鎳被視為國民經濟建設的重要戰略物質，廣泛應用于國防、通訊、電子、原子能和化學工業以及遠距離控制等高新技術行業，其主要用來制造不銹鋼和其他抗腐蝕合金，如鎳鋼、鉻鎳鋼及各種有色金屬合金。鎳礦資源是一次性資源，并且自然界存在的鎳礦中鎳的質量分數往往很低，隨著不斷的開采，鎳礦資源日益枯竭。鎳磷鐵是鈣鎂磷肥副產的一種含鎳的磷鐵，其鎳的質量分數比紅土鎳礦中鎳的質量分數還高，具有很高的利用價值。通過將鎳磷鐵中的鎳經過溶解、分離、富集，得到純度較高的鎳化合物。
鎳磷鐵中質量分數最多的是鐵元素，約為60% ，其次是磷元素，約為 15% ，鎳的質量分數在1. 5% ～ 2. 5% 。常溫下鎳磷鐵性質穩定，可在空氣中長期穩定存在。為了從鎳磷鐵中更好的浸出鎳，以硫酸為浸出劑，在常壓下用正交試驗探究最佳浸出條件。
1 實驗部分
1. 1 實驗試劑及儀器
原料: 鎳磷鐵取自貴州的鈣鎂磷肥廠，銀褐色略偏黑，堅硬且偏脆，帶金屬光澤，具有一定鐵磁性。過篩 160 目。鎳質量分數為 1. 75%。實驗試劑: 濃硫酸、濃氨水、30%過氧化氫、蒸餾水、硫化鈉、無水碳酸鈉、鄰二氮菲等化學試劑均為分析純。實驗儀器: 四通道磁力攪拌器; PHs －2C 數字式酸度計; 循環水多用真空泵; 電熱恒溫鼓風干燥箱。
1. 2 實驗過程
取一定質量過篩 160 目的鎳磷鐵，用 40% 的H2SO4按固液質量比 1∶ 10，反應溫度為 80℃，攪拌速度為 900 r/min 的條件下，加入少量 30% 的 H2O2反應 12 h。得到鎳磷鐵浸出液，濾液加入 30%H2O2至溶液無 Fe2 +; 濾渣破碎后用適量熱水洗滌，并置于燒杯中加熱煮沸，趁熱過濾，將濾液加熱濃縮，攪拌冷卻結晶可得到 FeSO4粗產品; 溶液中緩慢加入氨水并不斷攪拌，至溶液 pH≈6 時，Fe3 +基本沉淀完全，達到除鐵效果，過濾后得到氫氧化鐵粗產品，再向濾液中緩慢加入稍過量的 Na2S 溶液，控制溶液溫度大于 50℃，并不斷攪拌，析出 NiS 黑色沉淀，靜置幾分鐘后，過濾溶液可得到最終產品硫化鎳固體。提鎳流程如圖 1 所示?！緢D1】
1. 3 浸鎳實驗方案
1. 3. 1 酸法浸鎳
鎳磷鐵的溶解可通過火法和濕法進行處理。由于火法富集煉制鎳磷鐵能耗高，因此濕法提取鎳日趨得到重視。濕法又有堿法和酸法處理等工藝，堿法工藝可獲得較高的浸出率，但大多需還原等預處理和高溫加壓設備。由于酸法工藝比較容易在實驗室進行，也可獲得高的浸出率，筆者采用酸法工藝，用不同質量分數的硫酸作為浸出劑，用正交試驗的方法探究最佳影響因素。
1. 3. 2 正交試驗
影響 Ni 浸出率的因素主要有酸的質量分數、固液比、浸出時間、溫度、攪拌速度、樣品細度等。浸礦細度對鎳浸出率影響的試驗結果表明，浸出物料細度越細，浸出液中的鎳質量分數越高，對應浸出率也越大，但過小的物料細度意味著磨礦時間相應要長，這將導致處理能力變小，綜合考慮各方面因素，確定磨礦細度為 160 目; 考慮到攪拌速度的局限性，選取攪拌速度為 900 r/min。經全面考慮，最后確定酸的質量分數 ω、固液質量比、溫度、浸出時間為試驗的4 個試驗因素，分別記作 A、B、C 和 D，每個因素均取4 個水平的正交試驗。因素水平如表 1 所示?！颈?】
2 實驗結果與分析
2. 1 正交試驗設計與現象
試驗為 4 因素 4 水平，不考慮交互作用，4 因素共占 4 列，選 L16\\( 45\\) 最合適，并有 1 空列，可以作為試驗誤差以衡量試驗的可靠性。不考察交互作用，各列的因素任意放置。正交試驗設計方案如表 2所示?！颈?】
2. 2 正交試驗結果與分析
用丁二酮肟質量法測定每個浸液中的鎳的質量分數，再除以原料中鎳的質量分數，即為每次試驗鎳的浸出率。正交試驗結果與分析見表 3?！颈?】
由表 3 可知，硫酸質量分數、固液質量比、反應溫度和反應時間對 Ni 浸出率均有影響，影響強度按大到小依次為: 反應溫度 ＞ 固液質量比 ＞ 硫酸質量分數 ＞ 反應時間。即反應溫度對浸出率的影響最大，其次是固液質量比，再次是硫酸質量分數，影響最小的是浸出時間。極差分析最佳的浸出條件為A4B4C4D3，即硫酸質量分數為 40%，固液質量比為1∶ 10，反應溫度為 80℃ ，浸出時間為 8 h，在此條件下鎳的浸出率可達到 75. 0%。
在固液反應中，由于化學反應的消耗，在與固體表面相連的溶液邊界層中酸的濃度降低，產生濃度梯度，酸由溶液本體經邊界層向固體表面層擴散。
若浸出反應速度由化學反應速度控制，固體顆粒表面積相近，則溫度是影響反應速度的主要因素，溫度變化影響化學反應速率常數的變化，最終使浸出速度發生變化，即在攪拌速度固定條件下，溫度變化的影響力要大于固液質量比和酸質量分數的影響力，這與正交試驗結果相吻合。運用正交試驗的最優組合參數進行驗證實驗，得到鎳的浸出率與最優組合相近。
2. 3 浸出工藝的進一步優化
通過正交試驗數據分析，浸出率隨浸出時間的延長而增大。其他條件不變，延長浸出時間至12 h，鎳的浸出率達到 91. 0%。繼續延長浸出時間，浸出率提高不大，而且不經濟。即硫酸質量分數為40% ，固液質量比為 1∶ 10，反應溫度為 80℃ ，浸出時間為 12 h 條件下，鎳的浸出率顯著提高。同時，原料中 的 磷 也 伴 隨 鎳 被 浸 出，磷 的 浸 出 率 達 到85. 9% 。即鎳和磷 2 種重要元素都被有效浸出。優化后鎳、磷的浸出效果如表 4 所示?！颈?】
由表4 可以看出，浸出時間延長至12 h，鎳的浸出率超過 90%，磷的浸出率超過 85%，浸出率得到大幅度提高，即正交試驗得到進一步優化，提高了鎳磷鐵中鎳磷的回收率。
3 制備硫化鎳
浸取液中逐漸滴加氨水，析出硫酸鐵，用氨水中和至 pH≈6. 0 除凈鐵后，在溶液溫度大于 50℃，加入稍過量的 Na2S 溶液，析出 NiS 黑色沉淀。靜置幾分鐘后，過濾溶液至得到硫化鎳固體。
4 結論
\\( 1\\) 常壓下用硫酸浸出鎳磷鐵的技術條件為:鎳磷鐵過篩 160 目，攪拌速度為 900 r/min. 在硫酸質量分數為 40%\\( ≈5 mol/L\\) ，固液質量比為 1∶ 10，反應溫度為 80℃，反應時間為 12 h，得到鎳的浸出率為 91. 0%，磷的浸出率為 85. 9%，取得了較好的浸出指標。
\\( 2\\) 用優化后的條件浸出鎳磷鐵，得到鎳的浸出率為 91%，在浸出液中加入氨水至 pH≈6，除凈鐵后，再加入硫化鈉制備硫化鎳，可得到含鎳量較高的硫化鎳。
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