脱除粗锡中的镍，并采用正交试验法确定了除镍的具体参数。

生产实践证实，粗锡采用加铝的方法脱除粗锡中的镍是可行的。

镍富集在铝渣中，如何形成最终的开路，从锡冶炼流程中除去，仍然是该锡冶炼厂所要解决的问题。