随着经济社会的高速发展,镍,作为一种战略金属,因其具有的独特理化性能和机械性能,越来越广泛的应用于国民经济的各个领域。从世界镍资源储量及开发情况来看,中国的镍矿资源储量与其他镍矿资源丰富的国家相比,处于中等偏下水平,且主要以钴镍、镍铜等伴生矿为主。与此同时,我国的镍冶炼和精炼技术与世界先进水平还存在一定差距。当前,在我国的电解镍冶金行业,绝大部分的镍生产采用镍的硫化物或氯化物溶液体系,采用不溶阳极套隔膜袋的方式运行。该方法起源于上世纪中叶,隔膜袋以绦棉为原材料,其能耗高、生产效率低、难以净化等缺点逐渐凸显。在实际生产中,溶液不易透过隔膜袋,隔膜袋耐高温能力和抵御强氧化剂侵蚀能力差,寿命短易老化,更换周期短;当电解液中含有氯化物成份时,Cl-在阳极被氧化释放氯气,使环境和人员受到巨大危害,并对整个工艺系统的生产设备造成严重腐蚀。随着环保法律及政策日益严格,许多企业不得不放弃沿用已久的高污染工艺技术,去寻求具有优异环境效益和经济效益的电解体系,来减少和消除Cl2污染。兼具经济友好性和环境友好性的新型电镍生产精炼工艺随着经济社会的发展而被迫切需求,旧的高能耗、高污染的生产方式亟待被替代。论文分析了金属镍电解精炼工艺发展现状,提出了离子交换膜电沉积精炼镍的新型生产工艺,开发单膜双室膜电积镍设备,以求推动镍精炼行业实现工艺技术革新。论文使用自制单膜双室膜组件进行试验,试验共分两个主要部分。第一部分主要对膜电积金属镍的工艺过程中主要几个工艺参数(镍离子浓度、电流密度、温度、硼酸浓度、极板间距、膜种类等因素)进行了单因素实验和多因素正交,来探究膜电积镍工艺的最佳工艺参数。试验结果表明,各因素对膜电积工艺运行效果的影响程度为:电流密度>温度>镍离子浓度>搅拌速度。经试验分析,选取的最佳膜电积条件为:电流密度350A/m2,电极间距为30 mm,温度控制在55℃度附近,镍离子浓度50 g/L,硼酸浓度10 g/L。在此条件下,得到的电镍产品,表面平整,致密均匀,边缘未出现尖刺和结瘤现象,电流效率高,能耗中等。第二部分对常规电沉积镍工艺中常用添加剂在膜电积工艺中的作用效果进行了探究,也进行了单因素试验与正交试验。试验结果表明各添加剂对电流效率影响显著程度排序为:十二烷基硫酸钠>1,4-丁炔二醇>糖精>硫脲。各添加剂对能耗影响显著程度排序为:糖精>1,4-丁炔二醇>十二烷基硫酸钠>硫脲。综合以上两次正交试验结果,得出:最佳添加剂用量为:糖精浓度1.5 g/L,硫脲浓度为0.05 g/L,十二烷基硫酸钠浓度为0.15 g/L,1,4-丁炔二醇浓度0.1 g/L。此时,电流效率达到94.55%,能耗为5874 kW?h/t,得到的电镍产品表面致密光亮。论文同时对整个试验过程进行了经济效益的初步分析。单膜双室法硫酸盐体系电积镍工艺不仅可以将硫酸盐中的金属镍在阴极板上高效回收,而且在阳极室将硫酸根离子转化为浓硫酸进行酸回收,实现了原料的完全利用和副产品的回收;采用膜电积法与传统镍电积工艺相比,生产每吨镍产品可节约成本约3957.53元,具有良好的经济效益。同时,采用该方法也可以处理生产产生的高浓度含镍废水,回收其中的镍。具有很好的环境效益。论文通过大量的试验和分析证明采用离子交换膜电解法来实现镍的精炼回收的可行性,未来通过改进工艺组件结构,开发性能优良的离子交换膜,合理控制工艺运行条件等方式,有望使离子交换膜电解技术在湿法冶金工业中得到规模化应用,推动传统金属精炼行业的转型和技术革新。