[发明专利]一种基于双极膜电渗析调节硫酸镍溶液pH值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种调节硫酸镍溶液酸度的方法，特别涉及一种基于双极膜电渗析调节硫酸镍溶液酸度，使其满足电解要求的方法，属于冶金分离科学与工程领域。

背景技术

镍电解电积生产过程中，阴极室的硫酸镍溶液酸度会上升，如不控制，阴极上会出现析氢，影响电流效率和电积镍的质量。为了解决这个问题，传统的做法是抽取一部分阴极室硫酸镍溶液，加入NaOH，使其中的镍沉淀为Ni(OH)₂，然后再将Ni(OH)₂加入酸度较高(pH低)的硫酸镍溶液，将其pH调至4～4.5再去电积。这种做法存在以下两方面的缺陷：一是增加了碱耗，并在镍电解系统中不可避免地引入了钠离子杂质，电解残液要定期进行排钠作业；二是增加了沉淀、液固分离等工序，操作成本上升。

双极膜电渗析技术是一种新兴的膜分离技术。在直流电场的作用下，双极膜能使水解离并在其两侧分别提供H⁺和OH^-。该技术已广泛应用于酸碱生产、有机酸制备与回收以及食品医药工业，在烟气脱硫，废液净化等环境领域的应用也日益增多。但双极膜电渗析技术在湿法冶金分离领域的应用却鲜有报道。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种采用双极膜电渗析调节硫酸镍电解液的pH的方法，该方法在无需加入碱进行中和调节，且不发生任何物相转变的条件下，实现硫酸镍电解液中过量酸的脱除，使其满足电积镍的pH要求(pH≥4，且同时可以获得浓度较高的酸溶液，回用于镍湿法冶金主流程的矿物浸出工序，且该方法流程短，操作简单，镍损低，成本低，环境友好，易于实现产业化应用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种基于双极膜电渗析调节硫酸镍溶液pH值的方法，该方法是将pH≤1.5的硫酸镍溶液通过双极膜电渗析系统调节其pH≥4。

本发明的技术方案采用双极膜电渗析系统最大的优点是在无需采用碱中和的条件下实现镍电解液pH的调节，同时产生浓度较高的酸溶液，可以回收用于矿物浸出，且避免了镍电解液中杂质离子的引入。

优选的方案，所述双极膜电渗析系统包括阳极和阴极，由阳极一端至阴极一端依次设有阴离子交换膜I、双极膜I、阴离子交换膜II和双极膜II，将阳极和阴极之间区域依次分隔成阳极室I、阳极室II、酸室、盐室和阴极室。本发明的技术方案针对现有的双极膜电渗析系统中双极膜使用寿命短的问题提出巧妙的改进，在双极膜靠近阳极一侧设有阴离子交换膜，能够有效防止双极膜的阴膜面由于直接置于阳极侧而容易被阳极氧化的问题，大大延长了双极膜的使用寿命，降低了双极膜使用成本，同时不影响其调节镍电解液pH的效果。

本发明技术方案中阴离子交换膜I和阴离子交换膜II可以是材质相同膜，且为市售的常规阴离子交换膜，为本技术领域公知的。双极膜I和双极膜II也是材质相同的膜，为市售的常规双极膜。

较优选的方案，阳极室I、阳极室II和阴极室内的溶液为Na₂SO₄溶液或者K₂SO₄溶液。

较优选的方案，通过双极膜电渗析系统调节硫酸镍溶液pH的过程：将pH≤1.5的硫酸镍溶液作为盐室起始溶液，pH≥1.5的硫酸溶液作为酸室起始液，通过双极膜电渗析系统进行电渗析，从酸室中得到H⁺≥1mol/L的硫酸溶液，从盐室中得到pH≥4的硫酸镍溶液。

更优选的方案，所述双极膜电渗析系统在电流密度为150A/m²～500A/m²的条件下运行。

优选的方案，双极膜电渗析系统运行过程中盐室出口溶液pH值控制在4.0～5.0之间。

本发明的双极膜电渗析具有如图1所示的结构原理图：

在电渗析过程中主要发生以下物理化学反应：

双极膜BPM阴膜与阳膜结合部：H₂O＝H⁺+OH^-；

H⁺离子进入酸室；OH^-离子进入盐室。

盐室：从双极膜中产生并迁移出的OH^-离子与硫酸镍溶液中的H⁺离子反应：H⁺+OH^-＝H₂O，溶液中的SO₄^2-离子透过阴离子交换膜进入酸室；盐室产水酸度降低，pH升高。