Аммиачное выщелачивание окисленных никелевых руд.



Лекция №9. Электролиз никеля, гидрометаллургия никеля

Электролитическое рафинирование никеля

Анодный никель - сложный по составу сплав, содержа­щий, по крайней мере, двенадцать металлических элемен­тов, включая железо, и химические соединения металлов с селеном,теллуром,кислородом и серой.

Цель рафинирования чернового никеля сводится к по­лучению чистого катодного никеля не ниже марок Н-0 и Н-1 и попутному извлечению присутствующих в анодном металле ценных спутников; кобальта, платиноидов, золо­та, серебра, меди, селена и теллура. Марки электролитного никеля Н-0 и Н-1, согласно ГОСТ 849-70, должны содер­жать никеля и кобальта соответственно не менее 99,99 и 99,93%. В составе марки Н-0 регламентируется содержа­ние 17 примесных элементов, включая кобальт. Электро­лизу подвергают аноды следующего состава, %: 89-92 Ni; 4-5 Cu; 1,5-3,5 Fe; 2-2,5 Со; до 2 S.

Электролитическое рафинирование никеля - сложный электрохимический процесс. Никель является электроотри­цательным металлом, и поэтому такие примеси, как ко­бальт, железо, цинк, медь, а также катионы водорода мо­гут совместно с ним или раньше разряжаться на катоде. Для предотвращения загрязнения катодного никеля примесями и снижения выхода по току из-за раз­ряда ионов водорода необходимо выполнение условий:

· тщательная очистка электролита от примесей;

· применение оптимального состава электролита и режима электролиза;

· разделение анодного и катодного пространств слабо фильтрующей, химически и механически стойкой диафраг­мой;

· обеспечение оптимальной циркуляции электролита.

Для электролиза никелевых анодов применяют сульфат - хлоридные электролиты, содержащие небольшое количест­во свободных катионов водорода. Основными компонентами электролита являются сульфаты никеля и натрия и хло­рид никеля. Для автоматического регулирования рН элек­тролита в пределах 2,5-5 вводят борную кислоту, кото­рая, в зависимости от изменений кислотности электролита и выполняя роль буферной добавки, будет диссоциировать по-разному:

В3+ + 3 ОН- = H3BO3 = 3 H+ + BO3+

Применяемые никелевые электроли­ты содержат, г/л: 70-110 Ni2+; 20-25 Na+; 40-80 Cl-; 110-160 SO42-; 4-6 Н3ВО3. Электролиз никелевых анодов ведут в электролизных ваннах ящичного типа. Аноды и ка­тодные основы, полученные электролитическим наращива­нием никеля на титановых матрицах, завешивают в ванны поочередно.

Анодный процесс сводится к электрохимическому раст­ворению никеля, кобальта, железа и меди; благородные металлы и нерастворимые в электролите химические сое­динения осыпаются в шлам. Единственно допустимым про­цессом на катодах в условиях электролитического рафини­рования никеля является разряд (восстановление) катио­нов никеля по реакции Ni2+ + 2e = 2Ni. Все остальные катод­ные реакции ведут либо к загрязнению катодного никеля, либо снижают выход по току.

Получение чистых катодных осадков на практике дости­гается отделением катодного пространства от общего объ­ема загрязненного электролита с помощью катодных диа­фрагм и особой системой циркуляции электролита. Загряз­ненный электролит - анолит - непрерывно выводят из ванн на обязательную очистку от железа, кобальта и меди и периодическую очистку от ряда других примесей. После очистки чистый электролит с помощью распределительной гребенки с ниппелями, размещенной вдоль одного из бор­тов ванн, подается в каждую катодную диафрагму.

Подачу католита регулируют таким образом, чтобы его уровень в катодной диафрагме превышал уровень электролита в ванне на 30-40 мм. В результате этого обеднен­ный никелем католит под действием гидростатического давления проходит через поры диафрагмы и, как бы оттал­кивая анолит от диафрагмы, не дает примесям проникать в катодную ячейку.

Рис 9.1 Ванна электролитического рафинирования никеля:

1-распределительная гребенка; 2-диафрагма; 3-катод; 4-анод; 5-сливная коробка; 6-футеровка ванны; 7-опора диафрагмы; 8-сосновый брусок; 9-опорный брусок; 10-промежуточная шина; 11-анодная штанга; 12-катодная штанга; 13-бортовая шина; 14-скоба крепления гребенки; 15-опорный брусок; 16-кронштейн; 17-изоляторы; 18-верхняя рама; 19-токоподводящая шина. [1, стр.147]

На аноде электрический ток расходуется не только на растворение никеля, но и других металлов. Такое же ко­личество электричества (электронов) должно быть израс­ходовано и на катоде, но только на один процесс - разряд катио­нов никеля. В итоге получается, что количество осажденного на катоде никеля всегда превышает его поступление с анода. Возни­кает дефицит никеля в катодном пространстве, который усилива­ется его потерями во время очи­стки анолита. Для устранения дефицита, выводимый на очистку анолит обогащают никелем, за счет растворения в нем никельсодержащих материа­лов. Электролитическое рафиниро­вание никеля проводят в ваннах, объединенных по две в блоки и разделенных продольной стенкой. В ваннах устанавливают от 32 до 44 диафрагм, в которые помещают столько же ка­тодных основ. Анодов в ваннах никелевого электролиза на один больше, чем катодов.

Катодная диафрагма представляет собой раму из арми­рованного титановыми скобами профилированного поли­пропилена. Рама обтянута плотной тканью. Для диафрагм используют специальные сорта брезента, хлориновую ткань и другие синтетические материалы, обладающие низкими фильтруемостью и электрическим сопротивлением. Для подачи католита в ванны служат гребенки из винипласта с калиброванными ниппелями, снаб­женными резиновыми трубочками. По этим трубочкам в каждую диафрагму подают католит. Скорость подачи ка­толита регулируют по уровню в диафрагменной ячейке.

Процесс электролитического рафинирования никеля ха­рактеризуется следующими режимными параметрами и показателями: плотность тока, А/м2 240-350; температура электролита, °С 55-75; напряжение на ванне, В 2,6-3,0; выход по току, % 95-97; расход электроэнергии на 1 т никеля, кВт-ч 2400-3300.

Очистка анолита включает три основные операции - очистку от железа, меди и кобальта. При очистке никеле­вых растворов стремятся не загрязнять их посторонними реагентами. По этой причине в качестве реагентов обычно используют никельсодержащие материалы. Это позволяет одновременно частично обогатить католит никелем.

Железо в анолите содержится в основном в форме FeSO4. Для очистки его необходимо перевести в трехва­лентное состояние с последующим гидролитическим осаж­дением (Fe2O3.Н2О). Окислителем служит кислород воз­духа. Очистку от железа проводят в чанах с воздушным пере­мешиванием (пачуках). Для нейтрализации образующей­ся при гидролизе серной кислоты в электролит вводят карбонат никеля. Химизм очистки от железа описывается сле­дующими реакциями:

2 FeSO4 + ½ O2 + 5 H2O = 2 Fe(OH)3 + 2 H2SO4

2 H2SO4 + 2 NiCO3 = 2 NiSO4 + 2 H2O + 2 CO2

Первичные железистые кеки содержат 8-12 %Ni. Пос­ле отделения кеков от раствора на свечевых или дисковых фильтрах их дважды подвергают кислотной репульпации с целью извлечения части никеля и далее плавят вместе с рудным сырьем в руднотермических печах.

После очистки от железа раствор обезмеживают це­ментацией меди никелевым порошком. Никелевый порошок должен обладать высокой активностью (не ниже 50%) и развитой поверхностью. Это достигается путем восстанов­ления закиси никеля водородом или водяным газом при 500-550 °С в муфельных печах. При воздействии метал­лического никеля на раствор медь выпадает в осадок, по ре­акции

CuSO4 + Ni = Cu + NiSO4

Очистку от меди необходимо проводить в отсутствие кислорода; в противном случае возможно ее обратное окис­ление и растворение. На практике обезмеживание ведут в механичес­ких мешалках или в специальных аппаратах - цементаторах.

Рис 9.2 Аппарат цементации меди из никелевого электролита в кипящем слое:

1-переливная труба; 2-сливной порог; 3-футеровка; 4-корпус цементатора; 5-выпускные штуцеры; 6-смотровые окна. [3, стр.200]

Цементатор - аппарат с вертикальным рабочим пространством и переменным попереч­ным сечением. Раствор, предназначенный для очистки, подается в нижнюю часть цементатора, а сли­вается вверху. Никелевый порошок подается либо на поверхность рас­твора, либо на вход нагнетательных насосов его подачи в цементатор. В верхней части аппарата скорость вертикального потока снижается из-за резкого расширения корпуса, в результате чего частицы твердых материалов образуют четко выра­женный кипящий слой, который удерживается на глубине около 2 м от сливного порога. Выделившуюся из раствора цементную медь периодиче­ски выпускают из цементатора и направляют в медное производство.

Очистку от кобальта проводят способом, аналогичным очистке от железа, но используют в качестве окислителя газообразный хлор. Суммарный итог очистки электролита от кобальта можно выразить следующей реакцией:

2 CoSO4 + С12 + 3 H2O + 3 NiСО3 = 2 Со(ОН)3 + 2 NiSO4 + NiCl2 + 3 CO2

Для проведения процесса используют герметизирован­ные барботеры - пачуки. Первичные кобальтовые кеки со­держат около 10 % кобальта и примерно столько же нике­ля. После двукратной репульпации кека никель переводят в основном в раствор и получают кобальтовый концентрат, содержащий кобальт и никель в соотношении не ниже (15-10): 1. Этот продукт является сырьем для производ­ства кобальта.

Очищенный от примесей электролит (католит) содер­жит, %: <0,0003 Fe; <0,008 Cu; 0,008-0,012 Со. В случае необходимости католит дополнительно очищают от свин­ца, цинка, органических и некоторых других примесей.

Гидрометаллургия никеля.

Гидрометаллургические методы при получении никеля значительно больше распространены, чем при получении меди. В настоящее время их применяют для переработки окисленных никелевых руд, никелевых сульфидных кон­центратов, пирротиновых концентратов, сульфидных полу­продуктов (штейнов, файнштейнов и др.) с использованием сернокислых, аммиачных и солянокислых растворов. Выщелачивание проводят как при атмосферном, так и повышенном давлении. Высокое давление в свою очередь позволяет вести процесс и при повышенных температурах. Использование высоких температур и давлений значитель­но ускоряет химические реакции и повышает полноту их протекания. Такие процессы получили название автоклав­ных процессов. Их проводят в герметичных аппаратах- автоклавах.

Аммиачное выщелачивание окисленных никелевых руд.

При гидрометаллургической переработке окисленных никелевых руд, содержащих ~1,3 % Ni и 0,8 Со, по амми­ачной схеме (завод «Никаро», Куба) руду вначале подвер­гают селективному восстановительному обжигу, при кото­ром никель и кобальт восстанавливаются до металлов, а железо преимущественно до Fe3O4. Охлажденный огарок выщелачивают в турбоаэраторах- герметичных пневмоме­ханических мешалках раствором, содержащим 5-7% аммиака и 4-6% оксида углерода (СО2). При этом про­текают процессы, описываемые в общем виде уравнением 

Me + 6 NH3 + СО2 + 1/2 O2 = Me(NH3)6 CO3

Железо в виде гидроксида и большая часть кобальта (до 80-90%) остаются в хвостах выщелачивания. Полу­ченные растворы в дальнейшем подвергают термическому разложению острым паром с образованием нерастворимых карбонатов никеля и кобальта.

Осадок после отделения от растворов сушат и прокаливают в трубчатых печах, что приводит к образованию закиси никеля. Закись никеля спекают на агломерационных машинах. Товарным продук­том этой технологии является спек (синтер), содержащий 88 % Ni и 0,7 % Со. Извлечение никеля из руды составля­ет 75 %, кобальта 20 %.


Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1065; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!